新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控及保障系統(tǒng)

姚浩立 李從初 許皓皓 徐振宇

(寧波市氣象網(wǎng)絡(luò)與裝備保障中心，浙江 寧波 315012)

0 引 言

大氣科學(xué)取得迅速發(fā)展，原因之一是重視觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)以及新探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用[1]。近年來，氣象探測(cè)技術(shù)取得了卓越的發(fā)展，地面觀測(cè)向遙測(cè)化、自動(dòng)化邁進(jìn)，專業(yè)氣象觀測(cè)和大氣特種觀測(cè)網(wǎng)日趨完善，探測(cè)能力顯著增強(qiáng)，觀測(cè)自動(dòng)化水平迅速提高，重視觀測(cè)方法、觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)，注重觀測(cè)工具的配合，各取所長(zhǎng)[2-3]。

氣象觀測(cè)技術(shù)蓬勃發(fā)展，基層氣象臺(tái)站的測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)逐漸自動(dòng)化[4]，新型地面氣象觀測(cè)站從人工觀測(cè)轉(zhuǎn)化為無人值守[5-6]，為了適應(yīng)不斷發(fā)展的需求，更好地為業(yè)務(wù)人員做好輔助工作，加強(qiáng)氣象觀測(cè)保障能力，運(yùn)行監(jiān)控日漸成為工作側(cè)重點(diǎn)[7-8]。

新型自動(dòng)氣象站改造之后觀測(cè)數(shù)據(jù)增加，數(shù)據(jù)傳輸頻率增大，每個(gè)新型自動(dòng)氣象站的傳輸頻率都為5 min一組觀測(cè)報(bào)文，特殊情況下可加密到1 min一組觀測(cè)報(bào)文，傳輸和考核要求高。從縣、市局到省局，數(shù)據(jù)經(jīng)過的各鏈路和節(jié)點(diǎn)都存在故障隱患。根據(jù)以上情況，對(duì)新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)、傳輸節(jié)點(diǎn)和通信鏈路進(jìn)行完整、可靠的監(jiān)控，可以提前或最短時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高業(yè)務(wù)質(zhì)量，使損失降到最低。

新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控及保障系統(tǒng)圍繞氣象部門測(cè)報(bào)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)工作，旨在提高測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)的通信傳輸質(zhì)量。在經(jīng)濟(jì)可行性方面，主要用到的是軟件開發(fā)和無線通信報(bào)警一體機(jī)，具有成本低的特點(diǎn)。

1 新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控及保障系統(tǒng)

新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸及保障系統(tǒng)分為鏈路監(jiān)控、數(shù)據(jù)及時(shí)率監(jiān)控、內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控以及無線通信一體機(jī)監(jiān)控及報(bào)警4個(gè)組成部分。

1.1 鏈路監(jiān)控

鏈路監(jiān)控：實(shí)時(shí)對(duì)縣局各測(cè)報(bào)機(jī)和省局內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器做網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)，若網(wǎng)絡(luò)不通則監(jiān)控服務(wù)器通過音樂發(fā)出鏈路異常報(bào)警，硬件無線通信一體機(jī)則發(fā)送短信和撥打報(bào)警電話給特定人員。

圖1是監(jiān)控軟件主頁(yè)面，用于監(jiān)控各重要報(bào)文的發(fā)送情況和重要服務(wù)器及發(fā)報(bào)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況。其中紅框部分為鏈路監(jiān)控模塊，該模塊可以配置服務(wù)器及其IP，這里對(duì)縣局的主備發(fā)報(bào)機(jī)，市局核心交換機(jī)和省局的路由器及報(bào)文接收服務(wù)器均做了實(shí)時(shí)監(jiān)控。鏈路監(jiān)控模塊工作原理為：實(shí)時(shí)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)做ping操作，若連續(xù)6 s ping不通則報(bào)警。

圖1 業(yè)務(wù)監(jiān)控程序

1.2 數(shù)據(jù)及時(shí)率監(jiān)控

數(shù)據(jù)及時(shí)率監(jiān)控：定時(shí)每5 min從省內(nèi)網(wǎng)FTP服務(wù)器下載常規(guī)站數(shù)據(jù)并入庫(kù)，注意避開各縣局的常規(guī)站報(bào)文上傳時(shí)間，定時(shí)檢測(cè)報(bào)文是否及時(shí)上傳，并通過消息中間件進(jìn)行消息反饋，若檢測(cè)到連續(xù)兩個(gè)時(shí)次未及時(shí)上傳報(bào)文則監(jiān)控服務(wù)器聲音報(bào)警，硬件無線通信一體機(jī)發(fā)送短信和撥打報(bào)警電話給特定人員。

圖2為新型自動(dòng)氣象站報(bào)文入庫(kù)軟件主頁(yè)，由于新型自動(dòng)氣象站報(bào)文是直接由臺(tái)站直接發(fā)送到省級(jí)報(bào)文接收服務(wù)器，未進(jìn)入市級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過該軟件從省級(jí)服務(wù)器下載報(bào)文，每5 min將報(bào)文入庫(kù)到市級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 新型自動(dòng)氣象站報(bào)文入庫(kù)軟件

圖3為數(shù)據(jù)及時(shí)性監(jiān)控軟件主頁(yè)，用來監(jiān)控各重要數(shù)據(jù)是否及時(shí)入庫(kù)，其中紅框部分為國(guó)家新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)入庫(kù)及時(shí)性監(jiān)控。

圖3 數(shù)據(jù)及時(shí)性監(jiān)控軟件

結(jié)合圖2新型自動(dòng)氣象站報(bào)文入庫(kù)軟件和圖3數(shù)據(jù)及時(shí)性監(jiān)控軟件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)及時(shí)率的監(jiān)控。若新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)未及時(shí)傳輸?shù)绞〖?jí)服務(wù)器，數(shù)據(jù)及時(shí)性監(jiān)控軟件首先會(huì)監(jiān)測(cè)到市級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)無數(shù)據(jù)而報(bào)警，再檢查新型自動(dòng)氣象站報(bào)文入庫(kù)軟件，沒有對(duì)應(yīng)的新型自動(dòng)氣象站報(bào)文，則可以確定該臺(tái)站出現(xiàn)故障未及時(shí)傳輸報(bào)文，從而可以第一時(shí)間找出并解決問題。

1.3 內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控

內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控軟件,分兩種途徑對(duì)內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器做監(jiān)控：1)直接對(duì)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器做FTP測(cè)試，監(jiān)控服務(wù)器狀態(tài)、FTP server軟件狀態(tài)。若出現(xiàn)問題則彈窗和音樂報(bào)警，并將報(bào)警信息發(fā)送到硬件，由硬件進(jìn)行手機(jī)報(bào)警。2)通過測(cè)試外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控外網(wǎng)服務(wù)器、外網(wǎng)服務(wù)器FTP server狀態(tài)以及外網(wǎng)服務(wù)器向內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的程序狀態(tài)監(jiān)控。若出現(xiàn)問題則彈窗和音樂報(bào)警，并且將報(bào)警信息發(fā)送到硬件，由硬件進(jìn)行手機(jī)報(bào)警。

圖4是內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控軟件流程圖。內(nèi)網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控定時(shí)每5 min執(zhí)行FTP登陸測(cè)試，若連續(xù)5次登陸失敗則將錯(cuò)誤信息記入日志并且音樂和短信報(bào)警。外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控定時(shí)每10 min執(zhí)行程序，將本地生成的測(cè)試文件上傳到無線外網(wǎng)服務(wù)器，若成功，延遲20 s登陸內(nèi)網(wǎng)FTP服務(wù)器并刪除測(cè)試文件，若連續(xù)5次刪除失敗，則判斷外網(wǎng)往內(nèi)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)程序失效，報(bào)警響起。

圖4 內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器監(jiān)控軟件流程圖

1.4 無線通信報(bào)警一體機(jī)監(jiān)控及報(bào)警

無線通信一體機(jī)監(jiān)控及報(bào)警：1)監(jiān)控縣級(jí)測(cè)報(bào)機(jī)的測(cè)報(bào)和發(fā)報(bào)，若停電、測(cè)報(bào)機(jī)死機(jī)則無線通信報(bào)警一體機(jī)報(bào)警；2)若監(jiān)控服務(wù)器或者監(jiān)控軟件出問題，硬件通信模塊不能獲得心跳包，從而報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控服務(wù)器和監(jiān)控軟件的監(jiān)控作用；3)若內(nèi)外網(wǎng)FTP服務(wù)器出現(xiàn)問題，由監(jiān)控軟件發(fā)送信息到硬件通信模塊，由硬件通信模塊打電話或發(fā)信息到值班手機(jī)，起到報(bào)警的作用。

該設(shè)備采用工業(yè)級(jí)無線移動(dòng)通信模塊，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，符合地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)自動(dòng)化的要求。

1.4.1 主要功能

1)通信鏈路監(jiān)測(cè)

通過軟件對(duì)內(nèi)網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)和在線式應(yīng)急備份通信鏈路(如無線無線網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。每10 s鐘測(cè)試一次網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)通信鏈路發(fā)生連續(xù)2 min通信中斷時(shí)，則通過短信或語(yǔ)音電話發(fā)出報(bào)警信息，通知值班員或網(wǎng)絡(luò)保障員，及時(shí)處理線路故障，確保自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)文件能及時(shí)發(fā)送出去。

2)值班室停電監(jiān)控

為了滿足測(cè)報(bào)值班室停電報(bào)警的需求，監(jiān)控報(bào)警專門設(shè)計(jì)了停電自動(dòng)撥打值班員電話的功能。機(jī)內(nèi)配置了12 V鋰電池，用于市電中斷情況下提供工作電源。當(dāng)檢測(cè)到市電中斷時(shí)，自動(dòng)提取預(yù)存的值班手機(jī)號(hào)碼，撥打電話和播放停電信息，通知值班員及時(shí)處理停電故障。盡管臺(tái)站測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)配置了UPS供電，但往往在夜間發(fā)生停電，易造成UPS的蓄電瓶過放電而導(dǎo)致后備電源電能耗盡影響業(yè)務(wù)工作。停電報(bào)警功能為業(yè)務(wù)用電的意外停電守住最后一道防線。

3)計(jì)算機(jī)死機(jī)監(jiān)控

為了監(jiān)控計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)和業(yè)務(wù)軟件運(yùn)行，報(bào)警監(jiān)控機(jī)通過串口與通信軟件形成了定時(shí)應(yīng)答互動(dòng)聯(lián)絡(luò)機(jī)制，一旦計(jì)算機(jī)死機(jī)或軟件異常退出，報(bào)警監(jiān)控機(jī)得不到傳輸軟件的應(yīng)答，將自動(dòng)向值班手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警短信和撥打語(yǔ)音電話，提醒值班人員處理異常情況。確保自動(dòng)氣象站計(jì)算機(jī)和業(yè)務(wù)軟件運(yùn)行正常，起到“看門狗”的作用。

2 系統(tǒng)運(yùn)行情況

新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸及保障系統(tǒng)已業(yè)務(wù)化運(yùn)行一年多的時(shí)間，運(yùn)行期間穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)明顯的誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)和遺漏等現(xiàn)象。多次及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)文未上傳并準(zhǔn)確定位，例如縣市測(cè)報(bào)機(jī)或者測(cè)報(bào)軟件死機(jī)，值班員未發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題并由保障中心通知相應(yīng)臺(tái)站；報(bào)文接收FTP服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)不通或者FTP服務(wù)不可用，保障中心及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并通知省網(wǎng)絡(luò)中心處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文闡述了新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸及保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整、可靠的監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，使縣、市到省3級(jí)的整個(gè)閉環(huán)通信各個(gè)數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)和鏈路都能得到有效的監(jiān)控，能夠提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)質(zhì)量。整個(gè)閉合鏈路的監(jiān)控系統(tǒng)，從縣級(jí)測(cè)報(bào)計(jì)算機(jī)的發(fā)報(bào)到最后從省級(jí)數(shù)據(jù)中心返回?cái)?shù)據(jù)，形成一個(gè)完整可靠的監(jiān)控機(jī)制，不僅能夠提高我市的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對(duì)全省其他市縣也有借鑒作用，可以加快轄區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸故障的定位，快速解決問題，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。