氣象觀測(cè)全面自動(dòng)化存在的問題及對(duì)策

魏雅鵬 趙國強(qiáng)

1.酒泉市氣象局 2.甘肅省文縣氣象局

引言

《中國氣象局關(guān)于印發(fā)實(shí)現(xiàn)地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化工作方案的通知》以及2018 年召開全國氣象局長會(huì)議，同時(shí)提出了加強(qiáng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)推行全面自動(dòng)化的改革要求，為相關(guān)地市各臺(tái)站指出了全面自動(dòng)化以及加強(qiáng)氣象觀測(cè)智能化程度的重要性。但現(xiàn)階段的氣象系統(tǒng)中距實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化還存在一定的不足，技術(shù)水平提升以及設(shè)備更新還需要資金的支撐以及系統(tǒng)的技術(shù)管控，以此，實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化的氣象觀測(cè)。

1 氣象觀測(cè)全面自動(dòng)化存在的問題

1.1 供電系統(tǒng)線路布設(shè)缺乏合理性

現(xiàn)階段的多數(shù)氣象觀測(cè)臺(tái)站中，一般都不具備市電雙電源自動(dòng)切換加發(fā)電機(jī)三路電源保障系統(tǒng)的技術(shù)支持，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，其原因一般有：（1）用于氣象觀測(cè)的臺(tái)站通常處于郊區(qū)或山上，距離供電站較遠(yuǎn)，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(dǎo)致電源的供給以及線路鋪設(shè)不合理。（2）在線路不合理的情況下，其優(yōu)化手段的不完善也是導(dǎo)致供電系統(tǒng)存在不足的因素之一，依據(jù)要求，臺(tái)站需要配備UPS以及發(fā)電機(jī)，但一些臺(tái)站中依然使用手動(dòng)發(fā)電，其供電的可靠性不強(qiáng)。（3）線路的備份不足，長期使用無替換的輸電線會(huì)在故障出現(xiàn)時(shí)造成供電的斷層，如在從值班室到觀測(cè)場(chǎng)戶外通常只有一條線路，長期的戶外放置，會(huì)因環(huán)境的侵蝕，出現(xiàn)線路的損壞。

1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保障不完善

網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)等設(shè)備是實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)保障，但由于裝備配置不足，自動(dòng)化技術(shù)不能完全實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段的一些臺(tái)站中用于氣象觀測(cè)的核心交換機(jī)只有一臺(tái)，來保證聯(lián)通、電信、3G 通信三條線路的報(bào)文傳輸，且配置為普通的PC、單網(wǎng)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(shù)據(jù)以及信號(hào)的傳輸。但若交換機(jī)出現(xiàn)異常情況，就會(huì)引起整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這種情況下雖然可以借助3G 通信技術(shù)為ISOS 軟件中的報(bào)文傳輸提供幫助，但配套的傳輸設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)向省里傳輸。此外，雖然計(jì)算機(jī)有配套的備份系統(tǒng)，但在目前技術(shù)中，還不能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的同步采集，因此在啟用備份設(shè)備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不連貫的現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)于二十四小時(shí)的變壓等參數(shù)造成影響，為全自動(dòng)的切換造成隱患，無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的雙機(jī)熱備份[1]。

1.3 觀測(cè)設(shè)備對(duì)應(yīng)性不強(qiáng)

風(fēng)、溫度、氣壓、濕度、低溫、雨量等方面的數(shù)據(jù)是戶外觀測(cè)采集設(shè)備主要收集的，并且在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙備份，但相應(yīng)的配套設(shè)備還處于單套運(yùn)行的階段，如綜合硬件集成控制器、能見度、蒸發(fā)、降水觀測(cè)儀、雪深、日照等設(shè)備。由于這種單套運(yùn)行模式存在，當(dāng)硬件出現(xiàn)不良情況時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的備份，進(jìn)而限制了雙備份的可能，造成對(duì)設(shè)備熱備份功能的限制。為此需要對(duì)ISOS 軟件以及數(shù)據(jù)采集同步技術(shù)實(shí)施進(jìn)一步的更新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在其出現(xiàn)損壞時(shí)，軟件以及硬件可以正常運(yùn)作，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，完成數(shù)據(jù)熱備份。

1.4 儀器參數(shù)缺乏合理配置

觀測(cè)儀是臺(tái)站實(shí)現(xiàn)高效觀測(cè)的保障，若在觀測(cè)中對(duì)儀器參數(shù)設(shè)置不合理，就會(huì)影響觀測(cè)結(jié)果的精確性，造成氣象觀測(cè)工作的誤差。為此，需要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行審核數(shù)據(jù)庫的建立，但由于這一工作具有滯后性，導(dǎo)致一旦自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)不良情況，就需要借助人工進(jìn)行參數(shù)的更改，增大了數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的可能性，而數(shù)據(jù)的異常會(huì)造成依靠業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)報(bào)的審核數(shù)據(jù)庫計(jì)算的誤差，進(jìn)而增大了數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的可能性。

2 完善氣象觀測(cè)全面自動(dòng)化措施

2.1 提升供電系統(tǒng)的可靠性

提升供電系統(tǒng)的可靠性，需要在實(shí)際操作中配備雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源系統(tǒng)與正常工作電源系統(tǒng)的有效轉(zhuǎn)換，這種對(duì)于電源在常用系統(tǒng)以及備用系統(tǒng)中的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換性在日常工作中是十分必要的內(nèi)容配置。

做為一種緊急配電裝置，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本工作原理是通過把負(fù)載電路自日常電源轉(zhuǎn)移到備用電源的一種開關(guān)，可以有效保證線路中電流負(fù)荷的連貫性以及可靠性。在實(shí)際的線路鋪設(shè)中，從值班室到現(xiàn)象觀測(cè)點(diǎn)的線路應(yīng)該保證常用電源與備用電源兩條線路的建設(shè)，為電源的供給提供雙回路的系統(tǒng)，在其中一條線路出現(xiàn)故障的情況下可以實(shí)現(xiàn)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(xiàn)電源電壓以及頻率等方面的狀況時(shí)，啟動(dòng)備用線路進(jìn)行傳輸，再對(duì)市電電源發(fā)出閉合指令，實(shí)現(xiàn)線路的切換，當(dāng)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠[2]。

2.2 推動(dòng)無停頓熱切換技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)的無停頓熱切換技術(shù)，需要相關(guān)部門積極進(jìn)行核心交換機(jī)以及服務(wù)器的雙機(jī)熱備，保證氣象觀測(cè)中數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性以及連慣性，進(jìn)而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)地工作。此外，針對(duì)原有單機(jī)核心三層交換數(shù)據(jù)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，可以借助虛擬路由冗余協(xié)議技術(shù)對(duì)其進(jìn)行完善，進(jìn)而促進(jìn)主要以及備用的核心三層交換設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)性、連貫性的熱切換，其工作原理是虛擬交換機(jī)按照設(shè)備配置優(yōu)先級(jí)的程度對(duì)交換機(jī)進(jìn)行選擇，把優(yōu)先級(jí)最高的作為主交換機(jī)，設(shè)置狀態(tài)Master，把優(yōu)先級(jí)較弱的交換機(jī)作為備用的交換機(jī)，并利用其進(jìn)行主交換機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，主交換機(jī)在正常運(yùn)行操作時(shí)會(huì)周期性地發(fā)出VRRP，作為其正常工作的報(bào)文，但若備份交換機(jī)長時(shí)間接收到主交換機(jī)發(fā)出的信號(hào)，則會(huì)把自己變成Master，實(shí)現(xiàn)操作的連貫性，在此過程中，需要接貨組雙機(jī)熱備、RAID 技術(shù)以及數(shù)據(jù)備份技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長期、連貫運(yùn)行[3]。

2.3 完善數(shù)據(jù)同步采集技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接，需要對(duì)量路觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行同步采集，以此進(jìn)行業(yè)務(wù)軟件的智能化識(shí)別。為此需要實(shí)現(xiàn)觀測(cè)時(shí)，主、備設(shè)備的配置齊全，優(yōu)化采集器的硬件功能，優(yōu)化觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件的相應(yīng)功能，當(dāng)主站儀器對(duì)數(shù)據(jù)的觀測(cè)出現(xiàn)缺欠時(shí)，保證對(duì)備份數(shù)據(jù)啟用時(shí)數(shù)據(jù)的完整性，并且對(duì)數(shù)據(jù)的異常進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，以此提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4 加強(qiáng)智能傳感器的應(yīng)用程度

在當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用中，部分觀測(cè)傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，但由于在日照時(shí)數(shù)以及云、天氣現(xiàn)象中，傳感器并為達(dá)到自動(dòng)化的規(guī)范化要求，若想實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，需要加大力度進(jìn)行智能化傳感器的優(yōu)化升級(jí)，并對(duì)已經(jīng)達(dá)到自動(dòng)化要求的傳感器，需要應(yīng)用MEMS 技術(shù)對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的升級(jí)，以此促進(jìn)傳感器的高精度以及小型化，提升氣象觀測(cè)系統(tǒng)的全面性自動(dòng)化技術(shù)的有效覆蓋率。

3 結(jié)論

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)效率以及準(zhǔn)確性，需要在氣象系統(tǒng)中科學(xué)地實(shí)現(xiàn)全面性的自動(dòng)化技術(shù)，這就要求地市臺(tái)站以及相關(guān)部門針對(duì)現(xiàn)階段氣象觀測(cè)全面自動(dòng)化方面存在的不足，采取科學(xué)的技術(shù)措施，通過提升供電系統(tǒng)的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)無停頓熱切換的實(shí)現(xiàn)等方面提升設(shè)備的氣象觀測(cè)自動(dòng)化能力，并通過數(shù)據(jù)的有效采集以及智能傳感器的應(yīng)用，提升氣象觀測(cè)全面自動(dòng)化的深度。