新一代天气雷达集成监控平台开发

张　骞，陈海燕，吕庆利，杨传凤，耿　力

(1. 山东省气象台,　济南 250031；　2. 灌南县气象局，　江苏 连云港 222500)



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新一代天气雷达集成监控平台开发

张骞1，陈海燕2，吕庆利1，杨传凤1，耿力1

(1. 山东省气象台,济南 250031；2. 灌南县气象局，江苏 连云港 222500)

新一代天气雷达是现代气象观测手段中的重要组成部分，监控新一代天气雷达系统的运行状态对于雷达的正常运行有着重要意义。文中介绍了雷达系统的组成和雷达资料的分类，通过分析雷达系统运行正常与运行故障时的特征和规律，应用MacromediaDreamweaver和PHP开发新一代天气雷达集成监控平台，以Web网页形式实时监控雷达系统运行状态，既能在状态异常时触发声音报警，又能监控雷达功率、状态参数等重要性能指标。

多普勒雷达；集成；监控平台；网页

0　引　言

在现代气象观测手段中，新一代天气雷达(以下简称雷达)是监测台风、暴雨等大范围降水天气和冰雹、雷暴等中小尺度强对流天气系统的有效手段，并能对降水量进行估测，是气象现代化建设的重要组成部分，在短时临近天气预报、气象服务、防灾减灾、人工影响天气作业中发挥着不可替代的重要作用[1]。

新一代天气雷达是构造复杂的高精密仪器，运行时会生成反映雷达各方面的性能及工作状态的各种参数，这些参数对雷达机务人员判断雷达运行状态，进行有针对性的系统维护，进而提高雷达系统的可用性，降低故障发生率有重要的参考价值[2]。同时，按照中国气象局《新一代天气雷达观测规定》，雷达探测资料(RPG基数据产品、PUP雷达产品和RDA雷达系统状态信息)必须按有关规定向信息中心传送。因此，监控雷达各分系统的运行状态、雷达资料的上传情况及系统运行参数有着重要的意义。

1　雷达系统简述

1.1系统组成

雷达系统由以下三部分组成:

1)雷达数据采集子系统(RDA),是雷达数据采集单元。RDA有四个部分组成：发射机、天线、接收机和信号处理器。它的主要功能是产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。

2)雷达产品生成子系统(RPG)，是控制整个雷达系统的指令中心，一个多功能的单元。它由通信线路从RDA接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品传给用户。

3)主用户终端子系统(PUP),主要功能是获取、存储和显示产品[1]。

1.2资料分类

1.2.1雷达状态信息

RDASC日志文件存放在/opt/rda/log中。这些日志文件包括：Calibration.log标定文件、FC.log内部功能文件、Alarm.log报警文件、Operation.log操作文件、Status.log状态文件、PL.log其他文件、Rad.log径向数据文件。其中，FC.log和Rad.log是每一小时生成一个新文件，格式为YYYYMMDDHH_文件名.log，其他文件，如：Calibration.log都是一天生成一个文件，格式为：YYYYMMDD_文件名.log，其中，YYYYMMDDHH分别为年、月、日、时。

1.2.2雷达基数据

雷达基数据存储于RPG主机Archive2文件夹中，格式为ArchiveYYYYMMDDHH.mmA,YYYYMMDDHHmm为年月日时分，如：Archive2013091011.12A,即2013年9月10日11点12分的基数据资料，时间为世界时。

1.2.3雷达产品数据

雷达基数据经算法处理后共形成反射率因子(R)、平均径向速度(V)等39个种类的雷达分析产品，分别存储于以其产品名称命名的文件夹中，这39种产品存储于PUP主机的products下的文件夹中，文件夹以当天时间(北京时)命名[1]。

2　监控平台开发

基于对雷达系统运行状态信息的获取、判断并监控雷达资料的生成及上传情况，构建新一代天气雷达集成监控平台，以网页形式浏览、监控雷达系统的运行状况和资料的生成与上传情况，并借助雷达状态信息判断雷达运行状态及系统性能。该业务平台开发遵循集约、实用、先进、扩展、开放、标准、规范的原则，界面简洁、友好、实用。

2.1开发工具

监控平台网页界面制作工具选用MacromediaDreamweaver，核心程序采用超文本预处理器(PHP)网络开发语言编写，Web服务器采用Apache，客户端使用IE、360等浏览器来访问。

MacromediaDreamweaver，简称“DW”，是美国MACROMEDIA公司开发的集网页制作和管理网站于一身的所见即所得网页编辑器，DW是第一套针对专业网页设计师特别发展的视觉化网页开发工具，利用它可以轻松制作出跨越平台限制和跨越浏览器限制的充满动感的网页。

PHP是一种通用开源脚本语言。语法吸收了C语言、Java和Perl的特点，使用广泛，主要适用于Web开发领域[3]。

Apache是ApacheHTTPServer的简称，是一个开放源码的网页服务器，可以在大多数计算机操作系统中运行，是最流行的Web服务器端软件之一。它快速、可靠并且可通过简单的API扩展，将Perl/Python等解释器编译到服务器中。

2.2平台搭建

2.2.1网页框架设计

构思新一代天气雷达集成监控界框架结构，对界面布局做初步设计，对应实现的功能、监控的对象等做位置编排。应用DW搭建新一代天气雷达监控平台的基本框架。

2.2.2搭建服务器环境

监控平台是基于网站形式运行的，运行状态取决于服务器主机的性能、状态及网络的稳定性。搭建服务器环境时，选择一台性能良好的计算机，系统使用MicrosoftWindowsXP。监控平台的核心编码由PHP汇编语言开发编写，因此运行该平台需搭建PHP运行工作环境。PHP工作环境包括安装Apache(Web服务器端软件之一)与PHP内嵌语言工作环境，设置系统配置与网络端口，一般为80端口，将主页设置为http://127.0.0.1/index.php。

2.2.3核心程序编写

监控平台的核心程序由PHP汇编语言编写，包括系统运行状态显示功能、报警声音触发功能、状态信息读取与显示功能、数值比较功能、报警信息显示功能等。

2.3运行监控原理

2.3.1信息获取

监控平台读取RDA日志文件中的status.log、calibration.log、alarm.log、IQ62.log等文件。由status.log文件中获取信息监控RDA运行情况；由calibration.log文件和IQ62.log文件中获取雷达功率、杂波抑制等标定数据；由alarm.log文件获取报警信息，并写入相应的文本中。

根据RPG基数据、PUP产品数据及上传至信息中心的雷达数据生成相应的文本，写入雷达资料的信息包括：资料名称、生成时间、文件大小等。

监控信息写入文本的格式是固定的，相同信息不同时次观测数据的位置不变，根据这一规律，可以定位监控信息的数据并将其读出。

如图1所示，以RDA可操作性“OPERATIONALSTATUS”为例，首先在文本中对“OPERATIONALSTATUS”定位，首字母“O”的位置为“33”，其数值位置为“56”，长度为7,记录时间位置为“0”，长度为19；然后，应用PHP语言可读出“OPERATIONALSTATUS”的状态值和记录时间。同理可读出“OPERATINGSTATE”的状态值、记录时间和“TRANSMITTERPEAKPOWER”的数值[4]。

2.3.2RDA的监控原理

雷达系统运行时，每个体扫结束后都会将雷达运行状态信息记录在status.log文件中，时间精确到毫秒，包括RDA可操作性、当前运行状态、体扫模式、发射机功率等[1]。在这些状态信息中，可根据RDA可操作性(OPERATIONALSTATUS)、当前运行状态(OPERATINGSTATE)和发射机峰值功率(TRANSMITTERPEAKPOWER)三项指标判断RDA运行状态是否正常。OPERATIONALSTATUS有以下五种状态：关机(SHTDN)、不可操作(INOP)、必须维护(MNTMAN)、需要维护(MNTREQ)、联机(ONLINE)。OPERATINGSTATE有以下六种状态[5]：启动(STUP)、待机(STBY)、重启动(RSTUP)、运行(OPER)、回放(PLYBK)、离线工作(OLOPER)。

当雷达系统处于正常运行状态时，TRANSMITTERPEAKPOWER应大于750kW，小于900kW(对峰值功率数值的判定可根据实际情况订正)；OPERATIONALSTATUS为“ONLINE”，OPERATINGSTATE为“OPER”。当雷达运行异常时，一般表现为两种情况：(1)雷达系统正常运行，但发射机功率异常，即低于750kW，或高于900kW；(2)雷达天线停转，OPERATIONALSTATUS与OPERATINGSTATE异常，不再是“ONLINE”和“OPER”状态。并且一旦雷达天线停转，雷达标定时间由原来的每6min标定一次变更为约75s标定一次。

利用PHP汇编语言读取status.log中记录的最后一次发射机峰值功率值，若峰值功率值不在750kW～900kW之间，则可认为RDA运行异常；若峰值功率在750kW～900kW之间，则判断最后一次“OPERATIONALSTATUS”和“OPERATINGSTATE”的状态值，若分别为“ONLINE”和“OPER”则认定雷达系统运行正常，反之则运行异常。

2.3.3RPG的监控原理

雷达产品生成子系统(PRG)在正常运行时，会在RPG主机Archive2文件夹中生成基数据，生成时间间隔为一个体扫的时间，目前广泛应用的体扫模式是VCP21模式，一个体扫时间为6min。通过判断最新的基数据生成时间与当前系统时间的时间间隔可判断RPG运行状态。由于在雷达运行时偶尔会发生空转现象，即完成一个体扫的时间会超过6min，因此设置判断时间间隔为7min(判定时间可根据实际需要修改)，若当前时间与最新的基数据记录时间差小于7min，则表示RPG运行正常，反之表示故障。

对PUP运行及状态数据、基数据、产品数据上传情况的监控原理与监控RPG相同。

2.4工作流程

新一代天气雷达集成监控平台采用动态Web网页形式，基于MicrosoftWindows操作系统开发，不仅能实时监控雷达系统(包括RDA、RPG、PUP)的运行情况和雷达资料(包括基数据、雷达产品、状态信息)的上传情况，又可监控雷达功率、杂波抑制、状态参数等重要性能指标，并在雷达系统工作状态异常时触发声音报警。监控平台每3min自动刷新一次，以监控雷达最新运行状态[6]。

监控平台首先，通过对雷达状态信息的判断情况、基数据和雷达产品的生成情况、资料的上传情况，判断雷达系统各部分的运行状态是否正常；然后，对各标校参数的实测值和期望值进行比对；最后，将雷达系统的运行状态、资料上传情况以图标形式表示，雷达参数、报警信息等以文本格式通过Web网页进行显示发布，具体流程如图2所示。

图2　监控平台工作流程

3　功　能

3.1监控平台显示

监控平台整体框架使用MacromediaDreamweaver搭建。平台界面是直接面向用户的窗口，应友好、实用、简约，既能够一目了然，又简洁实用。监控平台界面共分为名称区域和功能区域，功能区域包括：网址链接区域、运行监控区域和报警信息显示区域，如图3所示。

图3　监控平台界面

3.2监控平台功能

3.2.1网址链接功能

对常用的业务平台如中国气象局综合气象系统运行监控平台(ASOM)、灾害性监控预警平台等做链接，使用时快捷、简便。

3.2.2状态诊断功能

根据雷达状态信息、基数据和雷达产品生成及上传情况，判断雷达RDA、RPG和PUP运行情况和运行状态。

以RDA的监控为例，当RDA运行正常时，显示RDA○，若不正常则显示RDA□。

3.2.3声音报警功能

根据雷达运行情况和资料传输情况，都正常时声音不报警，如图4所示。

图4　雷达系统监控正常状态

若有任一监控状态异常时，以RDA异常为例，则触发声音报警，如图5所示。

图5　雷达系统监控异常状态

3.2.4参数监控功能

对雷达运行时的系统参数进行实时监控，包括雷达发射机功率、噪声温度、syscal值等系统参数,并显示数值；对连续波(CW)、速度和谱宽等参数，不仅显示其期望值和实测值，同时会对两者进行比较并作出相应的判断。对实测值与期望值的差值设置阈值0.5和1.0，若二者差值的绝对值小于0.5，则表示正常，显示○；介于0.5和1.0之间，表示警示状态，显示△；大于1.0为异常状态，显示□；若无数据，显示“null”,显示☆。图6为参数CW监控示例。

图6　雷达系统参数监控

3.2.5报警信息显示功能

当雷达系统有报警信息时，在报警信息显示区域中逐条显示，若没有报警信息，则显示“Noalarm”。

4　结束语

新一代天气雷达集成监控平台以Web网页形式显示，界面简洁友好、快捷实用，有助于雷达一线技术人员判断雷达系统的运行状态是否正常，并进行针对性的维护。监控平台可实时监控雷达系统各项运行指标，在运行状态异常时的60s内触发声音报警，具有较强的时效性。

目前监控平台属于单机版平台，只能对一部雷达进行监控，若要实现对其他雷达的监控只需更改平台中相应参数设置即可。但受网络线路及传输软件不稳定等因素影响，监控平台偶尔会产生短时间的延迟现象，会对实时监控有一定影响。

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张骞男，1981年生，工程师。研究方向为雷达探测、运行保障、资料分析、软件开发。

陆海燕女，1985年生，工程师。研究方向为防雷检测。

吕庆利男，1953年生，高级工程师。研究方向为雷达探测、运行保障。

杨传凤女，1953年生，高级工程师。研究方向为雷达探测、运行保障。

耿力女，1946年生，高级工程师。研究方向为雷达探测、运行保障。

Development of Integrated Monitoring Platform for the New GenerationDopplerWeatherRadar-SA

ZHANG Qian1，CHEN Haiyan2，LÜ Qingli1，YANG Chuanfeng1，GENG Li1

(1. Meteorological Observatory of Shandong Province, Jinan 250031, China)(2.MeteorologicalBureauofGuan′nan,JiangsuProvince,Lianyungang222500,China)

Thenewgenerationweatherradarisanimportantpartofmodernmeteorologicalobservationmethods,monitoringtherunningstatusofthenewgenerationweatherradarisimportantforthenormaloperationoftheradar.Thispaperintroducesthecompositionofradarsystemandclassificationofradardata,andanalyzesthecharacteristicsandlawsoftheradarsystemwhenitisnormalorabnormal.UsingMacromediaDreamweaverandPHP,theintegratedmonitoringplatformforthenewgenerationweatherradarisdeveloped.UsingWebpagetomonitorthereal-timeradarsystemrunningstatus,thesoundalarmwillbetriggeredwhenthestatusisabnormal,andradarpower,statusparametersandotherimportantperformanceindicatorscouldalsobemonitored.

Dopplerradar;integrated;monitoringplatform;webpage

10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.08.018

张骞Email：nuist_zq@126.com

2016-04-27

2016-07-04

TN959.1

A

1004-7859(2016)08-0080-04