氣象觀測全面自動化存在的問題及對策

魏雅鵬 趙國強

1.酒泉市氣象局 2.甘肅省文縣氣象局

引言

《中國氣象局關于印發實現地面氣象觀測自動化工作方案的通知》以及2018 年召開全國氣象局長會議，同時提出了加強氣象觀測系統推行全面自動化的改革要求，為相關地市各臺站指出了全面自動化以及加強氣象觀測智能化程度的重要性。但現階段的氣象系統中距實現全面自動化還存在一定的不足，技術水平提升以及設備更新還需要資金的支撐以及系統的技術管控，以此，實現全面自動化的氣象觀測。

1 氣象觀測全面自動化存在的問題

1.1 供電系統線路布設缺乏合理性

現階段的多數氣象觀測臺站中，一般都不具備市電雙電源自動切換加發電機三路電源保障系統的技術支持，進而無法實現全面自動化，其原因一般有：（1）用于氣象觀測的臺站通常處于郊區或山上，距離供電站較遠，其在供電的過程中，通常使用架空線路作為電源輸電線路，導致電源的供給以及線路鋪設不合理。（2）在線路不合理的情況下，其優化手段的不完善也是導致供電系統存在不足的因素之一，依據要求，臺站需要配備UPS以及發電機，但一些臺站中依然使用手動發電，其供電的可靠性不強。（3）線路的備份不足，長期使用無替換的輸電線會在故障出現時造成供電的斷層，如在從值班室到觀測場戶外通常只有一條線路，長期的戶外放置，會因環境的侵蝕，出現線路的損壞。

1.2 網絡設備保障不完善

網絡以及計算機等設備是實現氣象觀測自動化的基礎保障，但由于裝備配置不足，自動化技術不能完全實現。現階段的一些臺站中用于氣象觀測的核心交換機只有一臺，來保證聯通、電信、3G 通信三條線路的報文傳輸，且配置為普通的PC、單網卡，這種配置在理論上可以通過3G 通信以及配置在外部光纖上的兩條線路完成數據以及信號的傳輸。但若交換機出現異常情況，就會引起整個傳輸網絡的癱瘓，這種情況下雖然可以借助3G 通信技術為ISOS 軟件中的報文傳輸提供幫助，但配套的傳輸設備不能實現向省里傳輸。此外，雖然計算機有配套的備份系統，但在目前技術中，還不能實現兩臺計算機對數據的同步采集，因此在啟用備份設備時，會出現數據采集不連貫的現象，進而對于二十四小時的變壓等參數造成影響，為全自動的切換造成隱患，無法實現全自動的雙機熱備份[1]。

1.3 觀測設備對應性不強

風、溫度、氣壓、濕度、低溫、雨量等方面的數據是戶外觀測采集設備主要收集的，并且在現階段實現了數據的雙備份，但相應的配套設備還處于單套運行的階段，如綜合硬件集成控制器、能見度、蒸發、降水觀測儀、雪深、日照等設備。由于這種單套運行模式存在，當硬件出現不良情況時，不能實現對系統的備份，進而限制了雙備份的可能，造成對設備熱備份功能的限制。為此需要對ISOS 軟件以及數據采集同步技術實施進一步的更新，進而實現在其出現損壞時，軟件以及硬件可以正常運作，進行數據的采集，完成數據熱備份。

1.4 儀器參數缺乏合理配置

觀測儀是臺站實現高效觀測的保障，若在觀測中對儀器參數設置不合理，就會影響觀測結果的精確性，造成氣象觀測工作的誤差。為此，需要依據實際情況進行審核數據庫的建立，但由于這一工作具有滯后性，導致一旦自動觀測系統出現不良情況，就需要借助人工進行參數的更改，增大了數據出現異常的可能性，而數據的異常會造成依靠業務系統提供的數據進行測報的審核數據庫計算的誤差，進而增大了數據出現誤差的可能性。

2 完善氣象觀測全面自動化措施

2.1 提升供電系統的可靠性

提升供電系統的可靠性，需要在實際操作中配備雙電源自動轉換裝置，實現應急電源系統與正常工作電源系統的有效轉換，這種對于電源在常用系統以及備用系統中的平穩轉換性在日常工作中是十分必要的內容配置。

做為一種緊急配電裝置，雙電源自動轉換系統的基本工作原理是通過把負載電路自日常電源轉移到備用電源的一種開關，可以有效保證線路中電流負荷的連貫性以及可靠性。在實際的線路鋪設中，從值班室到現象觀測點的線路應該保證常用電源與備用電源兩條線路的建設，為電源的供給提供雙回路的系統，在其中一條線路出現故障的情況下可以實現電流在另一條線路中的切換，以此提升電源供給的可靠程度。例如：ATS 的工作是在市電電源中出現電源電壓以及頻率等方面的狀況時，啟動備用線路進行傳輸，再對市電電源發出閉合指令，實現線路的切換，當市電電源正常后，再按照同樣的操作，把電流切換回日常供電系統，實現供電系統的平穩可靠[2]。

2.2 推動無停頓熱切換技術

為實現網絡以及計算機的無停頓熱切換技術，需要相關部門積極進行核心交換機以及服務器的雙機熱備，保證氣象觀測中數據采集的時效性以及連慣性，進而促進網絡運行系統穩定持續地工作。此外，針對原有單機核心三層交換數據中存在的風險，可以借助虛擬路由冗余協議技術對其進行完善，進而促進主要以及備用的核心三層交換設備之間的動態性、連貫性的熱切換，其工作原理是虛擬交換機按照設備配置優先級的程度對交換機進行選擇，把優先級最高的作為主交換機，設置狀態Master，把優先級較弱的交換機作為備用的交換機，并利用其進行主交換機工作狀態的監控系統，主交換機在正常運行操作時會周期性地發出VRRP，作為其正常工作的報文，但若備份交換機長時間接收到主交換機發出的信號，則會把自己變成Master，實現操作的連貫性，在此過程中，需要接貨組雙機熱備、RAID 技術以及數據備份技術來實現系統的長期、連貫運行[3]。

2.3 完善數據同步采集技術

為實現數據的無縫對接，需要對量路觀測要素數據進行同步采集，以此進行業務軟件的智能化識別。為此需要實現觀測時，主、備設備的配置齊全，優化采集器的硬件功能，優化觀測業務軟件的相應功能，當主站儀器對數據的觀測出現缺欠時，保證對備份數據啟用時數據的完整性，并且對數據的異常進行實時的監測，以此提升數據的準確性。

2.4 加強智能傳感器的應用程度

在當前的技術應用中，部分觀測傳感器可以實現對于數據的自動化監測，但由于在日照時數以及云、天氣現象中，傳感器并為達到自動化的規范化要求，若想實現全面的自動化監測技術的應用，需要加大力度進行智能化傳感器的優化升級，并對已經達到自動化要求的傳感器，需要應用MEMS 技術對其實現進一步的升級，以此促進傳感器的高精度以及小型化，提升氣象觀測系統的全面性自動化技術的有效覆蓋率。

3 結論

綜上所述，為實現氣象觀測效率以及準確性，需要在氣象系統中科學地實現全面性的自動化技術，這就要求地市臺站以及相關部門針對現階段氣象觀測全面自動化方面存在的不足，采取科學的技術措施，通過提升供電系統的可靠性以及網絡、計算機無停頓熱切換的實現等方面提升設備的氣象觀測自動化能力，并通過數據的有效采集以及智能傳感器的應用，提升氣象觀測全面自動化的深度。