國家級觀測站無人值守監(jiān)控軟件設計*

胡景波 邱杰 郁雪文 陳峰云

(1.湖州市氣象局,浙江 湖州 313000;2.溫州市氣象局,浙江 溫州 325000)

0 引 言

推進國家地面氣象觀測站無人值守工作是加快觀測自動化,促進業(yè)務提質(zhì)提效的重要舉措。[1]為達到無人值守的目標,必須要改變以往以觀測員為主的觀測模式,要最大化的利用計算機完成常規(guī)的觀測工作,把觀測員定位成應急和決策的角色,快速應對突發(fā)情況,快速排查故障過程。[2]無人值守的情況下可以更加合理的安排業(yè)務人員的工作,使業(yè)務運轉(zhuǎn)更加協(xié)調(diào),進一步解放觀測員,推動觀測工作的規(guī)范化和現(xiàn)代化,達到一人多崗,一崗多責的目的。

覃愛金[3]、丁志平[4]介紹了廣東和廣西兩個臺站無人值守運行的模式。參考了其他無人值守臺站的試點情況,發(fā)現(xiàn)很有必要開發(fā)出適合自己臺站的監(jiān)控軟件來輔助正常的觀測工作。張偉奇[5]介紹了軟件設計模式在氣象觀測軟件開發(fā)中的應用。黃思源[6],朱長樂[7]設計了可以監(jiān)控ISOS軟件的程序。龍鳳翔[8]李艷[9]、薛風國[10]設計了可以監(jiān)控觀測數(shù)據(jù)和設備運行情況的程序。郭方[11]、朱勍[12]分別介紹了輔助監(jiān)控軟件在機場氣象觀測工作中的運用。

本文以湖州市4個國家級觀測站為基礎(chǔ),借鑒省內(nèi)其他觀測站無人化試點的情況,整理了無人值守情況下科學高效的觀測流程,在此基礎(chǔ)上開發(fā)出高度集成的監(jiān)控軟件。軟件采用了基于.Net Framework4.5微軟的WPF(Windows Presentation Foundation)框架,用戶界面布局更加靈活,用戶體驗更加友好。軟件基本配置的數(shù)據(jù)存儲使用了Sqlite數(shù)據(jù)庫,更加輕量級,而且不需要安裝客戶端。針對氣象要素數(shù)據(jù)庫的特點,讀取數(shù)據(jù)庫時采用了EF(Entity Framework)框架,提高了軟件的開發(fā)效率。本軟件可在Framework4.5以上的環(huán)境中運行。軟件功能包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、觀測流程提醒、報文上傳檢查等。本軟件的設計初衷是減輕綜合崗業(yè)務中觀測工作的壓力,讓值班員更高效的工作,避免因無人值守而造成工作的遺漏。

1 業(yè)務需求

目前的綜合觀測質(zhì)量考核不僅僅包括報文上傳及時率,還包括設備運行質(zhì)量、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等。造成綜合觀測質(zhì)量下降的主要原因是自動站設備故障、網(wǎng)絡中斷、計算機故障等突發(fā)情況,日常工作中主要依靠人工定時巡查、按時重啟計算機,省級網(wǎng)絡中心電話提醒等辦法解決。但上述辦法時效性不強,特別是夜間不守班期間,值班員不能及時收到報警通知,甚至可能造成夜間一直中斷沒人發(fā)現(xiàn)的情況。雖然集成版ISOS軟件對新型自動站采集器、傳感器故障造成的觀測數(shù)據(jù)缺測或異常有監(jiān)控報警功能,但存在報警方式單一、監(jiān)控數(shù)據(jù)種類不全等問題,還遠遠不能滿足實際工作的需求。本文探討的是利用編程語言,設計出一個“接地氣”的集成綜合監(jiān)控平臺,當出現(xiàn)以上問題時及時提醒業(yè)務人員采取措施。還可以對臺站各類觀測數(shù)據(jù)有效進行監(jiān)控,從而提高設備運行穩(wěn)定率、報文上傳及時率和觀測數(shù)據(jù)可用率,極大改善由于發(fā)現(xiàn)問題不及時而導致業(yè)務質(zhì)量下降的問題。

2 軟件特色

2.1 軟件主界面

軟件主界面分為4個區(qū)域,分別是觀測事項提醒,交接班記錄,到報檢查結(jié)果和質(zhì)量控制結(jié)果。如圖1,軟件主要功能的運行結(jié)果均在首頁顯示。

圖1 軟件主界面

2.2 自動站分鐘及小時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

為了保證數(shù)據(jù)的準確性,及時發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)。除了ISOS軟件自帶的質(zhì)控方案全部勾選以外,在輔助監(jiān)控軟件中增加了觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制功能。自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是本軟件的主要功能之一。軟件檢查的數(shù)據(jù)來自于市級觀測數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫每5 min更新一次,軟件的質(zhì)檢周期默認設置成5 min。質(zhì)控檢查包括3個方面,第一是主要變化范圍檢查,除了常規(guī)站自帶的檢查項目以外,增加了小時蒸發(fā)量的最大值檢查,當小時蒸發(fā)量大于某個臨界值的時候,軟件會提醒值班員,臨界值可以在參數(shù)設置里進行修改。第二是空間一致性檢查,即常規(guī)站與備份站同一時間同一要素的數(shù)據(jù)對比。常規(guī)的質(zhì)量控制中進行空間一致性檢查的要素只有氣溫,在此基礎(chǔ)上,本軟件增加了氣壓、風速、相對濕度、地表溫度、淺層地溫(5、10、15、20 cm)、深層地溫(40、80、160、320 cm)、小時降水量等要素。第三是時間一致性檢查,即常規(guī)站前后5 min數(shù)據(jù)的連續(xù)對比,包括氣溫、氣壓、相對濕度、地表溫度、淺層地溫(5、10、15、20 cm)、深層地溫(40、80、160、320 cm)等要素。圖2為數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的參數(shù)設置界面,不輸入閾值默認不進行該項質(zhì)量控制。

圖2 質(zhì)檢閾值參數(shù)設置

2.3 報文上傳監(jiān)控

報文監(jiān)控主要通過定時檢查省級傳輸目錄下有沒有本臺站規(guī)定時效內(nèi)上傳的報文,如果沒有就發(fā)出報警信息,市級短信報警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該報警信息后會自動往值班手機或指定的負責人手機發(fā)送提醒短信。圖3是軟件檢查報文傳輸狀態(tài)的流程。

圖3 到報檢查軟件流程

參數(shù)設置時可以輸入待檢查報文名稱中含有的關(guān)鍵字符,如日數(shù)據(jù)的到報檢查可以輸入關(guān)鍵字符“DAY”。并輸入多個關(guān)鍵字符,用“,”隔開,如圖4。軟件通過參數(shù)設置的關(guān)鍵字符檢查報文的到報情況,確認上傳目錄里是否有最新的報文。這樣可以避免之前很多軟件只能進行一種報文檢查的局限性。觀測員通過參數(shù)設置可以設置檢查任何需要上傳的報文,除常規(guī)站的長Z文件,也包括酸雨、風廓線、大氣成分等其他的傳輸文件。

圖4 到報檢查參數(shù)設置

3 其他功能模塊介紹

1)參數(shù)設置

參數(shù)設置包括鈴聲管理、人員管理、設備管理、氣候概況設置、質(zhì)檢閾值管理、整編數(shù)據(jù)管理六個選項。其中報警鈴聲可以設置成語音合成的專屬提示音,使提醒更加直接。人員和設備根據(jù)臺站自身情況設置。整編數(shù)據(jù)管理和氣候概況設置一旦設置好,不允許輕易修改,作用是為了自動形成月報表里的氣候概況描述文字。質(zhì)檢閾值管理中主站和備份站差值的報警閾值需要臺站根據(jù)自身情況設置,沒有統(tǒng)一標準。主站數(shù)據(jù)的連續(xù)變化報警閾值根據(jù)規(guī)范要求設置。

2)提醒事項

提醒事項類似于鬧鐘,事先設置好每一步觀測流程的時間,到了對應的時間就會提醒,值班員必須手動點處理按鈕才會停止鬧鐘。軟件執(zhí)行提醒事項的流程如圖5所示。

3)氣候概況

增加這一功能的初衷是為了提高臺站制氣候概況的效率,避免人為計算的錯誤。通過參數(shù)設置,將當?shù)氐恼庂Y料輸入軟件中,軟件通過讀取月報表文件里的數(shù)據(jù),自動比對當月氣溫、降水、雨日和日照與30 a整編資料的差距,自動生成本月的基本氣候概況描述文字,制作人員可以在界面直接修改,如圖5,然后復制到MDOS中去。

圖5 氣候概況界面

4)巡查記錄

由于ASOM和MDOS中都要求記錄儀器巡查情況,本軟件主要以提醒為主,沒有要求更詳細的記錄,只是記錄了簡單的巡查時間和巡查人,方便值班員留痕。

5)業(yè)務規(guī)定

專門用來存放業(yè)務規(guī)定,具有文件名關(guān)鍵字搜索功能,便于突發(fā)情況時快速找到需要的規(guī)范。

6)應急聯(lián)系人

為了方便報告制度的實行,省去查閱電話簿的時間,提前將可能用到的電話錄入軟件中,以備不時之需。

4 實際應用情況

該監(jiān)控軟件已經(jīng)在少數(shù)臺站進行業(yè)務試運行,在運行過程中,程序的主要功能運行良好。首先能夠完成常規(guī)的報文傳輸監(jiān)控功能,試運行階段遇到的報文上傳中斷情況均及時發(fā)出報警。特別是在夜間不守班期間,報文監(jiān)控功能發(fā)揮了很大的作用。例如8月14日凌晨03:55湖州站土壤水分中心站軟件突然自動關(guān)閉,造成04時整點文件未及時上傳,監(jiān)控軟件于4:04發(fā)出短信報警,值班員及時到達值班室處理,在規(guī)定時間之前上傳了文件,未造成逾限報。其次是雙套站數(shù)據(jù)對比效果明顯,能及時發(fā)現(xiàn)傳感器故障。此外,值班員對軟件其他的功能也比較滿意,試運行期間軟件制作的氣候概況與人工基本一致,未發(fā)現(xiàn)算法的錯誤。

試運行期間也發(fā)現(xiàn)了不足之處,參數(shù)設置錯誤導致的誤報警時有發(fā)生,后續(xù)初步打算簡化參數(shù)設置的內(nèi)容。再根據(jù)臺站的需求增加一些常用的功能,使該軟件不斷優(yōu)化,進一步滿足業(yè)務需求。

5 結(jié) 語

按照《綜合氣象觀測業(yè)務發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》的要求,在不斷改革中全面提升綜合氣象觀測業(yè)務技術(shù)水平。無人值守是一種先進的業(yè)務運行模式,需要更高素質(zhì)的業(yè)務人員通過更先進的軟硬件完成所有的觀測任務。本軟件從觀測員的實際需求出發(fā),以整合碎片化的需求為目的,實現(xiàn)了一些“接地氣”的功能,操作簡單,可靠實用。軟件在投入業(yè)務運行的過程中,能正常實現(xiàn)所設計的功能,運行穩(wěn)定,報警及時,讓觀測人員能夠及時采取有效措施處理故障,有效地保證了業(yè)務工作質(zhì)量。