基于CIMISS的地市州级气象数据传输监控平台设计与实现

陆艳 杨晓明 陈利芳 张初江

摘要 针对目前数据监控主要以大监站为主，对区域自动站、雷达资料等都缺乏有效监控这一现状，探索研发了以CIMISS平台内气象数据为数据源的气象数据传输监控平台，主要负责准确定位分析市级辖区内气象综合观测设备故障原因，实现对故障信息及时准确告警的功能。平台采用Windows7+Access为运行环境的服务器数据库组合，以C/S为架构，利用 Visual C#语言开发实现平台功能设计。通过测试，系统能达到设计所需，动态监视地市范围内气象装备和数据异常情况，及时告警给相关工作人员。

关键词 CIMISS;气象观测数据;传输监控;故障告警;平台设计

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）05-054-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.022

Design and Implementation of Prefecture？鄄level Meteorological Data Tran？鄄smission Monitoring Platform based on CIMISS

LU Yan  et al（Fuzhou Meteorological Bureau of Jiangxi Province，Fuzhou，Jiangxi 344000）

Abstract With CIMISS，the prefecture-level meteorological data transmission monitoring platform for the current data monitoring is mainly based on the large monitoring station，and the lack of effective monitoring of regional automatic stations and radar data. The meteorological data transmission monitoring platform of the data source is mainly responsible for accurately locating and analyzing the fault cause of the meteorological comprehensive observation equipment in the municipal-level jurisdiction，and realizing the timely and accurate warning of the fault information. The platform adopts Windows7+Access as the server database combination of the running environment，and uses C/S as the architecture to realize the platform function design by using Visual C# language development. Through testing，the system can meet the design requirements，dynamically monitor the meteorological equipment and data anomalies in the city，and promptly alert the relevant staff.

Key words   CIMISS;Meteorological observation data;Transmission monitoring;Fault alarm;Platform design

隨着社会进步和经济发展，社会公众对气象监测预报预警的准确率和精细化服务要求越来越高，气象观测资料作为预报预测的依据，也变得日益重要，在防灾减灾救灾、应对气候变化、提高气象预报预测准确率和精细化水平、大气科学、国民经济建设、履行国际义务等方面都发挥着日渐重要的作用[1-3]。综合气象观测系统作为气象观测信息和数据的重要来源，其作用不言而喻。当前，江西省气象部门CIMISS数据库虽包含本辖区范围内所有气象探测资料，但是数据监控主要以大监站为主，对区域自动站、雷达资料等都缺乏有效的监控。因此，亟待建立完善一套监控范围广、界面简单易操作的基于CIMISS的地市级综合性数据传输监控平台，动态监视地市范围内气象装备运行状态，及时发现数据传输过程中可能存在的异常，通过告警发送相关故障信息进行补传和解决。

1 系统需求分析

目前抚州市辖区内共有12类235个自动观测设备。相较之前，除大监站外的其他各类观测设备越来越多，特别是区域站布网越来越密集。在目前全省气象部门工作环境中，对大监站资料传输和时效都有严格的要求，监控平台和设备都很完善，加上观测站与业务值班人员距离近，容易发现故障及时排查，而且每2年，省局大探中心还会对大监站传感器和采集器进行检定，每年汛期前市局大探中心和业务管理人员也会对大监站进行巡检，因此观测数据资料的传输得到充分保证[4-6]。而对于其他综合观测系统而言，特别建站数量庞大的区域自动站，不仅安装位置偏远，而且基本都是无人值守站，业务检查频率不高，对于本身就人员稀缺、任务繁重的台站而言，尽管可以通过各种设备所属的软件监控平台查看观测数据上传情况，但存在监控软件庞杂、故障处理低效等问题，不能满足监控工作的智能化需求。建设基于CIMISS的地市州级气象数据传输监控平台，不仅能实现地市一级监控平台数据的标准化管理[7]，还可以观测数据入库及时性，监控设备运行以及进行数据质量控制，有效规避因监控平台种类繁多而出现监控数据标准杂乱等问题，及时发现观测设备和数据传输中的问题，以短信、微信和QQ的方式提醒基层台站业务人员和维护人员，让他们能随时知晓故障情况，从而对故障源进行再分析，实现对设备故障的维护、维修，确保观测资料数据准确，为气象服务、预报预测、气象防灾减灾救灾及生态文明建设气象保障提供良好的数据支撑。

2 系统设计

2.1 设计思路

平台主要实现对辖区内的综合气象观测设备运行状态进行实时跟踪，通过CIMISS系统内数据的读取，对返回的数据文件及产品文件进行解析，完成设备运行情况观测和数据异常情况监控。系统在设计之初，通过收集历年来各观测设备的历史极值、通常设备容易出现故障和数据异常的情况来源，建立匹配的要素阈值算法设计，对入库的数据进行判定后，能分辨出90%以上的异常数据产生的原因，通过代码实现将异常告警信息推送至用户，给其提供可靠的故障判定来源，能够及时对异常情况进行处理。同时系统还要有效集约整合当前各分类监控平台，实现监控平台的一体化和集约化，直接为基层台站业务值班人员、维护人员及管理人员提供直观权威的监控管理数据。

2.2 系统工作流程

系统在数据采集调度控制下，将地面资料、农气资料、雷达资料、大气成分资料、高空资料等多项实时气象数据通过CIMISS系统的气象数据统一服务接口（MUSIC）提供的全国统一、标准、丰富的数据访问服务和应用编程接口（API）进行提取[8-9]，然后对获取后的资料数据进行序列化分类整理后，交由要素检测阈值参数设置里面的算法来判断是否有设备及数据存在异常情况，告警信息生成与分发模块按照要素检测阈值参数设置算法的判定结果生成异常告警信息，然后通过服务器设置，将异常信息按类别方式分发推送到用户手中，用户在收到异常描述信息提醒后，及时对异常情况进行处理[10]。管理人员如果需要更加详细具体地了解实况，则访问气象数据传输监控平台查看获取数据资料。系统工作流程如图1所示。

2.3 系统框架设计

系统的功能结构主要分为监控数据查询、气象数据传输监控、异常信息推送告警、系统参数设置、数据维护以及故障统计管理等6个部分。监控数据查询模块实现从CIMISS系统里获取监控平台所需监控的元数据，实现数据资料序列化分类处理后显示，同时提供对各类或单站、全站读取的数据情况进行查询，方便用户核对异常处理情况;气象数据传输监控模块对读取的元数据利用算法进行监控，判定气象监测设备和数据质量是否异常;异常信息推送告警模块通过异常信息检测，按照设置推送告知用户;系统参数设置模块实现提前设置需要查询的站点信息（含站名、站号、资料时间、要素等），对要检测的CIMISS系统的资料要素进行阈值参数设置，提前将CIMISS接口参数设置、服务器参数设置、需要发送告警的用户录入，讓系统实现数据传输监控功能，使之正常运行，该部分还可根据实际需要对告警方式进行选择;数据维护模块实现对异常数据的更正;故障统计管理模块主要针对异常数据的日志管理，方便日后查询统计，作为考核的参考依据。系统功能结构框架设计如图2所示。

3 系统实现

综合该平台业务需求及江西省气象局CIMISS接口调用手册，从开发语言的适用性与灵活性、开发环境的友好程度等多方面因素考虑，该平台通过调用CIMISS系统内气象观测数据，采用C#作为开发语言，基于Windows7+ Access为运行环境的服务器数据库组合，通过C/S 模式为用户提供服务[11]。根据实际业务需求和工作习惯，系统采用2台 Windows 7（64bit）作为系统运行服务器，一台用于专门从CIMISS系统中获取数据，一台用于开发监控平台，使用人员为市级业务管理人员及保障人员[12]。系统主要分为传输监控、数据查询、系统设置、数据更正以及日志管理5个部分。

3.1 传输监控菜单

该部分主要有CIMISS入库检测、网络传输检测、自动检测3个子菜单，系统通常默认为自动检测。CIMISS入库检测主要检测当前时次应发各类资料传输情况实时监视、按资料类型传输情况以及特定类型资料传输情况监控等;网络传输检测主要用来检测服务器及网络是否畅通，通过系统自动运行链接到省局气象数据业务监视网中，查看站点到报情况来检查网络是否畅通，是否出现堵塞等;自动检测按照系统设定，每整点之后12 min按时从CIMISS系统中获取资料进行监测，用户可对全部站点信息进行监控，如果未读取到数据，则报警。系统在监控到异常后，生成异常告警信息，再推送显示在界面中，并发送至相关的用户手中。用户可在该界面获取当前时段的所有故障信息，通过选择故障的信息定位到故障站点，获取的站点详细数据元资料，也可对站点数据进行筛选显示。

3.2 数据更正菜单

该部分为临时性的补传工具，主要是在获取CIMISS系统数据库的资料后，通过该系统对可更改的部分数据进行更正上传。该功能只能对新升级改造数据上传至市局中心数据库的部分数据进行更改。

3.3 数据查询菜单

该部分主要收集CIMISS系统里面监控的数据，通过对单个站点的数据进行序列化显示，方便用户查看，也向用户提供数据资料查询功能。

3.4 日志管理菜单

该部分主要记录每天系统监测到的故障情况，同时生成TXT文本保存到系统内，作为日后考核的参考依据。

3.5 系统设置菜单

该部分主要对服务器、气象要素阈值、站点维护和系统报警方式等进行基本参数设置。

3.6 故障信息告警接收端

告警接收主要有短信、企业微信号、手机QQ3种告警方式。QQ和企业微信号为主要告警方式，手机短信主要运用在汛期期间，在数据长时间缺失时，若报警超过4 h，通过短信平台发送至该站点所属县局分管领导;报警超过6 h，发送至该站点所属县局主要领导;报警超过8 h，发送短信至市局业务管理人员和市局分管领导;超过24 h发送至市局主要领导。

4 系统应用

2018年6—12月，该系统安装到市局气象装备与保障中心进行不间断业务运行测试。通过测试该监控平台各模块均能正常使用。截取其中6—8月的运行结果进行分析，发现系统运行正常，监控效果良好。

该监控平台总共发送故障及疑误数据信息1 473条，其中疑误数据信息387条，故障信息586条，缺测、未传告警信息479条，无效信息21条。在告警信息中，有效告警1 317条，無效告警（含无效信息）156条，告警成功率为89.4%。

在实际应用中，系统的告警信息为维护人员及时维护起到积极作用。例如，市级装备与保障中心雷达维护人员在收到告警信息“2018/08/16 T14：12：34：雷达基数据未上传”后，迅速响应，在10 min内对雷达故障原因进行排查分析，并通过新一代多普勒雷达远程智能系统重启解决。

实际测试与应用情况表明，该平台有效提升了业务质量，通过推送的故障信息可以准确定位故障来源、分析故障原因、实现故障信息及时报警，为值班人员及时发现和排除故障提供科学依据。

5 总结

基于CIMISS的地市州级气象数据传输监控平台实现自动检测监控异常信息和自动推送告警的目标，并在业务试运行阶段取得了一定的成绩，动态监视全市气象装备运行状态，及时发现和解决数据传输过程中存在的异常。该系统在应对汛期故障排查时的作用尤为凸显，能及时发现各类探测设备故障和异常数据，能够准确判断以往因为电池电压不足导致数据未上传，或者传感器、风向风速出现故障而不能及时上传数据的站点故障信息，有效减少异常数据出现的概率，对提高观测站点数据传输质量及观测设备可用性，有着极大的帮助，为综合气象观测资料更好地应用到气象服务、预报预测、气象防灾减灾救灾、生态文明建设气象保障等方面夯实了基础。

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责任编辑：李杨

基金项目 抚州市2017年度自筹资金气象科研项目“抚州市气象装备自动监控软件报警设计”。

作者简介 陆艳（1992-），女，江西九江人，助理工程师，主要从事办公管理工作。

收稿日期 2019-07-25