气象观测全面自动化存在的问题及对策

魏雅鹏 赵国强

1.酒泉市气象局 2.甘肃省文县气象局

引言

《中国气象局关于印发实现地面气象观测自动化工作方案的通知》以及2018 年召开全国气象局长会议，同时提出了加强气象观测系统推行全面自动化的改革要求，为相关地市各台站指出了全面自动化以及加强气象观测智能化程度的重要性。但现阶段的气象系统中距实现全面自动化还存在一定的不足，技术水平提升以及设备更新还需要资金的支撑以及系统的技术管控，以此，实现全面自动化的气象观测。

1 气象观测全面自动化存在的问题

1.1 供电系统线路布设缺乏合理性

现阶段的多数气象观测台站中，一般都不具备市电双电源自动切换加发电机三路电源保障系统的技术支持，进而无法实现全面自动化，其原因一般有：（1）用于气象观测的台站通常处于郊区或山上，距离供电站较远，其在供电的过程中，通常使用架空线路作为电源输电线路，导致电源的供给以及线路铺设不合理。（2）在线路不合理的情况下，其优化手段的不完善也是导致供电系统存在不足的因素之一，依据要求，台站需要配备UPS以及发电机，但一些台站中依然使用手动发电，其供电的可靠性不强。（3）线路的备份不足，长期使用无替换的输电线会在故障出现时造成供电的断层，如在从值班室到观测场户外通常只有一条线路，长期的户外放置，会因环境的侵蚀，出现线路的损坏。

1.2 网络设备保障不完善

网络以及计算机等设备是实现气象观测自动化的基础保障，但由于装备配置不足，自动化技术不能完全实现。现阶段的一些台站中用于气象观测的核心交换机只有一台，来保证联通、电信、3G 通信三条线路的报文传输，且配置为普通的PC、单网卡，这种配置在理论上可以通过3G 通信以及配置在外部光纤上的两条线路完成数据以及信号的传输。但若交换机出现异常情况，就会引起整个传输网络的瘫痪，这种情况下虽然可以借助3G 通信技术为ISOS 软件中的报文传输提供帮助，但配套的传输设备不能实现向省里传输。此外，虽然计算机有配套的备份系统，但在目前技术中，还不能实现两台计算机对数据的同步采集，因此在启用备份设备时，会出现数据采集不连贯的现象，进而对于二十四小时的变压等参数造成影响，为全自动的切换造成隐患，无法实现全自动的双机热备份[1]。

1.3 观测设备对应性不强

风、温度、气压、湿度、低温、雨量等方面的数据是户外观测采集设备主要收集的，并且在现阶段实现了数据的双备份，但相应的配套设备还处于单套运行的阶段，如综合硬件集成控制器、能见度、蒸发、降水观测仪、雪深、日照等设备。由于这种单套运行模式存在，当硬件出现不良情况时，不能实现对系统的备份，进而限制了双备份的可能，造成对设备热备份功能的限制。为此需要对ISOS 软件以及数据采集同步技术实施进一步的更新，进而实现在其出现损坏时，软件以及硬件可以正常运作，进行数据的采集，完成数据热备份。

1.4 仪器参数缺乏合理配置

观测仪是台站实现高效观测的保障，若在观测中对仪器参数设置不合理，就会影响观测结果的精确性，造成气象观测工作的误差。为此，需要依据实际情况进行审核数据库的建立，但由于这一工作具有滞后性，导致一旦自动观测系统出现不良情况，就需要借助人工进行参数的更改，增大了数据出现异常的可能性，而数据的异常会造成依靠业务系统提供的数据进行测报的审核数据库计算的误差，进而增大了数据出现误差的可能性。

2 完善气象观测全面自动化措施

2.1 提升供电系统的可靠性

提升供电系统的可靠性，需要在实际操作中配备双电源自动转换装置，实现应急电源系统与正常工作电源系统的有效转换，这种对于电源在常用系统以及备用系统中的平稳转换性在日常工作中是十分必要的内容配置。

做为一种紧急配电装置，双电源自动转换系统的基本工作原理是通过把负载电路自日常电源转移到备用电源的一种开关，可以有效保证线路中电流负荷的连贯性以及可靠性。在实际的线路铺设中，从值班室到现象观测点的线路应该保证常用电源与备用电源两条线路的建设，为电源的供给提供双回路的系统，在其中一条线路出现故障的情况下可以实现电流在另一条线路中的切换，以此提升电源供给的可靠程度。例如：ATS 的工作是在市电电源中出现电源电压以及频率等方面的状况时，启动备用线路进行传输，再对市电电源发出闭合指令，实现线路的切换，当市电电源正常后，再按照同样的操作，把电流切换回日常供电系统，实现供电系统的平稳可靠[2]。

2.2 推动无停顿热切换技术

为实现网络以及计算机的无停顿热切换技术，需要相关部门积极进行核心交换机以及服务器的双机热备，保证气象观测中数据采集的时效性以及连惯性，进而促进网络运行系统稳定持续地工作。此外，针对原有单机核心三层交换数据中存在的风险，可以借助虚拟路由冗余协议技术对其进行完善，进而促进主要以及备用的核心三层交换设备之间的动态性、连贯性的热切换，其工作原理是虚拟交换机按照设备配置优先级的程度对交换机进行选择，把优先级最高的作为主交换机，设置状态Master，把优先级较弱的交换机作为备用的交换机，并利用其进行主交换机工作状态的监控系统，主交换机在正常运行操作时会周期性地发出VRRP，作为其正常工作的报文，但若备份交换机长时间接收到主交换机发出的信号，则会把自己变成Master，实现操作的连贯性，在此过程中，需要接货组双机热备、RAID 技术以及数据备份技术来实现系统的长期、连贯运行[3]。

2.3 完善数据同步采集技术

为实现数据的无缝对接，需要对量路观测要素数据进行同步采集，以此进行业务软件的智能化识别。为此需要实现观测时，主、备设备的配置齐全，优化采集器的硬件功能，优化观测业务软件的相应功能，当主站仪器对数据的观测出现缺欠时，保证对备份数据启用时数据的完整性，并且对数据的异常进行实时的监测，以此提升数据的准确性。

2.4 加强智能传感器的应用程度

在当前的技术应用中，部分观测传感器可以实现对于数据的自动化监测，但由于在日照时数以及云、天气现象中，传感器并为达到自动化的规范化要求，若想实现全面的自动化监测技术的应用，需要加大力度进行智能化传感器的优化升级，并对已经达到自动化要求的传感器，需要应用MEMS 技术对其实现进一步的升级，以此促进传感器的高精度以及小型化，提升气象观测系统的全面性自动化技术的有效覆盖率。

3 结论

综上所述，为实现气象观测效率以及准确性，需要在气象系统中科学地实现全面性的自动化技术，这就要求地市台站以及相关部门针对现阶段气象观测全面自动化方面存在的不足，采取科学的技术措施，通过提升供电系统的可靠性以及网络、计算机无停顿热切换的实现等方面提升设备的气象观测自动化能力，并通过数据的有效采集以及智能传感器的应用，提升气象观测全面自动化的深度。