自動氣象站運行監(jiān)控建設論文
時間:2022-05-26 02:53:07
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系統(tǒng)概述
區(qū)域站運行監(jiān)控系統(tǒng)是針對我國現有的3萬余套省級臺站區(qū)域自動氣象站和將建的3萬多套加密自動氣象站及6萬余套暴雨監(jiān)測站而建設的監(jiān)控保障業(yè)務應用系統(tǒng)。系統(tǒng)采用兩級部署、多級應用的模式,為國家級、省級和市縣級保障人員、管理人員和預報預測人員提供統(tǒng)一的工作平臺。整個系統(tǒng)分國家級和省級兩級系統(tǒng)(圖1),兩者功能基本一致,均實現了氣象探測設備運行狀態(tài)、探測數據質量狀況、維護維修狀況、觀測站網信息的實時和非實時監(jiān)控,對設備運行能力、探測數據質量狀況、維修保障能力、觀測數據報文有效性、觀測站網信息的準確性等的綜合分析評估,以及探測產品的分析顯示功能。根據實際業(yè)務需求,兩級系統(tǒng)之間功能上有所側重但又相互聯(lián)系:國家級系統(tǒng)主要供國家級相關人員使用,注重全國范圍內自動站設備運行狀況的綜合分析評估、探測產品的綜合分析顯示;省級系統(tǒng)供本級及以下級別人員使用,注重設備維修保障,兩級系統(tǒng)之間可以實現觀測數據質量控制結果、維護維修信息、觀測站網信息的定時交互。本監(jiān)控系統(tǒng)是保障我國區(qū)域自動氣象站、加密自動氣象站及暴雨監(jiān)測站正常運行、提高探測數據質量、縮短保障時間的實時業(yè)務平臺。系統(tǒng)的建成將在一定程度上提高設備的穩(wěn)定可靠運行能力,充分發(fā)揮其建設效益。
系統(tǒng)結構
系統(tǒng)采用兩級部署、多級使用、多方共享的邏輯架構(圖2),即在國家級和省級部署,國家級、省級、地市級和縣級業(yè)務管理人員、技術保障人員、監(jiān)控人員、預報預測人員等多用戶群體使用,另外系統(tǒng)還可分別向國家級和省及以下各級相關業(yè)務系統(tǒng)共享相關數據。國家級和省級系統(tǒng)分別基于客戶端和瀏覽器的設計模式,國家級與省及以下級別人員可在氣象業(yè)務系統(tǒng)局域網內分別通過安裝客戶端和基于網頁形式實現對系統(tǒng)的訪問。區(qū)域站運行監(jiān)控系統(tǒng)技術架構總體可分為平臺和處理平臺兩部分(圖3)。平臺是面向用戶服務的體系結構,是對外服務的門戶,通過各類展現技術(如GIS),將狀態(tài)監(jiān)控、產品分析、質量控制、維修管理、分析評估和觀測站網等監(jiān)控結果提供給各類用戶,同時接收用戶的請求并響應;處理平臺主要是數據處理的體系結構,包括數據采集、數據解析、數據分析、產品生成、產品入庫、軟件管理等。整個系統(tǒng)內部的功能模塊是在統(tǒng)一的技術框架下實現,最大程度保證系統(tǒng)的擴展能力和穩(wěn)定性。
系統(tǒng)主要技術路線
系統(tǒng)采用C/S(客戶端/服務器)與B/S(瀏覽器/服務器)相結合的方式設計,對于比較復雜、通信量高、交互性強的應用,采用客戶端模式,實現部分信息的本地化安裝,如GIS數據、站網信息數據等,圖3系統(tǒng)技術框架圖提供快速響應能力和對較大數據的處理分析能力等;使用編程語言方面,系統(tǒng)采用C/C++和Java相結合的語言開發(fā);為便于系統(tǒng)在全國推廣使用,在系統(tǒng)軟件選擇方面,數據庫軟件兼容SQL和Ora-cle,操作系統(tǒng)采用Linux或Windows,地理信息系統(tǒng)軟件在國家級系統(tǒng)使用ArcGIS,省級系統(tǒng)根據各省實際情況選用合適的GIS軟件,如ArcGIS、Su-perMap等。系統(tǒng)的網絡環(huán)境主要依托氣象業(yè)務專用網(DMZ區(qū)),但在兩集系統(tǒng)之間信息交互方面,考慮到交互的及時性、直接性,建立基于公網FTP的形式進行數據質量控制信息、維護維修信息和觀測站網信息的定時交互。此外,考慮到未來加密自動氣象站和暴雨監(jiān)測站監(jiān)控需求及各省自身實際業(yè)務需求,省級系統(tǒng)采用了開放式的設計理念,提供多種標準數據接口,使其滿足設備擴充和功能擴展,并且能夠實現與其他系統(tǒng)的多方面連接。
系統(tǒng)主要功能
系統(tǒng)總體功能結構可分為設備運行監(jiān)控、探測數據監(jiān)控、探測產品分析顯示、維護維修管理、站網信息管理和綜合分析評估六部分,每一部分下面又可以分為不同的子功能,具體功能結構如圖4所示。(1)設備運行狀態(tài)監(jiān)控:通過氣象業(yè)務通信網,接收區(qū)域自動站的觀測數據文件,在國家級和省級監(jiān)控中心檢查數據文件上傳情況、上傳觀測數據質量狀況、數據文件格式情況,實現各級區(qū)域自動站運行狀態(tài)實時監(jiān)控,并基于地理信息系統(tǒng)實時展示監(jiān)控結果。(2)探測數據質量監(jiān)控:在國家級和省級監(jiān)控中心利用報文格式檢查、界限值檢查、氣候極值檢查、內部一致性檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查等數據質量控制方法開展探測數據質量實時監(jiān)控,并進行質控結果的多形式展示。(3)探測產品分析顯示:結合地理信息系統(tǒng),根據用戶需求顯示不同范圍、不同時間段、不同觀測要素、不同站點多種形式數據,如單/多要素色斑圖、單/多站曲線圖、觀測要素實時填圖、單/多站不同時間段各觀測要素列表等。(4)維修信息管理:國家級利用省級上傳的維護維修信息進行設備故障的實時定位、跟蹤、查詢等。(5)站網信息管理:區(qū)域站網信息管理主要包括測站信息、設備信息和人員信息。測站信息包括地理信息、環(huán)境信息、站名/號等屬性信息;設備信息主要為設備廠家信息、傳感器等主要部件型號信息。維護區(qū)域自動站的站網信息包括新增站點添加、錯誤站點刪除、已有站點信息的修改及查詢等功能;此外,結合電子地圖和站點經緯度坐標,還可查看站點分布情況。(6)綜合分析評估:主要包含數據文件上傳情況、設備運行情況及數據質量情況3方面。數據上傳情況主要指文件到報、逾限、缺報,具體的缺報時次查詢等;設備運行情況主要是設備業(yè)務可用性的統(tǒng)計分析;數據質量情況包括數據文件格式情況、參數信息情況及各觀測要素質量情況統(tǒng)計分析。此外,根據實際業(yè)務需求,還可實現國家級和省級兩級系統(tǒng)之間信息的交互、本系統(tǒng)與其他業(yè)務系統(tǒng)共享業(yè)務數據等。
系統(tǒng)關鍵技術
目前為止,全國已建成區(qū)域自動站33110套,后續(xù)還將建設鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站32690套,暴雨監(jiān)測站61336套,移動氣象觀測站2872套,未來國家級系統(tǒng)中要監(jiān)控的臺站數量將達到13萬余套,這些設備的實時觀測要素數據、設備運行狀態(tài)數據以及日常業(yè)務數據量小,每個文件基本在幾千字節(jié)左右,但文件數目總量龐大,日峰值量超過312萬條,而業(yè)務中對數據傳輸、處理和顯示的時效性要求較高,要求在30min內實現數據解析、質控、入庫并在監(jiān)控系統(tǒng)中顯示,這給服務器的處理能力帶來很大的挑戰(zhàn)。因此,為滿足時效性要求,國家級系統(tǒng)中在數據處理方面采用多線程分布式處理技術,即將全國各地設備按照地理分區(qū)分成7大區(qū)域(港澳臺地區(qū)除外),分別部署在多臺服務器上同時進行數據處理,處理完的數據存入相同數據庫、集中顯示。系統(tǒng)分別在國家級和省級部署,可同時滿足國家級和省及以下級管理人員、技術保障人員、監(jiān)控人員和預報預測人員的需求,且在信息門戶層兩級系統(tǒng)分別采用基于客戶端和基于瀏覽器的訪問技術,這一方面與兩級業(yè)務的側重點相聯(lián)系,另一方面便于省級發(fā)揮自身優(yōu)勢,在現有系統(tǒng)上進行功能和設備的擴展。根據中國氣象局信息網絡化建設現狀和安全要求,相關業(yè)務系統(tǒng)必須部署在中國氣象局DMZ區(qū),以實現與氣象局內部業(yè)務系統(tǒng)的邏輯隔離。本系統(tǒng)國家級和省級版本均部署在氣象局局域網,相關業(yè)務人員也只能在氣象局內網進行系統(tǒng)的訪問。但基于目前中國氣象業(yè)務數據傳輸的流程及兩級系統(tǒng)主要部署物理地點的現狀,系統(tǒng)在實現國家級和省級系統(tǒng)之間數據質量控制結果、維修保障信息和觀測站網信息實時交互方面存在一定的局限性。所以,本系統(tǒng)利用Internet和Intranet的優(yōu)勢,將系統(tǒng)部署在氣象局局域網,進行日常數據的傳輸、接收、訪問,而將兩級系統(tǒng)之間信息交互的部分利用公網,通過FTP的形式實現。
中國區(qū)域自動氣象站運行監(jiān)控系統(tǒng)是針對我國已建區(qū)域自動氣象站以及未來將建的加密自動站和暴雨監(jiān)測站而建設的監(jiān)控保障實時業(yè)務系統(tǒng)。系統(tǒng)分國家級和省級兩個版本,分別在國家級和省級保障部門安裝部署。兩級系統(tǒng)采用相同技術架構,基本功能均包括設備運行監(jiān)控、探測數據監(jiān)控、探測產品分析顯示、維護維修管理、站網信息管理和綜合分析評估6部分。系統(tǒng)的建成將在一定程度上保障我國區(qū)域自動氣象觀測網的穩(wěn)定、可靠運行。然而,為更好地發(fā)揮其效益,系統(tǒng)還需在探測數據質量控制方法、相關業(yè)務機制和職責流程方面進一步完善。
本文作者:李雁李峰趙志強郭海平孫林花李仲龍周青周薇工作單位:中國氣象局氣象探測中心