地市級氣象綜合觀測自動化監控報警系統的設計與應用

李四維，韓 波，張 敏，賀中華，趙文翔，阮欽飛

(湖南省衡陽市氣象局,湖南 衡陽 421001)

0 前 言

在氣象工作現代化、智能化、自動化的大趨勢下，地面綜合氣象觀測正高速發展[1-3]。隨之而來的是對氣象觀測裝備保障的高標準、高要求。“集成觀測裝備運行狀態在線監控、逐級數據交換、故障自動報警、故障處理追蹤和遠程控制功能”被列為裝備保障的主要任務之一。在中國氣象局《綜合氣象觀測研究計劃(2010—2020年)》重點領域“氣象裝備保障”中，也有“綜合氣象觀測網運行監控及保障技術”的優先主題。因此，為了緊跟綜合氣象觀測業務改革的步伐，研究氣象綜合觀測自動化監控報警系統非常及時也非常必要。

1 傳統監控方式存在的問題

①監控平臺相對分散。氣象觀測要素繁多，氣象部門針對不同的觀測項目有不同的監控管理平臺，如天氣雷達、氣象交通站、常規站、國家站分別有自己對應的系統平臺。然而，分散的平臺對氣象觀測監控帶來了難度，故障處理低效。

②人工監控常有疏漏。工作人員通過訪問不同的氣象監控平臺來查看氣象觀測數據的傳輸情況，耗時又耗力，但是監控中發現問題不及時、問題被忽略的情況仍時有發生。

③現有綜合觀測平臺的延遲性。現有的綜合觀測平臺氣象數據經過觀測端至CIMISS入庫、接口服務、網絡延時、程序調用后，才能實時顯示，有一定的延遲性。

④監控對電腦的依賴性。幾乎所有的監控平臺都是在電腦上使用的，這對于不在電腦旁邊的氣象工作人員來說十分不便。

所以，研究一個綜合觀測自動化監控報警系統是十分必要的。

2 氣象綜合觀測自動化監控報警系統設計

氣象綜合觀測自動化監控報警系統通過讀取解析CIMISS內的觀測數據文件，實時監控觀測數據的傳輸和觀測設備的運行情況，同時通過收集歷年來各地區觀測到的歷史極值、故障和數據異常情況，建立相關要素閾值算法，對讀取的觀測數據進行判定，將異常告警信息以微信的方式推送至維護人員，保證了故障處理的及時性，確保了觀測資料的準確性。該系統集成了本地區國家氣象觀測站、常規站、土壤水分站、交通氣象觀測站和新一代天氣雷達監控平臺，實現了監控平臺的一體化，為氣象工作人員提供了實時又方便有效的監控。

圖1 氣象綜合觀測自動化監控報警系統設計結構Fig.1 Design Structure of Automatic Monitoring and Alarming System for Comprehensive Meteorological Observation

此系統基于Win7系統，采用C#開發語言[4-5]，通過CIMISS統一的服務接口(Meteorological Unified Service Interface Community，簡稱MUSIC)和應用編程接口(API)，從CIMISS庫里調用氣象觀測數據[6-8]，經過算法的整理與判斷，生成告警信息，分別通過電腦端和手機端應用來為氣象工作人員提供服務[9-10]。

2.1 電腦端

系統電腦端主要分為數據監控、數據查詢、參數設置和日志管理4個部分。

數據監控是指系統每個整點過后13 min從CIMISS讀取觀測資料，如果沒有讀取到，則對工作人員報警；同時，系統對讀取的氣象觀測數據通過算法進行監控，判斷氣象觀測數據是否異常，如有異常，則對工作人員報警。報警信息每小時推送1次，內容簡單包含異常站點的所在縣市、站號、站名、異常開始時間、異常判定所屬故障類型，工作人員可以獲取當前時段的所有報警信息。若點擊異常站點，則該異常站點的具體故障內容可以詳細顯示在電腦端界面上，方便工作人員查看，及時進行故障處理。在告警信息發送到電腦端的同時，它也同步到手機端進行微信推送，使得告警信息的傳遞更為方便快捷，故障反應時間更短，故障處理效率更高。

圖2 數據監控界面Fig.2 The Interface of Data Monitoring

圖3 數據查詢界面Fig.3 The Interface of Data Query

數據查詢是指從CIMISS讀取觀測資料后，對其進行分類處理，氣象工作人員可通過選擇具體的觀測時間、站點名稱對該站進行數據讀取，讀取內容顯示在程序中間區域，讀取數據為分鐘數據，間隔為5 min，方便工作人員核對數據異常情況。

參數設置模塊需要工作人員提前輸入查詢、監控的站點資料，如站名、站號、要素等，并且提供要素異常閾值、服務器設置、要對接的CIMISS接口等參數設置，使得系統能正常運行。

圖4 (1)(2)參數設置界面Fig.4 (1)(2) The Interface of Parameter Setting

日志管理是指系統電腦端將每天的故障記錄都寫入文本文件，在本地保存，作為日后查詢、考核的依據。

圖5 日志管理界面Fig.5 The Interface of Log Management

2.2 手機端

此系統基于企業微信的應用模塊，為氣象工作人員提供手機端的告警信息推送，該告警與電腦端同步，推送界面在手機微信列表里的公眾號窗口顯示。用戶提出申請加入企業微信號，申請驗證通過后，擁有告警信息接收權限，可在每個整點過后13 min接收1次告警信息。如今微信應用廣泛，人們時常通過它來進行聯系溝通，告警信息以微信的方式進行推送，保證了信息接收的時效性，有利于提高故障處理的效率。而接收告警信息的權限需要驗證，確保了氣象信息、數據的安全。

微信推送內容包含了國家氣象觀測站、常規站、土壤水分站、交通氣象觀測站和新一代天氣雷達的具體監控情況，所以告警信息按這5項分為5個總類別，隨后在該類別下又按照不同縣市名稱分別顯示各縣市的告警情況。告警情況語句簡潔，標有異常站點的站號、站名和故障問題，這樣，站點異常情況一目了然，極大方便了各縣市、各臺站的故障處理。

圖6 手機端微信預警信息推送Fig.6 Wechat Alarm Information Pushed on Mobile Terminal

3 氣象綜合觀測自動化監控報警系統的應用

2019年10月—2020年1月，該系統在衡陽市氣象局裝備中心進行運行測試。測試參與人員有市裝備中心氣象維護維修人員、各臺站監控人員、縣區氣象工作人員及衡陽鐵塔公司代維人員。

經過測試，該系統各模塊均能正常使用，監控、告警效果良好，對市、縣局的臺站維護、維修工作起到了一定積極作用。衡陽鐵塔公司經簽約負責衡陽市222個常規站的維護、維修工作。該系統運行使用后，對鐵塔公司代維人員及時發現、處理故障有了很大的幫助，得到了他們的一致好評，對推進衡陽氣象裝備社會化保障工作有了一定助力。

在綜合觀測自動化監控報警系統的測試應用過程中，我們也發現了該系統的不足。由于該系統是基于CIMISS平臺而建立，一旦CIMISS平臺發生故障，或者元數據上傳至CIMISS的過程中有延遲，就會影響到該系統氣象資料的查詢和告警信息的推送，導致臺站的故障信息多報、誤報。這點將在以后的應用中進行改進。

4 結論

氣象綜合觀測自動化監控報警系統不僅能實現實時監控觀測數據入庫，有效進行數據質量控制，還能主動通過微信提醒氣象維護維修人員，及時發現設備故障和數據傳輸問題，大大提高了氣象維護人員的工作效率，減少了維護、維修的響應時間，有效解決了基層臺站業務人員有限、經費緊張的現狀，降低了業務生產中的成本，進一步提升了氣象裝備保障能力，對實現業務自動化、現代化，促進產業信息化都有重要意義。