省级气象装备运行监控系统设计开发

张东明 王志诚 汪章维

(浙江省大气探测技术保障中心，浙江 杭州 310000)

0 引 言

综合气象观测系统是气象部门综合预报服务的基础，为了保障气象观测设备的稳定运行，快速、精准发现设备故障问题所在，中国气象局于2010年完成“综合气象观测系统运行监控平台”(简称ASOM1.0)，目前综合气象观测系统运行监控平台已经升级至第二个版本，系统在省级部署，省、市、县3级应用，极大提高了全省观测设备维护运行的现代化水平。

本文针对省一级运行监控业务、自动站设备状态信息入网需求及月报统计需求分析，提出运行监控系统在功能和性能优化上升级设计。

1 系统功能模块

省级综合气象观测系统运行监控平台对全省的自动站、雷达站、土壤水分站、探空系统进行实时数据显示，并对运行过程中的故障设备进行智能化判断。具有多种查询显示及人性化界面功能，可根据观测数据、设备状态数据进行综合报警显示。综合气象装备运行监控系统包括8大模块：运行时序模块、观测数据查询模块、历史数据图表显示模块、设备状态监控模块、数据到报查询模块、实时数据监控模块、综合气象观测系统运行评估报告分析模块、设备状态监控模块。

1)运行时序模块：主要针对本省探测中心业务范围内的探测设备运行情况进行时序显示。系统通过定时器实现时序自动更新，也可通过选择日期进行历史时序查看。

2)观测数据查询模块：可以通过手动选取查询时间，按照整点数据、加密数据、整点和加密数据进行查询，且可以将查询的数据进行Excel直接导出，方便技术人员进行数据汇总分析；实现常规观测要素综合图表显示，通过波形图可以看出各气象要素值变动情况。

3)设备实时运行状态监控模块、数据到报查询模块、设备状态监控模块：设计包含气象设备状态报警、气象数据报警等文本框显示，避免弹框式设计导致值班人员未发现报警信息，并且将错误数据及报警信息通过短信的形式发送到手机。

4)运行评估报告分析模块：根据查询条件选择需要查询的设备业务可用性统计，可自动导出运行评估，方便编制报告。

2 系统总体设计

2.1 总体逻辑架构

省级气象装备运行监控系统如图1所示，系统设计首先是通过文件解析组件及通用功能组件实现数据获取，然后将数据拆分成观测数据、状态数据、综合分析评估数据3大部分。系统界面展示部分应用数据库技术、ADO技术、自定义控件技术、GSM短信终端等实现数据的调用及显示内容。

图1 省级气象装备运行监控系统结构图

设备故障判断方法：系统按照需求进行有效的数据质量控制，通过状态数据和观测数据两个角度发现设备故障，根据国家局统一质控算法进行判断。

3 运行监控系统实现

1)运行时序模块

运行监控系统运行时序界面(图2)包括3大部分，其中包括自动站、自动土壤水分站、雷电监测站等观测设备。当状态出现可疑、错误、无数据的时候会以短信方式提醒值班人员，当值班人员发现运行时序不正常的时候可以通过运行状态监控界面查询具体原因。

图2 运行监控系统运行时序图界面

2)观测数据模块

观测数据界面采用.net framework框架中gridview控件，通过将控件绑定数据库显示数据源中的数据，通过SQL语句按条件查询，将用户需要的信息展示到界面上。选取指定台站、指定时间的数据进行查询，可以通过点击转Excel按键将列表中的数据导入指定目录下的Excel中。

实时数据监控界面(图3)显示的数据界面更加人性化，比目前业务上用的软件显示更加全面完善，通过GDI+自定义控件完成多元化显示控制制作，GDI+就是微软公司在.NET中把GDI升级为GDI+,它包含了许多命名空间和类，专门用于Web和Windows控件中的自定义绘图操作。实时数据界面呈现灰色，当调用数据不符合气象质量控制要求时数据显示控件会显示深红色以提醒值班人员。用户通过点击短信打开按钮，即可进入实时数据预警监测状态，当所测气象数据出现过值或者突变等现象界面GPRS MODEM会向指定值班手机号发送短信报警，提示值班人员引起重视，同时软件后台会记录所有此类数据，为后期设备状态统计及分析提供依据，方便对故障设备做评估分析。

图3 运行监控系统实时数据监控界面

3)数据动态监控模块

以自动站为例，波形图显示监控界面(图4)可以显示风速、相对湿度、蒸发、气温、降水形势图。可以直观查看气象要素走势，根据惰性气象要素及非惰性气象要素的特点判断检查数据是否正常。同样可以通过人工选择观测时间段内绘制波形图。

图4 运行监控系统波形图显示监控界面

4)装备运行报警模块

该模块监控查询相关的装备运行情况(图5)，可根据该模块提示值班人员各台站设备运行具体情况，方便与台站值班员进行沟通指导。

图5 运行监控系统运行状态监控界面

5)运行评估报告分析模块

评估分析模块是为了方便书写运行评估报告，通过选取开始结束时间进行自动站、雷电监测站等观测设备的数据统计(图6)。业务可用性根据设备未报到时次及应报道时次统计出来，将全省设备业务可用性通过图形表格的形式展现给用户。

图6 运行监控系统运行状态监控界面

6)数据到报模块

数据到报模块如图7所示，用户通过勾选全部查询可以查看当前时刻所有台站的数据到报情况。通过勾选按台站查询，来获取所查台站的指定时间段数据到报情况。

图7 运行监控系统数据到报查询界面

7)监控报警模块

状态监控模块目前包括自动站等观测设备运行状态监控，当台站设备出现故障时对应运行灯显示红色。界面最下方设计为短信预警参数设置，包括对端口号的设置，手机号码设置等基础功能(如图8)。报警信息将显示在报警信息框中。该功能是省级运行监控系统中最基本的部分。这部分的功能主要包括向用户组群发送设备故障短信，并形成发送日志。值班人员要及时掌握故障设备情况，以便对运行业务进行管理、对后续资料进行分析，本项目使用的是故障短信发送模块，短信发送设备使用的是GSM短信猫，该设备采用德国原装西门子TC35模块，支持USB无线通讯终端，性能稳定，可24 h不间断工作。短信发送速度为：600～750条/h，USB标准的工业接口。提供了发送和接收短信的API函数调用。

图8 运行监控报警系统报警监控

短信发送设备使用的是GSM短信猫，该设备采安装短信猫驱动后，电脑设备管理界面出现相应的端口，短信猫信号灯发出规律性点亮表示连接成功。

4 结 语

本文针对省级探测中心的实际需求，设计开发了省级运行监控系统，采用功能模块化思想实现了对全省观测设备的综合监控，对异常数据及设备状态进行了更加全面的判断，并且将报警信息实时发送给运行值班人员。系统具有低耦合度、高稳定性的特点。