省級(jí)氣象裝備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

張東明 王志誠(chéng) 汪章維

(浙江省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，浙江 杭州 310000)

0 引 言

綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)是氣象部門綜合預(yù)報(bào)服務(wù)的基礎(chǔ)，為了保障氣象觀測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，快速、精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問(wèn)題所在，中國(guó)氣象局于2010年完成“綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)”(簡(jiǎn)稱ASOM1.0)，目前綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)已經(jīng)升級(jí)至第二個(gè)版本，系統(tǒng)在省級(jí)部署，省、市、縣3級(jí)應(yīng)用，極大提高了全省觀測(cè)設(shè)備維護(hù)運(yùn)行的現(xiàn)代化水平。

本文針對(duì)省一級(jí)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)、自動(dòng)站設(shè)備狀態(tài)信息入網(wǎng)需求及月報(bào)統(tǒng)計(jì)需求分析，提出運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)在功能和性能優(yōu)化上升級(jí)設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)功能模塊

省級(jí)綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)對(duì)全省的自動(dòng)站、雷達(dá)站、土壤水分站、探空系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的故障設(shè)備進(jìn)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(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合報(bào)警顯示。綜合氣象裝備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)包括8大模塊：運(yùn)行時(shí)序模塊、觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢模塊、歷史數(shù)據(jù)圖表顯示模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)到報(bào)查詢模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊、綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)估報(bào)告分析模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊。

1)運(yùn)行時(shí)序模塊：主要針對(duì)本省探測(cè)中心業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的探測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行時(shí)序顯示。系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)時(shí)序自動(dòng)更新，也可通過(guò)選擇日期進(jìn)行歷史時(shí)序查看。

2)觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢模塊：可以通過(guò)手動(dòng)選取查詢時(shí)間，按照整點(diǎn)數(shù)據(jù)、加密數(shù)據(jù)、整點(diǎn)和加密數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，且可以將查詢的數(shù)據(jù)進(jìn)行Excel直接導(dǎo)出，方便技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析；實(shí)現(xiàn)常規(guī)觀測(cè)要素綜合圖表顯示，通過(guò)波形圖可以看出各氣象要素值變動(dòng)情況。

3)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)到報(bào)查詢模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊：設(shè)計(jì)包含氣象設(shè)備狀態(tài)報(bào)警、氣象數(shù)據(jù)報(bào)警等文本框顯示，避免彈框式設(shè)計(jì)導(dǎo)致值班人員未發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，并且將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)及報(bào)警信息通過(guò)短信的形式發(fā)送到手機(jī)。

4)運(yùn)行評(píng)估報(bào)告分析模塊：根據(jù)查詢條件選擇需要查詢的設(shè)備業(yè)務(wù)可用性統(tǒng)計(jì)，可自動(dòng)導(dǎo)出運(yùn)行評(píng)估，方便編制報(bào)告。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 總體邏輯架構(gòu)

省級(jí)氣象裝備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先是通過(guò)文件解析組件及通用功能組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取，然后將數(shù)據(jù)拆分成觀測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、綜合分析評(píng)估數(shù)據(jù)3大部分。系統(tǒng)界面展示部分應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、ADO技術(shù)、自定義控件技術(shù)、GSM短信終端等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用及顯示內(nèi)容。

圖1 省級(jí)氣象裝備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備故障判斷方法：系統(tǒng)按照需求進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，通過(guò)狀態(tài)數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)兩個(gè)角度發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，根據(jù)國(guó)家局統(tǒng)一質(zhì)控算法進(jìn)行判斷。

3 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1)運(yùn)行時(shí)序模塊

運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)序界面(圖2)包括3大部分，其中包括自動(dòng)站、自動(dòng)土壤水分站、雷電監(jiān)測(cè)站等觀測(cè)設(shè)備。當(dāng)狀態(tài)出現(xiàn)可疑、錯(cuò)誤、無(wú)數(shù)據(jù)的時(shí)候會(huì)以短信方式提醒值班人員，當(dāng)值班人員發(fā)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)序不正常的時(shí)候可以通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控界面查詢具體原因。

圖2 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)序圖界面

2)觀測(cè)數(shù)據(jù)模塊

觀測(cè)數(shù)據(jù)界面采用.net framework框架中g(shù)ridview控件，通過(guò)將控件綁定數(shù)據(jù)庫(kù)顯示數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，通過(guò)SQL語(yǔ)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(tái)站、指定時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，可以通過(guò)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)Excel按鍵將列表中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入指定目錄下的Excel中。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控界面(圖3)顯示的數(shù)據(jù)界面更加人性化，比目前業(yè)務(wù)上用的軟件顯示更加全面完善，通過(guò)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(jí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面呈現(xiàn)灰色，當(dāng)調(diào)用數(shù)據(jù)不符合氣象質(zhì)量控制要求時(shí)數(shù)據(jù)顯示控件會(huì)顯示深紅色以提醒值班人員。用戶通過(guò)點(diǎn)擊短信打開(kāi)按鈕，即可進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)警監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)所測(cè)氣象數(shù)據(jù)出現(xiàn)過(guò)值或者突變等現(xiàn)象界面GPRS MODEM會(huì)向指定值班手機(jī)號(hào)發(fā)送短信報(bào)警，提示值班人員引起重視，同時(shí)軟件后臺(tái)會(huì)記錄所有此類數(shù)據(jù)，為后期設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)及分析提供依據(jù)，方便對(duì)故障設(shè)備做評(píng)估分析。

圖3 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

3)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控模塊

以自動(dòng)站為例，波形圖顯示監(jiān)控界面(圖4)可以顯示風(fēng)速、相對(duì)濕度、蒸發(fā)、氣溫、降水形勢(shì)圖?？梢灾庇^查看氣象要素走勢(shì)，根據(jù)惰性氣象要素及非惰性氣象要素的特點(diǎn)判斷檢查數(shù)據(jù)是否正常。同樣可以通過(guò)人工選擇觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)繪制波形圖。

圖4 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)波形圖顯示監(jiān)控界面

4)裝備運(yùn)行報(bào)警模塊

該模塊監(jiān)控查詢相關(guān)的裝備運(yùn)行情況(圖5)，可根據(jù)該模塊提示值班人員各臺(tái)站設(shè)備運(yùn)行具體情況，方便與臺(tái)站值班員進(jìn)行溝通指導(dǎo)。

圖5 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控界面

5)運(yùn)行評(píng)估報(bào)告分析模塊

評(píng)估分析模塊是為了方便書(shū)寫運(yùn)行評(píng)估報(bào)告，通過(guò)選取開(kāi)始結(jié)束時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)站、雷電監(jiān)測(cè)站等觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(圖6)。業(yè)務(wù)可用性根據(jù)設(shè)備未報(bào)到時(shí)次及應(yīng)報(bào)道時(shí)次統(tǒng)計(jì)出來(lái)，將全省設(shè)備業(yè)務(wù)可用性通過(guò)圖形表格的形式展現(xiàn)給用戶。

圖6 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控界面

6)數(shù)據(jù)到報(bào)模塊

數(shù)據(jù)到報(bào)模塊如圖7所示，用戶通過(guò)勾選全部查詢可以查看當(dāng)前時(shí)刻所有臺(tái)站的數(shù)據(jù)到報(bào)情況。通過(guò)勾選按臺(tái)站查詢，來(lái)獲取所查臺(tái)站的指定時(shí)間段數(shù)據(jù)到報(bào)情況。

圖7 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)到報(bào)查詢界面

7)監(jiān)控報(bào)警模塊

狀態(tài)監(jiān)控模塊目前包括自動(dòng)站等觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)臺(tái)站設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)應(yīng)運(yùn)行燈顯示紅色。界面最下方設(shè)計(jì)為短信預(yù)警參數(shù)設(shè)置，包括對(duì)端口號(hào)的設(shè)置，手機(jī)號(hào)碼設(shè)置等基礎(chǔ)功能(如圖8)。報(bào)警信息將顯示在報(bào)警信息框中。該功能是省級(jí)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)中最基本的部分。這部分的功能主要包括向用戶組群發(fā)送設(shè)備故障短信，并形成發(fā)送日志。值班人員要及時(shí)掌握故障設(shè)備情況，以便對(duì)運(yùn)行業(yè)務(wù)進(jìn)行管理、對(duì)后續(xù)資料進(jìn)行分析，本項(xiàng)目使用的是故障短信發(fā)送模塊，短信發(fā)送設(shè)備使用的是GSM短信貓，該設(shè)備采用德國(guó)原裝西門子TC35模塊，支持USB無(wú)線通訊終端，性能穩(wěn)定，可24 h不間斷工作。短信發(fā)送速度為：600～750條/h，USB標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口。提供了發(fā)送和接收短信的API函數(shù)調(diào)用。

圖8 運(yùn)行監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)控

短信發(fā)送設(shè)備使用的是GSM短信貓，該設(shè)備采安裝短信貓驅(qū)動(dòng)后，電腦設(shè)備管理界面出現(xiàn)相應(yīng)的端口，短信貓信號(hào)燈發(fā)出規(guī)律性點(diǎn)亮表示連接成功。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)省級(jí)探測(cè)中心的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了省級(jí)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，采用功能模塊化思想實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省觀測(cè)設(shè)備的綜合監(jiān)控，對(duì)異常數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行了更加全面的判斷，并且將報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送給運(yùn)行值班人員。系統(tǒng)具有低耦合度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。