地市级气象综合观测自动化监控报警系统的设计与应用

李四维，韩 波，张 敏，贺中华，赵文翔，阮钦飞

(湖南省衡阳市气象局,湖南 衡阳 421001)

0 前 言

在气象工作现代化、智能化、自动化的大趋势下，地面综合气象观测正高速发展[1-3]。随之而来的是对气象观测装备保障的高标准、高要求。“集成观测装备运行状态在线监控、逐级数据交换、故障自动报警、故障处理追踪和远程控制功能”被列为装备保障的主要任务之一。在中国气象局《综合气象观测研究计划(2010—2020年)》重点领域“气象装备保障”中，也有“综合气象观测网运行监控及保障技术”的优先主题。因此，为了紧跟综合气象观测业务改革的步伐，研究气象综合观测自动化监控报警系统非常及时也非常必要。

1 传统监控方式存在的问题

①监控平台相对分散。气象观测要素繁多，气象部门针对不同的观测项目有不同的监控管理平台，如天气雷达、气象交通站、常规站、国家站分别有自己对应的系统平台。然而，分散的平台对气象观测监控带来了难度，故障处理低效。

②人工监控常有疏漏。工作人员通过访问不同的气象监控平台来查看气象观测数据的传输情况，耗时又耗力，但是监控中发现问题不及时、问题被忽略的情况仍时有发生。

③现有综合观测平台的延迟性。现有的综合观测平台气象数据经过观测端至CIMISS入库、接口服务、网络延时、程序调用后，才能实时显示，有一定的延迟性。

④监控对电脑的依赖性。几乎所有的监控平台都是在电脑上使用的，这对于不在电脑旁边的气象工作人员来说十分不便。

所以，研究一个综合观测自动化监控报警系统是十分必要的。

2 气象综合观测自动化监控报警系统设计

气象综合观测自动化监控报警系统通过读取解析CIMISS内的观测数据文件，实时监控观测数据的传输和观测设备的运行情况，同时通过收集历年来各地区观测到的历史极值、故障和数据异常情况，建立相关要素阈值算法，对读取的观测数据进行判定，将异常告警信息以微信的方式推送至维护人员，保证了故障处理的及时性，确保了观测资料的准确性。该系统集成了本地区国家气象观测站、常规站、土壤水分站、交通气象观测站和新一代天气雷达监控平台，实现了监控平台的一体化，为气象工作人员提供了实时又方便有效的监控。

图1 气象综合观测自动化监控报警系统设计结构Fig.1 Design Structure of Automatic Monitoring and Alarming System for Comprehensive Meteorological Observation

此系统基于Win7系统，采用C#开发语言[4-5]，通过CIMISS统一的服务接口(Meteorological Unified Service Interface Community，简称MUSIC)和应用编程接口(API)，从CIMISS库里调用气象观测数据[6-8]，经过算法的整理与判断，生成告警信息，分别通过电脑端和手机端应用来为气象工作人员提供服务[9-10]。

2.1 电脑端

系统电脑端主要分为数据监控、数据查询、参数设置和日志管理4个部分。

数据监控是指系统每个整点过后13 min从CIMISS读取观测资料，如果没有读取到，则对工作人员报警；同时，系统对读取的气象观测数据通过算法进行监控，判断气象观测数据是否异常，如有异常，则对工作人员报警。报警信息每小时推送1次，内容简单包含异常站点的所在县市、站号、站名、异常开始时间、异常判定所属故障类型，工作人员可以获取当前时段的所有报警信息。若点击异常站点，则该异常站点的具体故障内容可以详细显示在电脑端界面上，方便工作人员查看，及时进行故障处理。在告警信息发送到电脑端的同时，它也同步到手机端进行微信推送，使得告警信息的传递更为方便快捷，故障反应时间更短，故障处理效率更高。

图2 数据监控界面Fig.2 The Interface of Data Monitoring

图3 数据查询界面Fig.3 The Interface of Data Query

数据查询是指从CIMISS读取观测资料后，对其进行分类处理，气象工作人员可通过选择具体的观测时间、站点名称对该站进行数据读取，读取内容显示在程序中间区域，读取数据为分钟数据，间隔为5 min，方便工作人员核对数据异常情况。

参数设置模块需要工作人员提前输入查询、监控的站点资料，如站名、站号、要素等，并且提供要素异常阈值、服务器设置、要对接的CIMISS接口等参数设置，使得系统能正常运行。

图4 (1)(2)参数设置界面Fig.4 (1)(2) The Interface of Parameter Setting

日志管理是指系统电脑端将每天的故障记录都写入文本文件，在本地保存，作为日后查询、考核的依据。

图5 日志管理界面Fig.5 The Interface of Log Management

2.2 手机端

此系统基于企业微信的应用模块，为气象工作人员提供手机端的告警信息推送，该告警与电脑端同步，推送界面在手机微信列表里的公众号窗口显示。用户提出申请加入企业微信号，申请验证通过后，拥有告警信息接收权限，可在每个整点过后13 min接收1次告警信息。如今微信应用广泛，人们时常通过它来进行联系沟通，告警信息以微信的方式进行推送，保证了信息接收的时效性，有利于提高故障处理的效率。而接收告警信息的权限需要验证，确保了气象信息、数据的安全。

微信推送内容包含了国家气象观测站、常规站、土壤水分站、交通气象观测站和新一代天气雷达的具体监控情况，所以告警信息按这5项分为5个总类别，随后在该类别下又按照不同县市名称分别显示各县市的告警情况。告警情况语句简洁，标有异常站点的站号、站名和故障问题，这样，站点异常情况一目了然，极大方便了各县市、各台站的故障处理。

图6 手机端微信预警信息推送Fig.6 Wechat Alarm Information Pushed on Mobile Terminal

3 气象综合观测自动化监控报警系统的应用

2019年10月—2020年1月，该系统在衡阳市气象局装备中心进行运行测试。测试参与人员有市装备中心气象维护维修人员、各台站监控人员、县区气象工作人员及衡阳铁塔公司代维人员。

经过测试，该系统各模块均能正常使用，监控、告警效果良好，对市、县局的台站维护、维修工作起到了一定积极作用。衡阳铁塔公司经签约负责衡阳市222个常规站的维护、维修工作。该系统运行使用后，对铁塔公司代维人员及时发现、处理故障有了很大的帮助，得到了他们的一致好评，对推进衡阳气象装备社会化保障工作有了一定助力。

在综合观测自动化监控报警系统的测试应用过程中，我们也发现了该系统的不足。由于该系统是基于CIMISS平台而建立，一旦CIMISS平台发生故障，或者元数据上传至CIMISS的过程中有延迟，就会影响到该系统气象资料的查询和告警信息的推送，导致台站的故障信息多报、误报。这点将在以后的应用中进行改进。

4 结论

气象综合观测自动化监控报警系统不仅能实现实时监控观测数据入库，有效进行数据质量控制，还能主动通过微信提醒气象维护维修人员，及时发现设备故障和数据传输问题，大大提高了气象维护人员的工作效率，减少了维护、维修的响应时间，有效解决了基层台站业务人员有限、经费紧张的现状，降低了业务生产中的成本，进一步提升了气象装备保障能力，对实现业务自动化、现代化，促进产业信息化都有重要意义。