基于CIMISS的国家级自动气象站故障报警系统设计

唐 凤，朱 君

(重庆市气象信息与技术保障中心，重庆 401147)

0 引言

全球气象灾害频发对人类生产生活和生命财产造成严重危害，因此气象防灾减灾成为各国关注的重点。随着气象防灾减灾体系建设的逐步深入，气象部门建成了庞大的地基自动化探测系统，为有效提升综合观测保障水平，提高防灾减灾能力提供了支撑[1-3]。国家级自动气象站作为地面观测体系的重要组成部分，在气象预报服务以及防灾减灾体系中发挥着重要的作用。

文章通过气象信息共享系统(China Integrated Meteorological Information Service System，简称CIMISS)[4]提供的气象数据统一服务接口获取国家级自动气象站小时数据质量控制结果，对国家级自动气象站的运行情况进行监控，形成故障报警信息后发送给相应的维护人员，提升维护的效率。

1 系统结构与设计

系统基于CIMISS的气象数据统一服务接口进行国家级自动气象站小时数据质量控制码的读取分析，解析出每个观测要素数据对应的到报状态。对于质量标识码中的缺测或者数据错误信息进行进一步数据处理，形成该站点的故障报警信息。

随着智能机及移动终端的发展，通过短信方式发送故障信息的传统模式，不但收费高，容易被认定为垃圾短信，而且发送效率也无法满足业务需求。该系统通过微信的个人接口，将国家站的故障报警信息直接发送到维护人员微信终端，大大提升了报警信息的及时传达率。

1.1 质控码数据获取

气象数据统一服务接口(MUSIC：Meteorological Unified Service Interface Community)，基于国省统一的数据环境(CIMISS)，面向气象业务和科研，提供全国统一、标准、丰富的数据访问服务和应用编程接口(API)，为国、省、地、县各级应用系统提供唯一权威的数据接入服务。针对气象应用系统，提供多种不同的服务方式，包括客户端调用服务、Web service、REST服务和脚本服务[5，6]。

CIMISS的气象数据统一服务接口(MUSIC接口)提供了多种类型的接口，均可进行国家级自动站质控数据的读取。根据业务需求，需要对国家站每个小时整点的数据情况进行监控，所以该系统的设计选择“按时间、站号检索地面数据要素”的“getSurfEleByTimeAndStaID”接口，即每小时按照重庆市35个国家级自动气象站的站点号进行质控数据的获取。

MUSIC国家级自动气象站接口中提供了105种数据质控码，包括冻土层、积雪深度、雨凇、雾凇、云状、云量、风速、风向、温度、雨量和气压等各种要素。由于重庆市国家级自动气象站对冻土层、积雪深度、雨凇、雾凇等要素并未进行观测，根据实际观测数据的需要，选取小时降雨量、气温、最高气温、最低气温、2 min风向、10 min风向、相对湿度、本站气压、能见度、地面温度、草面温度和露点温度等共计48个数据的质量控制码进行分析。

1.2 故障信息生成

CIMISS提供的国家级自动气象站质量控制码，共有10种类型，其中质量控制码3(数据为订正值)、质量控制码4(数据为修改值)均认定为数据可信；当质量控制码为1(数据可疑)、2(数据错误)、8(数据缺测)、9(数据未作质量控制)时，需要形成故障报警信息；当质量控制码为0时，数据正确可用，为7时，台站无该项观测任务；质量控制码5、6为预留。

为了提升故障报警信息的有效性，报警信息必须详实。报警信息除要标明故障站点名称、站号、时间和故障的类型(数据错误、数据缺测、数据可疑)等基本信息外，还应包含故障类型对应的具体观测要素。详实的故障报警信息，可以为维护人员定位故障位置提供有益思路，能有效缩短故障处理时间，提升修复速度。

1.3 报警信息发送

国家级自动气象站报警信息的发送，首先保障的是及时性，在故障发生的第一时间发送报警信息。国家级自动气象站整点数据通过BUFFER文件进行传输，一般在2 min之内就可以完成CIMISS的入库解析，为了减少由于网络延迟造成BUFFER文件迟到而引起的报警信息误报，该系统在整点5 min开始进行质量控制码的解析，并形成报警信息。其次，报警信息的发送与接收必须便捷。为了提高信息发送效率，取消了传统的短信模式，而是通过微信平台发送信息，在网络覆盖范围内，都可以及时收到报警信息[7]。

由于信息提示的局限性，报警信息在夜间无法起到通知维护人员进行故障响应的作用，所以报警信息的发送限定在每天的09：00—18：00。故障的响应与维修，需要一定的时间，所以在一个整点的时间段内，报警信息只发送1次，即采用每个小时1次的频率进行发送，避免在此期间频繁发送故障报警信息，给维护维修人员造成不必要的信息困扰。

2 系统功能技术实现

系统以Python语言实现整个系统的技术功能。首先读取CIMISS的气象数据统一服务接口(MUSIC接口)获取国家级自动气象站质量控制码并写入本地数据库，从数据库中读取质量控制码并形成报警信息后匹配至对应的维护人员，通过微信平台进行信息发送。

CIMISS的气象数据统一服务接口，提供了包括客户端调用服务、web service、REST服务和脚本服务在内的多种调用方式。文章采用REST服务的方式对“按时间、站号检索地面数据要素”的“getSurfEleByTimeAndStaID”接口进行调用，返回数据类型选择“TEXT”数据格式。由于数据库体积小，性能稳定，文章采用MySQL作为本地质量控制码的数据库。

Python的itchat库是一个开源的微信个人账号接口，可以实现好友信息的自动回复、发送等功能[8]。通过微信好友列表的获取检索，可以将好友(维护人员)联系方式与对应的区县信息进行绑定匹配，当故障报警信息形成后，自动发送至绑定的维护人员。

3 结束语

该系统基于CIMISS数据环境，通过对国家级自动气象站质量控制码的解析，实现故障报警信息的微信自动发送，相较于传统的电话和短信模式，故障报警信息传送的时间效率和有效性明显提升，极大缩短了故障的响应时间，为设备稳定运行提供了可靠保障。

该系统目前只实现了故障报警信息的自动发送功能，功能相对单一，如果能结合大数据和专家智能库，对报警信息进行进一步分析，进而直接定位设备的故障点并给出相应的维修方式，将会更好地提高故障的处理时效性。