自動氣象站DTU通信卡管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

摘" 要：采用DTU無線通信的自動氣象站數(shù)量繁多，并且數(shù)量和種類還在逐年增長，給DTU通信卡的管理帶來壓力。該文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一種自動氣象站DTU通信卡管理系統(tǒng)，以網(wǎng)頁版業(yè)務(wù)信息辦理平臺的形式取代以往的Excel表格登記信息形式，提供規(guī)范化的DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，避免表格填報時格式不一、重復(fù)記錄、歷史記錄難以保存等問題，提高相關(guān)業(yè)務(wù)人員的工作效率，實(shí)現(xiàn)DTU通信卡的全生命周期管理，并提供全條件的信息查詢功能，為自動氣象站的數(shù)據(jù)傳輸故障分析提供有效信息支撐。

關(guān)鍵詞：自動氣象站；DTU通信卡；管理；規(guī)范化；信息查詢

中圖分類號：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0126-04

Abstract： There are a large number of automatic weather stations using DTU wireless communication， and the number and types are increasing year by year， which brings pressure to the management of DTU communication card. In this paper， a DTU communication card management system for automatic weather station is designed and implemented， which replaces the previous Excel form registration information form with web version business information processing platform， and provides a standardized DTU communication card exchange business process， which avoids the problems such as different formats， repeated records and difficult preservation of historical records when filling in the form， and improves the work efficiency of relevant business personnel. The whole life cycle management of DTU communication card is realized， and the information query function of all conditions is provided， which provides effective information support for the fault analysis of data transmission of automatic weather station.

Keywords： automatic weather station; DTU communication card; management; standardization; information query

自動氣象站[1]是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設(shè)備，主要由傳感器、采集器、數(shù)據(jù)傳輸單元與供電單元等組成，具有獲取資料準(zhǔn)確度高，觀測的時、空密度大，業(yè)務(wù)成本低等特點(diǎn)。截至2022年12月，廣東省氣象觀測業(yè)務(wù)運(yùn)行的國家站有86個，區(qū)域自動站3 100多個，土壤濕度自動站31個，其他自動氣象站若干。其數(shù)據(jù)傳輸除國家站采用有線通信外，其他自動氣象站均采用基于網(wǎng)絡(luò)的無線DDN（Digital Data Network）數(shù)據(jù)通信[2]。DTU（Data Transfer unit）即為無線數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器[3]，由其和DTU通信卡、電源及連接線組成數(shù)據(jù)傳輸單元[4]，是無線通信的氣象觀測設(shè)備（例如：區(qū)域自動站、土壤水分站、農(nóng)業(yè)站、舒適度及海島站等）與省局?jǐn)?shù)據(jù)采集中心進(jìn)行通信的重要單元。

廣東省區(qū)域自動氣象站網(wǎng)基于GPRS組網(wǎng)采集探測數(shù)據(jù)，DTU負(fù)責(zé)連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，接收發(fā)送自動氣象站資料，在自動氣象站與通信處理中心的數(shù)據(jù)交互中起著橋梁的作用。當(dāng)自動氣象站出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸故障時，需要提供該站DTU通信卡綁定的電話號碼、IP信息等進(jìn)行協(xié)助分析，排查故障，在氣象業(yè)務(wù)工作中一直有對DTU通信卡信息進(jìn)行記錄。但采用DTU無線通信的氣象觀測設(shè)備數(shù)量繁多，并且數(shù)量和種類還在逐年增長，廣東省每年新建自動氣象站數(shù)量超過百套，因此急需開發(fā)一套完善的自動氣象站DTU通信卡管理系統(tǒng)，能規(guī)范化DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，代替目前靠人工錄入表格完成的繁瑣工作。

本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種自動氣象站DTU通信卡管理系統(tǒng)，以網(wǎng)頁版業(yè)務(wù)信息辦理平臺的形式取代以往的Excel表格登記信息形式，實(shí)現(xiàn)DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程的一系列功能，規(guī)范DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)DTU通信卡的全生命周期管理，并提供全條件的信息查詢功能，方便了業(yè)務(wù)人員查詢和統(tǒng)計相關(guān)信息。

1" 系統(tǒng)設(shè)計

1.1" 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

自動氣象站是我省使用最多的氣象探測設(shè)備，每隔5～30 km就設(shè)有1個探測點(diǎn)，目前我省的自動氣象站DTU通信卡已經(jīng)從2G移動SIM卡，發(fā)展更新為全部使用4G移動SIM卡，分配方式是一站一卡，同時每個地區(qū)（市、縣）配置2張備份卡。每一張DTU通信卡都有其自身卡序列號、電話號碼，在辦理卡卡業(yè)務(wù)后就會綁定相應(yīng)的IP地址（IP地址分配按市縣劃分IP段），并分配給相應(yīng)的站點(diǎn)，站點(diǎn)的綁定信息有站號、站名、站點(diǎn)分類、所屬市及所屬縣等信息。本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程設(shè)計如下。

首先，系統(tǒng)提供用戶管理功能，將用戶分為操作員、查詢用戶、管理員3類。操作員具備辦理DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)的權(quán)限和信息查詢的權(quán)限，每次操作均有業(yè)務(wù)人員的記錄。查詢用戶只有信息查詢權(quán)限。管理員用戶為初始用戶，僅有用戶管理功能權(quán)限。

其次，系統(tǒng)提供規(guī)范化的DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)DTU通信卡“未用”“在用”“報廢”的全生命周期管理，提供從“未用卡信息錄入”到“站點(diǎn)開卡信息綁定”“通信卡郵寄信息錄入”，再到“通信卡報廢業(yè)務(wù)辦理”的一條龍操作，業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

1）操作員進(jìn)行未用卡信息錄入，錄入卡序列號、電話號碼入庫保存，標(biāo)記使用狀態(tài)為未用。

2）開卡業(yè)務(wù)辦理：操作員錄入待開卡站點(diǎn)信息，并在待開卡站點(diǎn)中選定一條。查詢未用卡信息，選定一張未用卡，為其分配IP，系統(tǒng)自動進(jìn)行IP重復(fù)性校驗(yàn)，若未通過重復(fù)性校驗(yàn)則由操作員重新分配IP，通過重復(fù)性校驗(yàn)則將卡序列號、電話號碼與站點(diǎn)信息綁定，標(biāo)記使用狀態(tài)為在用，生成一條開卡記錄。在DTU通信卡寄出后，可在記錄中錄入郵寄信息。記錄字段包括卡序列號、電話號碼、使用狀態(tài)、站號、站名、站點(diǎn)類型、IP地址、所屬市、所屬縣、批復(fù)日期、開卡日期、收卡局、寄出日期、開卡經(jīng)辦人、報廢日期及備注等。

3）換卡業(yè)務(wù)辦理：當(dāng)通信卡因損壞或其他原因報廢時，需要辦理報廢業(yè)務(wù)。進(jìn)行通信卡報廢操作后，原開卡記錄的使用狀態(tài)標(biāo)記為報廢，生成報廢歷史記錄保存。原卡綁定的站點(diǎn)信息自動轉(zhuǎn)入待開卡站點(diǎn)列表，可按照開卡業(yè)務(wù)辦理流程為該站點(diǎn)進(jìn)行換卡業(yè)務(wù)辦理。

4）信息查詢：提供全條件的信息查詢功能，包括電話號碼、站號、站點(diǎn)類型、IP地址、所屬市、所屬縣、使用狀態(tài)及開卡日期等查詢條件，并支持查詢結(jié)果以Excel表格格式導(dǎo)出。

最后，系統(tǒng)將導(dǎo)入往年歷史開卡記錄作為初始數(shù)據(jù)，以備查詢。DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)工作已持續(xù)十余年，存在大量的歷史記錄，需要處理往年歷史記錄，將往年歷史記錄整理后作為初始數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，為信息查詢功能提供數(shù)據(jù)支撐。由于歷史數(shù)據(jù)保存在多個Excel表格中，十余年來業(yè)務(wù)經(jīng)辦人也更換過數(shù)次，導(dǎo)致初始數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一，不同時間段的歷史記錄格式不一致，例如：2018年7月16日、2018-07-16、2018.7.16和20180716等多種日期格式并存，從化、從化區(qū)、從化市、從化局等多種市縣名稱并存，同一個站有多條開卡記錄等情況，因此需要按照一定的規(guī)則進(jìn)行整合，以便在系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)查詢。

1.2" 系統(tǒng)的功能設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S訪問方式[5]，采用SSH（Struts，Spring， Hibernate）框架[6]，Struts進(jìn)行流程控制[7]，Spring進(jìn)行業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，Hibernate進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作的封裝，使用Oracle數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計。根據(jù)規(guī)范的DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，設(shè)計完善系統(tǒng)功能模塊，使用瀏覽器網(wǎng)頁訪問。主要功能模塊如下。

1）登錄驗(yàn)證：用戶類型有操作員、查詢用戶、管理員3種，根據(jù)用戶類型，開放不同的功能模塊。操作員用戶擁有未用卡信息管理、待開卡站點(diǎn)信息管理、站點(diǎn)開卡業(yè)務(wù)辦理、通信卡郵寄信息錄入、報廢業(yè)務(wù)辦理及信息查詢等功能的權(quán)限，查詢用戶僅有信息查詢權(quán)限，管理員用戶僅有用戶管理權(quán)限（圖2）。

2）用戶管理：初始用戶為管理員用戶，管理員用戶可新增、刪除、編輯用戶信息，用戶信息包括用戶代碼、用戶名、密碼、用戶類型等字段。完成用戶信息錄入后，即可使用錄入的用戶賬號登錄系統(tǒng)。

3）未用卡信息管理：可單個新增錄入未用卡信息和上傳Excel表格批量導(dǎo)入未用卡信息，入庫保存。未用卡信息包括卡序列號和電話號碼等字段?？刹樵儭⒕庉?、刪除未用卡信息，提供卡序列號、電話號碼等查詢條件。圖3為單個新增錄入未用卡信息的界面。

4）待開卡站點(diǎn)信息管理：可單個新增錄入站點(diǎn)信息和上傳Excel表格批量導(dǎo)入站點(diǎn)信息，入庫保存。站點(diǎn)信息包括站名、站號、站點(diǎn)類型、所屬市、所屬縣及批復(fù)日期等字段?？刹樵?、編輯、刪除待開卡站點(diǎn)信息，提供站號、站點(diǎn)類型、所屬市縣、批復(fù)日期等查詢條件。

5）站點(diǎn)開卡業(yè)務(wù)辦理（圖4）：在待開卡站點(diǎn)中選擇一條，點(diǎn)擊查詢按鈕，可查詢出所有未用卡的信息，選擇一張未用卡，將其與站點(diǎn)信息綁定，并為其分配IP地址。IP地址按市縣劃分IP段，操作員用戶可按照站點(diǎn)信息中的所屬市縣，為其分配相應(yīng)的IP，系統(tǒng)會自動進(jìn)行重復(fù)性校驗(yàn)，避免重復(fù)分配。IP地址分配完成后，點(diǎn)擊開卡按鈕，即可成功開卡。成功開卡的站點(diǎn)信息在待開卡站點(diǎn)信息表中自動刪除，當(dāng)前登錄的操作員自動記錄為開卡經(jīng)辦人，開卡記錄入庫保存。開卡記錄包括卡序列號、電話號碼、使用狀態(tài)、站號、站名、站點(diǎn)類型、IP地址、所屬市、所屬縣、批復(fù)日期、開卡日期、收卡局、寄出日期、開卡經(jīng)辦人、報廢日期及備注等字段。

6）通信卡郵寄信息錄入：可查詢已開卡但還未寄出的通信卡的信息，待通信卡寄出后可錄入寄出日期和收卡局（人）的信息，入庫保存。這2個字段也可留空保存，適用于不需要郵寄的情況。

7）報廢業(yè)務(wù)辦理：當(dāng)通信卡損壞需要辦理換卡業(yè)務(wù)時，需要先將損壞的卡報廢，進(jìn)行報廢操作后，標(biāo)記使用狀態(tài)為報廢，生成報廢歷史記錄保存。該卡所綁定的站點(diǎn)信息自動進(jìn)入待開卡站點(diǎn)信息表，后續(xù)直接進(jìn)入功能5）站點(diǎn)開卡業(yè)務(wù)辦理，即可為該站點(diǎn)重新開卡。若該站點(diǎn)撤站，不需要重新開卡，則進(jìn)入功能4）待開卡站點(diǎn)信息管理，直接刪除該站點(diǎn)的待開卡站點(diǎn)信息。

8）信息查詢：提供全條件的信息查詢功能，包括電話號碼、使用狀態(tài)、站號、站點(diǎn)類型、IP地址、所屬市、所屬縣及開卡日期等查詢條件，并支持查詢結(jié)果以Excel表格格式導(dǎo)出。

1.3" 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用Oracle數(shù)據(jù)庫，主要由未用卡信息表、待開卡站點(diǎn)信息表、用戶信息表及基本信息表組成。未用卡信息表主要保存未用卡的卡序列號和電話號碼。待開卡站點(diǎn)信息表主要保存待開卡站點(diǎn)的站號、站名、站點(diǎn)類型、所屬市、所屬縣和批復(fù)日期等信息。用戶信息表主要保存用戶的用戶代碼、用戶名、密碼和用戶類型等信息。基本信息表主要保存完成開卡操作后的綁定信息及報廢操作后的報廢記錄，包括卡序列號、電話號碼、使用狀態(tài)、站號、站名、站點(diǎn)類型、IP地址、所屬市、所屬縣、批復(fù)日期、開卡日期、收卡局、寄出日期、開卡經(jīng)辦人、報廢日期與備注等字段?；拘畔⒈硪彩切畔⒉樵児δ苤饕樵兊臄?shù)據(jù)庫表。

2" 結(jié)束語

本文設(shè)計的自動氣象站DTU通信卡管理系統(tǒng)在廣東省氣象數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用后，以網(wǎng)頁版業(yè)務(wù)信息辦理平臺的形式取代了以往的Excel表格登記信息形式，避免了表格填報時格式不一、重復(fù)記錄、歷史記錄難以保存等問題，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化的DTU通信卡開卡換卡業(yè)務(wù)流程，以及DTU通信卡從“未用”到“在用”“報廢”的全生命周期管理，提高了相關(guān)業(yè)務(wù)人員的工作效率，全條件的信息查詢功能保證了業(yè)務(wù)信息的準(zhǔn)確和共享，為自動氣象站的數(shù)據(jù)傳輸故障分析[8]提供了有效信息支撐。

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第一作者簡介：湯晶晶（1991-），女，碩士，工程師。研究方向?yàn)榫C合氣象觀測。