省級氣象裝備運行監控系統設計開發

張東明 王志誠 汪章維

(浙江省大氣探測技術保障中心，浙江 杭州 310000)

0 引 言

綜合氣象觀測系統是氣象部門綜合預報服務的基礎，為了保障氣象觀測設備的穩定運行，快速、精準發現設備故障問題所在，中國氣象局于2010年完成“綜合氣象觀測系統運行監控平臺”(簡稱ASOM1.0)，目前綜合氣象觀測系統運行監控平臺已經升級至第二個版本，系統在省級部署，省、市、縣3級應用，極大提高了全省觀測設備維護運行的現代化水平。

本文針對省一級運行監控業務、自動站設備狀態信息入網需求及月報統計需求分析，提出運行監控系統在功能和性能優化上升級設計。

1 系統功能模塊

省級綜合氣象觀測系統運行監控平臺對全省的自動站、雷達站、土壤水分站、探空系統進行實時數據顯示，并對運行過程中的故障設備進行智能化判斷。具有多種查詢顯示及人性化界面功能，可根據觀測數據、設備狀態數據進行綜合報警顯示。綜合氣象裝備運行監控系統包括8大模塊：運行時序模塊、觀測數據查詢模塊、歷史數據圖表顯示模塊、設備狀態監控模塊、數據到報查詢模塊、實時數據監控模塊、綜合氣象觀測系統運行評估報告分析模塊、設備狀態監控模塊。

1)運行時序模塊：主要針對本省探測中心業務范圍內的探測設備運行情況進行時序顯示。系統通過定時器實現時序自動更新，也可通過選擇日期進行歷史時序查看。

2)觀測數據查詢模塊：可以通過手動選取查詢時間，按照整點數據、加密數據、整點和加密數據進行查詢，且可以將查詢的數據進行Excel直接導出，方便技術人員進行數據匯總分析；實現常規觀測要素綜合圖表顯示，通過波形圖可以看出各氣象要素值變動情況。

3)設備實時運行狀態監控模塊、數據到報查詢模塊、設備狀態監控模塊：設計包含氣象設備狀態報警、氣象數據報警等文本框顯示，避免彈框式設計導致值班人員未發現報警信息，并且將錯誤數據及報警信息通過短信的形式發送到手機。

4)運行評估報告分析模塊：根據查詢條件選擇需要查詢的設備業務可用性統計，可自動導出運行評估，方便編制報告。

2 系統總體設計

2.1 總體邏輯架構

省級氣象裝備運行監控系統如圖1所示，系統設計首先是通過文件解析組件及通用功能組件實現數據獲取，然后將數據拆分成觀測數據、狀態數據、綜合分析評估數據3大部分。系統界面展示部分應用數據庫技術、ADO技術、自定義控件技術、GSM短信終端等實現數據的調用及顯示內容。

圖1 省級氣象裝備運行監控系統結構圖

設備故障判斷方法：系統按照需求進行有效的數據質量控制，通過狀態數據和觀測數據兩個角度發現設備故障，根據國家局統一質控算法進行判斷。

3 運行監控系統實現

1)運行時序模塊

運行監控系統運行時序界面(圖2)包括3大部分，其中包括自動站、自動土壤水分站、雷電監測站等觀測設備。當狀態出現可疑、錯誤、無數據的時候會以短信方式提醒值班人員，當值班人員發現運行時序不正常的時候可以通過運行狀態監控界面查詢具體原因。

圖2 運行監控系統運行時序圖界面

2)觀測數據模塊

觀測數據界面采用.net framework框架中gridview控件，通過將控件綁定數據庫顯示數據源中的數據，通過SQL語句按條件查詢，將用戶需要的信息展示到界面上。選取指定臺站、指定時間的數據進行查詢，可以通過點擊轉Excel按鍵將列表中的數據導入指定目錄下的Excel中。

實時數據監控界面(圖3)顯示的數據界面更加人性化，比目前業務上用的軟件顯示更加全面完善，通過GDI+自定義控件完成多元化顯示控制制作，GDI+就是微軟公司在.NET中把GDI升級為GDI+,它包含了許多命名空間和類，專門用于Web和Windows控件中的自定義繪圖操作。實時數據界面呈現灰色，當調用數據不符合氣象質量控制要求時數據顯示控件會顯示深紅色以提醒值班人員。用戶通過點擊短信打開按鈕，即可進入實時數據預警監測狀態，當所測氣象數據出現過值或者突變等現象界面GPRS MODEM會向指定值班手機號發送短信報警，提示值班人員引起重視，同時軟件后臺會記錄所有此類數據，為后期設備狀態統計及分析提供依據，方便對故障設備做評估分析。

圖3 運行監控系統實時數據監控界面

3)數據動態監控模塊

以自動站為例，波形圖顯示監控界面(圖4)可以顯示風速、相對濕度、蒸發、氣溫、降水形勢圖。可以直觀查看氣象要素走勢，根據惰性氣象要素及非惰性氣象要素的特點判斷檢查數據是否正常。同樣可以通過人工選擇觀測時間段內繪制波形圖。

圖4 運行監控系統波形圖顯示監控界面

4)裝備運行報警模塊

該模塊監控查詢相關的裝備運行情況(圖5)，可根據該模塊提示值班人員各臺站設備運行具體情況，方便與臺站值班員進行溝通指導。

圖5 運行監控系統運行狀態監控界面

5)運行評估報告分析模塊

評估分析模塊是為了方便書寫運行評估報告，通過選取開始結束時間進行自動站、雷電監測站等觀測設備的數據統計(圖6)。業務可用性根據設備未報到時次及應報道時次統計出來，將全省設備業務可用性通過圖形表格的形式展現給用戶。

圖6 運行監控系統運行狀態監控界面

6)數據到報模塊

數據到報模塊如圖7所示，用戶通過勾選全部查詢可以查看當前時刻所有臺站的數據到報情況。通過勾選按臺站查詢，來獲取所查臺站的指定時間段數據到報情況。

圖7 運行監控系統數據到報查詢界面

7)監控報警模塊

狀態監控模塊目前包括自動站等觀測設備運行狀態監控，當臺站設備出現故障時對應運行燈顯示紅色。界面最下方設計為短信預警參數設置，包括對端口號的設置，手機號碼設置等基礎功能(如圖8)。報警信息將顯示在報警信息框中。該功能是省級運行監控系統中最基本的部分。這部分的功能主要包括向用戶組群發送設備故障短信，并形成發送日志。值班人員要及時掌握故障設備情況，以便對運行業務進行管理、對后續資料進行分析，本項目使用的是故障短信發送模塊，短信發送設備使用的是GSM短信貓，該設備采用德國原裝西門子TC35模塊，支持USB無線通訊終端，性能穩定，可24 h不間斷工作。短信發送速度為：600～750條/h，USB標準的工業接口。提供了發送和接收短信的API函數調用。

圖8 運行監控報警系統報警監控

短信發送設備使用的是GSM短信貓，該設備采安裝短信貓驅動后，電腦設備管理界面出現相應的端口，短信貓信號燈發出規律性點亮表示連接成功。

4 結 語

本文針對省級探測中心的實際需求，設計開發了省級運行監控系統，采用功能模塊化思想實現了對全省觀測設備的綜合監控，對異常數據及設備狀態進行了更加全面的判斷，并且將報警信息實時發送給運行值班人員。系統具有低耦合度、高穩定性的特點。