國(guó)家氣象觀測(cè)站“局站分離”資料傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

高建飛，吳進(jìn)忠，王立斌

(貴州省務(wù)川仡佬族苗族自治縣氣象局，貴州 務(wù)川 564300)

0 引言

隨著氣象現(xiàn)代化事業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，許多新方法、新技術(shù)在地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用[1]。為了氣象探測(cè)環(huán)境的保護(hù)和氣象觀測(cè)資料的連續(xù)性，避免因城市規(guī)劃導(dǎo)致氣象站頻繁搬遷，務(wù)川國(guó)家氣象觀測(cè)站將氣象觀測(cè)站建在山頂，實(shí)現(xiàn)“局站分離”開(kāi)展自動(dòng)觀測(cè)業(yè)務(wù)；本站的業(yè)務(wù)人員均是一人多崗，一崗多責(zé)，面對(duì)事多人少的現(xiàn)狀，盡早適應(yīng)觀測(cè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，率先嘗試新方法、新模式實(shí)現(xiàn)了在“局”里開(kāi)展國(guó)家地面氣象觀測(cè)站異地觀測(cè)工作。局站分離后自動(dòng)化采集傳輸和應(yīng)急處置等工作在“局”里還是“站”里開(kāi)展成為今后地面自動(dòng)化觀測(cè)業(yè)務(wù)[7]和臺(tái)站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的重要依據(jù)。

1 現(xiàn)行模式和“局站分離”異地觀測(cè)社會(huì)化保障模式的主要瓶頸

從數(shù)據(jù)傳輸來(lái)看，DZZ4新型自動(dòng)氣象站的采集器與測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)主機(jī)之間通過(guò)“采集器—綜合硬件集成控制器—多模光纖—光纖轉(zhuǎn)換盒—測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)主機(jī)”的方式進(jìn)行資料傳輸。這種光纖通信傳輸方式具有信息容量大、保密性好、無(wú)中繼等特點(diǎn)[2]，但是多模光纖傳輸距離較短，一般適用于“局”、“站”在一起的情況；由于安全、技術(shù)及成本等因素, 氣象部門很難在距離較遠(yuǎn)的氣象局與觀測(cè)站之間建立自己的光纖鏈路[3]。如何實(shí)現(xiàn)氣象局與觀測(cè)站遠(yuǎn)距離氣象資料的傳輸，在氣象局開(kāi)展異地觀測(cè)，需要從技術(shù)層面來(lái)解決。朱一正等[4]對(duì)CAWS600型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器與測(cè)報(bào)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互接口進(jìn)行技術(shù)改造后通過(guò)VPN通道實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離傳輸。目前還未見(jiàn)DZZ4新型自動(dòng)氣象站類似問(wèn)題的解決方案相關(guān)論文，本文旨在探索性解決這一問(wèn)題。

目前局站分離的臺(tái)站普遍采用異地觀測(cè)遠(yuǎn)程操控軟件，利用遠(yuǎn)程桌面鏡像等方式在氣象局開(kāi)展自動(dòng)觀測(cè)業(yè)務(wù)，這一模式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化異地觀測(cè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)正常開(kāi)展。但缺點(diǎn)是需要在觀測(cè)場(chǎng)就近修建業(yè)務(wù)用房用于放置業(yè)務(wù)用主機(jī)、備份機(jī)等地面觀測(cè)相關(guān)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、UPS電源和發(fā)電機(jī)等設(shè)備并在“局”、“站”直接建立同城光纖鏈路；同時(shí)重啟業(yè)務(wù)主機(jī)無(wú)法在局平臺(tái)遠(yuǎn)程操作，仍需要人員親自去觀測(cè)場(chǎng)重啟；而且自動(dòng)站計(jì)算機(jī)故障死機(jī)或斷網(wǎng)無(wú)法在局平臺(tái)遠(yuǎn)程操作，仍需要人員親自去觀測(cè)場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)主、備份站的切換和無(wú)線網(wǎng)卡VPN應(yīng)急傳輸。務(wù)川國(guó)家氣象觀測(cè)站利用社會(huì)化保障光纖長(zhǎng)距離把觀測(cè)場(chǎng)資料傳輸?shù)綒庀缶謽I(yè)務(wù)平臺(tái)測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)主機(jī)，業(yè)務(wù)人員在氣象局開(kāi)展相關(guān)業(yè)務(wù)，有效避免在觀測(cè)場(chǎng)就近修建業(yè)務(wù)用房并能實(shí)現(xiàn)異地觀測(cè)的功能，具體優(yōu)點(diǎn)如下：①傳輸穩(wěn)定；②應(yīng)急情況主、備份站隨時(shí)切換；③斷網(wǎng)時(shí)可隨時(shí)開(kāi)展應(yīng)急無(wú)線網(wǎng)卡VPN傳輸；④無(wú)需在觀測(cè)場(chǎng)就近修建業(yè)務(wù)用房，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、解放人力資源。缺點(diǎn)是：①由于光纖傳輸距離遠(yuǎn)，市政施工挖斷傳輸光纖即造成短時(shí)間數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸，社會(huì)化保障下通訊部門有專業(yè)力量恢復(fù)通訊，這種情況理論上存在，實(shí)際發(fā)生概率較小。②觀測(cè)設(shè)備必須和綜合硬件集成控制器是同一廠家，這樣觀測(cè)傳感器才能全部掛接在綜合硬件集成控制器上，實(shí)現(xiàn)一根光纖完成全部要素傳輸，目前主流的華云和無(wú)錫兩家的傳感器和綜合硬件集成控制器相互之間有些設(shè)備無(wú)法掛接和兼容；③廠家默認(rèn)的多模接口無(wú)法與通信部門的單模光纖對(duì)接，要更換綜合硬件集成控制器光電轉(zhuǎn)換模塊的接口。

具體實(shí)現(xiàn)方案是在“局站分離”異地觀測(cè)社會(huì)化保障光纖傳輸模式下，綜合硬件集成控制器接到通信部門近端交換機(jī)上，務(wù)川縣觀測(cè)站址50 m附近就是通訊部門的光纖基站，為這一模式的實(shí)現(xiàn)提供了便利。租賃通信部門的光纖打通了局業(yè)務(wù)平臺(tái)和觀測(cè)站之間鏈路，實(shí)現(xiàn)主站和備份站[8]的獨(dú)立運(yùn)行、互為熱備份、能隨時(shí)切換等功能[4]?？梢詫?shí)現(xiàn)測(cè)報(bào)計(jì)算機(jī)與自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器的長(zhǎng)距離通信, 并且“局”、“站”之間的長(zhǎng)距離傳輸光纖運(yùn)行保障實(shí)現(xiàn)了社會(huì)化，充分利用通訊部門的技術(shù)和力量支持，能很好地保障業(yè)務(wù)可用性、傳輸及時(shí)率、數(shù)據(jù)可用率。從技術(shù)層面上解決了“局站分離”的瓶頸，達(dá)到異地自動(dòng)化業(yè)務(wù)開(kāi)展的目的?！熬终痉蛛x”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D詳見(jiàn)圖1。社會(huì)化保障了約4 000 m的傳輸鏈路，通過(guò)租用通訊部門光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需要支付租用費(fèi)用，后期維護(hù)、通訊保障均由通訊部門提供服務(wù)。

2 “局站分離”異地觀測(cè)社會(huì)化保障模式的業(yè)務(wù)運(yùn)行原理和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

綜合硬件集成控制器良好的可擴(kuò)展性對(duì)“局站分離”資料傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)起到了重要的作用。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新型自動(dòng)氣象站、能見(jiàn)度儀、降水現(xiàn)象儀、日照觀測(cè)儀等氣象自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備的集約化管理[5], 所有觀測(cè)數(shù)據(jù)匯集后通過(guò)一根光纖進(jìn)入通信部門的近端交換機(jī), 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程終端測(cè)報(bào)主機(jī)進(jìn)行資料數(shù)據(jù)傳輸, 提高地面氣象觀測(cè)系統(tǒng)的集成化程度、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、可靠性[6]。但綜合硬件集成控制器光纖收發(fā)接口一般都是采用多模光纖接口，室內(nèi)、室外兩組光電轉(zhuǎn)換模塊要想實(shí)現(xiàn)“增程”，與通信部門的交換機(jī)“無(wú)縫對(duì)接”，要把多模光纖接口更換為單模光纖接口，實(shí)際上就是更換光纖收發(fā)器，利用單模光纖直接與通訊部門的交換機(jī)建立鏈路。DZZ4新型自動(dòng)氣象站的采集器與測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)主機(jī)之間就變成通過(guò)觀測(cè)站采集器—綜合硬件集成控制器—單模光纖—通訊部門交換機(jī)—通訊部門遠(yuǎn)程通訊光纖網(wǎng)絡(luò)—局業(yè)務(wù)平臺(tái)光纖轉(zhuǎn)換盒—業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)的方式進(jìn)行通信。實(shí)踐應(yīng)用中務(wù)川縣氣象局率先進(jìn)行了這一嘗試，更換了綜合硬件集成控制器的光纖模塊接口，摒棄傳統(tǒng)的多模光纖傳輸，變?yōu)閱文９饫w傳輸后接入了通訊部門傳輸鏈路；因?yàn)橥ㄓ嵅块T都是單模光纖的接口和通道，只有這樣才能把綜合硬件集成控制器和通訊部門基站連接。這一項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)獲得了成功。

圖1 “局站分離”社會(huì)化保障光纖傳輸模式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 Network topology diagram of "station separation" social guarantee optical fiber transmission mode

推廣應(yīng)用到觀測(cè)場(chǎng)就近無(wú)通訊部門的基站也可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閱文９饫w相比于多模光纖可支持更長(zhǎng)傳輸距離，在100 Mbps的以太網(wǎng)以至1G千兆網(wǎng)，單模光纖可支持超過(guò)5 km的傳輸距離。就氣象觀測(cè)資料傳輸而言，理論上只要通過(guò)觀測(cè)場(chǎng)半徑5 km范圍內(nèi)的基站，由綜合硬件集成控制器通過(guò)單模光纖接入通訊部門的光纜鏈路就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。因此即使觀測(cè)場(chǎng)就近無(wú)通訊部門的基站，周邊5 km范圍內(nèi)找到一個(gè)相對(duì)較近的基站是容易實(shí)現(xiàn)的。

3 結(jié)束語(yǔ)

文中自動(dòng)觀測(cè)業(yè)務(wù)采用“局站分離”異地觀測(cè)社會(huì)化保障模式，數(shù)據(jù)采集、異地卸載、數(shù)據(jù)補(bǔ)調(diào)、數(shù)據(jù)質(zhì)控等主、備份站均能在氣象局的遠(yuǎn)端測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)上開(kāi)展。

“局站分離”異地觀測(cè)社會(huì)化保障模式資料傳輸技術(shù)的成功應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)觀測(cè)站建在離城市較遠(yuǎn)的地方，有效解決了因氣象將探測(cè)環(huán)境破壞導(dǎo)致頻繁搬遷觀測(cè)站以及在異地觀測(cè)遠(yuǎn)程操控軟件帶來(lái)的諸如需要在觀測(cè)站修建業(yè)務(wù)用房等諸多問(wèn)題。特別是實(shí)現(xiàn)社會(huì)化保障傳輸鏈路后，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)資源解決了自建光纖成本大、維護(hù)維修能力不足的短板。業(yè)務(wù)人員在氣象局開(kāi)展綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)的同時(shí)也能更好實(shí)現(xiàn)一人多崗，一崗多責(zé)，能更好適應(yīng)觀測(cè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，破除傳統(tǒng)思維的束縛和現(xiàn)有規(guī)范技術(shù)規(guī)定的制約，解決了實(shí)現(xiàn)地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化發(fā)展的技術(shù)難題，促進(jìn)異地地面氣象自動(dòng)觀測(cè)順利開(kāi)展。

此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)可推廣到其他“局站分離”的臺(tái)站，在臺(tái)站搬遷建設(shè)規(guī)劃前期讓通信部門進(jìn)行可行性論證，規(guī)劃雙套全要素、同廠家同型號(hào)的新型自動(dòng)站。后期把綜合硬件集成控制器的光纖收發(fā)接口更換為單模接口后接入通信部門的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)社會(huì)化保障異地開(kāi)展自動(dòng)觀測(cè)業(yè)務(wù)，達(dá)到充分調(diào)動(dòng)社會(huì)資源來(lái)節(jié)約成本的目的。