新型自动气象站远程诊断的实现与应用

曹凯明，董立亭，苏 菲，杨 震

(贵州省大气探测技术与保障中心，贵州 贵阳 550081)

1 引言

贵州省现有84个国家级地面气象观测站在2016年均已完成了新型自动气象站的升级改造，并逐步增加了称重降水、能见度、天气现象和日照等的自动观测设备。按照中国气象局全面深入推进地面气象观测自动化改革的要求，在2018年底贵州省将完成国家地面观测站观测自动化整体切换工作，因此，对贵州省现有台站技术保障人员的能力和要求也将更高。但台站人员受技术水平、维修能力和备件所限，对独立进行设备维修还有一定的差距，较复杂的维修工作主要还是由省、市州级的技术保障人员来完成，在整个维修过程中，用在路上和等待备件的时间占了很大比例，对自动站的维修时效有很大的影响，极大影响了观测数据的可用性。

因此，进行新型自动气象站故障远程诊断功能的研究，开发相对应的应用系统，充分发挥省级和市州级保障中心的技术保障骨干作用，充分利用台站网络和设备的现有条件，远程实现全省新型自动气象站的故障诊断、维修指导和维护管理，快速定位故障原因，及时排除故障，进一步提升全省气象装备的维护维修水平和设备的维修时效。

2 实现原理和方法

通过研制一套远程诊断设备，结构如图1所示，串联接入到新型自动气象站采集器与台站值班室计算机的通讯线路中，使得采集器、通信设备和用以远程诊断的终端在同一局域网络中，再通过配套的终端诊断软件，远程实现对新型自动气象站诊断的各项操作。

图1 新型自动气象站远程诊断结构图Fig.1 Remote Diagnosis Structure of New Automatic Weather Station

2.1 远程诊断设备

如图1所示，该远程诊断设备由串口服务器、光纤收发器、RJ45分线盒、无线路由器和一些配件等组成，主要起到远程访问新型自动气象站的媒介作用。

2.1.1 串口服务器 串口服务器主要提供串口转网络功能，能够将采集器的RS-232串口转换成TCP/IP的网络接口，实现RS-232串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输，使得采集器的串口具备TCP/IP网络接口功能，极大的扩展了采集器的通信距离。如图2所示，通过设置串口服务器的IP地址，就可使串口服务器成为省市县专网上的一个节点，从而使连接到该串口服务器的自动气象站连接到以太网上，实现异构组网。设置过程简述如下：

图2 串口服务器网络连接图Fig.2 Serial Device Server Network Connection Diagrams

①将串口服务器设置为TCP Server模式，连接目标IP设置为该地面气象观测站分配的省市县气象专网空闲IP，默认网关设置为模块所在局域网的网关，参照图3所示进行设置。注意：TCP Server模式下，监听的是串口服务器自身端口。

图3 串口服务器TCP Server设置Fig.3 Serial Device Server TCP Server Settings

②远程用户通过工作在TCP Client模式下的程序，连接该地面气象观测站的串口服务器IP：192.168.0.7，从而控制串口服务器来实现对新型自动气象站的远程诊断，连接界面如图4所示。

图4 TCP Client远程连接设置Fig.4 TCP Client Remote Connection Settings

2.1.2 光纤收发器 光纤收发器是一种将短距离的双绞线(RJ45)电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，也被称为光电转换器(Fiber Converter)。现贵州省新型自动气象站与地面业务值班室计算机通讯的线路均为6芯多模光纤，其中数据传输占用了2路光纤，另外空闲的4路光纤则可用以进行远程诊断使用，采用图1所示的成对多模光纤收发器将远程控制信号传输至远程诊断设备中。

2.1.3 RJ45分线盒 RJ45分线盒用以将接入到远程诊断设备的网络进行星型拓扑布线，并起到网络交换机的作用，分别连接远程诊断设备的串口服务器和无线路由器，使得诊断设备中的远程控制和远程会商功能可以同时使用。

2.1.4 无线路由器 将地面气象观测站的省市县专网有线信号，在观测场上转为无线信号，使得现场进行维修的保障人员，可以通过笔记本电脑、手机/平板等移动终端连接新型自动气象站设备进行诊断和测试，同时也可以与省级保障中心和厂家的技术人员进行语音视频会商，开展远程指导。

2.2 远程诊断系统与应用

远程诊断系统是在省级保障中心建立中心站，通过Web的访问方式与国家级地面气象观测站建立双向连接，省级保障中心可以通过该系统，使用远程诊断设备来获取站点自动气象站设备的各项信息，实现对自动气象站的远程控制和故障诊断，同时通过本系统的视频会商功能对现场保障人员进行远程指导，站点也可以通过移动终端登陆该系统对站点设备进行现场测试和诊断，以及查询故障库信息等。

本系统为BS架构，由设备远程诊断、设备维护维修管理、故障库管理、会商指导4个子系统和后台管理构成，如图5所示。

图5 远程诊断系统Fig.5 Remote Diagnosis System

2.2.1 远程诊断 省级保障中心通过省市县专用网络向指定台站的远程诊断设备发送连接命令，就可使中心端服务器和远程诊断设备进行链接，再通过远程诊断设备连接到自动站采集器上，通过图6所示实现对指定台站自动站设备的远程测试、分析和调试功能。

图6 远程连接Fig.6 Remote Connection

①发送命令

将各类自动站型号的不同命令预置在系统中，使用时以下拉菜单的方式进行选择，系统预置中没有的命令也可以通过手动进行输入。通过将选定的命令发送给远程的自动站设备来获取自动站的各项信息。远程检测采集器的工作状态如图7所示。

图7 远程诊断命令Fig.7 Remote Diagnosis Command

②数据接收

系统接收指定自动站采集器返回的数据，根据返回的数据进行不同的展示，如：文字、表格和图形等。系统能够自动保存发送的每条命令和对应的返回数据，用于历史的查询调用。

图8 远程诊断显示Fig.8 Remote Diagnostic Display

③远程诊断历史数据查询

对自动站远程诊断过程的历史数据进行查询，用以确认诊断过程中命令发送情况、数据获取情况、参数设置和修改情况等。

图9 远程诊断记录Fig.9 Remote Diagnostic Record

2.2.2 语音视频会商 故障站点进行维修的保障人员通过终端设备(笔记本、手机或平板)连接到图10所示框图的远程诊断设备上，即可使用安装在终端上的客户端软件与省级保障中心进行语音视频会商。

业务功能：

①故障查看和指导：省市级保障中心与故障站点保障人员使用本系统进行语音视频，通过台站保障人员的移动终端设备，实现远程查看故障设备，如图11所示，从而实现快速定位故障部件，指导台站人员进行测量和维修的功能。

②维修演示：中心保障人员通过本软件演示维修过程和测试方法(如通过操作对比设备)，现场维修的保障人员通过观看视频来进行维修。

③会商功能：具有多人多站点视频会商功能，实现省级保障中心、厂家、台站的会商，针对站点故障情况进行分析，制定维修方案。

技术功能：

①语音和视频同步接收和发送。

②具有互相传送文字、图片和视频等功能。

③录像功能，可录取现场维修或演示指导的过程，保存在本机目录中，作为故障维修案例录入到故障数据库当中去，提供全省台站参考使用。

④截图功能，随时截取视频会话中的场景，保存在本机的指定目录中。

图10 语音视频会商Fig.10 Voice and Video Consultation

图11 远程设备图像显示Fig.11 Remote Device Image Display

2.2.3 故障数据库

①故障库案例录入

实现自动站故障案例的录入，录入的基本信息包括：通过下拉菜单选择的有自动站类型、生产厂家、自动站型号、自动站部件和故障现象，手动输入的项目有故障名称、故障原因、故障现象描述、解决方案等，还可以添加维修的图片和指导视频。

图12 故障库案例录入Fig.12 Fault library case entry

②故障库审核管理

对录入的故障案例和知识库进行审核，分为审核通过和审核未通过两种状态，对审核未通过的要给出修改或补充建议(如故障解决方法不对，需补充说明和图片等)，对审核通过的除给出审核意见，还会给出优、良、合格的评价，并可以对该故障案例设置为置顶或精华的优先级，在用户浏览案例页面时，优先进行排列。

3 总结

新型自动气象站的远程诊断对台站开展维修保障具有更高的实用性，成本低、操作简单、使用便捷。结合国家级观测站无人值守要求，进行更深一步的开发应用，如监控、报警等功能的拓展。

3.1 成果

远程诊断，实现对故障自动气象站的远程诊断和分析功能。通过远程诊断设备实时获取自动站的运行状态、实时数据，从而分析该站的故障原因和快速定位故障部件，并能对自动站采集器进行多种远程设置；远程音视频会商，突破空间限制，快速指导现场技术人员快速排出故障，并能通过省级保障中心的比对设备，向现场维修人员进行模拟演示；故障数据库，建立全省自动气象站故障数据库，作为台站现场维修查询的参考资料，并且可以发动全省技术保障人员参与填报和补充，计划今后作为获取省级自动站保障资格证的一项指标。

3.2 效益

自动站维护管理及故障远程诊断系统的建成和使用，可有效提高全省保障人员对自动站设备的维修效率，帮助保障人员提高维修技术水平。系统的应用对准确判断故障部位、查找故障原因、制定维修方案等提供实时、客观、准确的依据。明显缩短故障持续时间和故障维修时间，提高全省自动站的可用性。