基于Flask 的气象装备远程维修指导系统设计与实现

姜小云，吴 俞，张永莉

（1.海南省气象探测中心，海南海口 570203；2.海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南海口 570203；3.海南省气象台，海南 海口 570203；4.成都信息工程大学，四川 成都 610225）

Flask 框架是一个基于Python语言程序开发的轻量级、便捷Web 框架，它灵活、轻便、安全且容易上手，是目前主流的服务器框架之一，应用极其广泛[1-16]。李相霏[2]利用Python 语言的Flask 框架等可视化技术完成疫情数据可视化，从多角度、多方面展示与分析疫情数据。胡钊[3]阐述了基于Python Flask 的温度数据可视化方法，并通过ECharts 显示温度。燕妮[4]基于Flask 和爬虫技术设计与实现了一个书籍循环平台。宋永生[5]采用Python Flask 对学生学习成绩进行分析及可视化。该文采用Flask 技术及Python 音视频信息处理库设计和实现了一个稳定可靠、方便简洁的气象装备故障远程维修指导系统。

1 设计方法简介与系统设计

1.1 Flask框架简介

Flask 是由Python 语言实现的一个微型Web 开发框架，因此，可以使用Python 语言来快速实现一个网站应用或Web 服务应用。

1.2 系统设计

如图1 所示，基于Flask 的气象装备故障远程维修指导系统设计主要由Flask 服务器和Web 浏览器组成。Flask 服务器一边实时采集本地气象装备维修现场的视频、声音和电脑屏幕图像信息，一边实时为Web 浏览器客户端提供连接请求服务。一旦有客户端通过Web 浏览器请求连接到该Flask 服务器，Flask 服务器则接受该客户端的连接请求，并发送气象装备维修现场的实时音频、视频和屏幕图像信息给远程客户端浏览器。

2 系统实现关键代码

Flask 服务器程序关键代码如下：

3 系统实际运行效果

图2 和图3 为在一次国家级自动气象站装备维修实际业务过程中该系统的运行界面。在日前严重的“新冠肺炎”防控条件下，该远程维修指导系统发挥了重要作用，它在远端就可以让维修专家针对本地气象装备故障维修活动提供实时音频、视频和电脑屏幕图像的实时远程技术指导。该系统的客户端连接方式灵活，可以跨平台，既可以采用计算机浏览器连接也可以通过手机浏览器连接使用。图2 为计算机浏览器连接方式接入到本远程装备维修指导系统。通过html5 的音频控件播放远程实时气象装备故障维修音频信息。图3 为通过手机浏览器连接方式接入到本远程气象装备故障维修指导系统的界面。通过html5 的图片控件播放远程实时气象装备故障维修计算机屏幕信息。通过该远程气象装备故障维修指导系统可以方便地为气象装备维修专家和气象装备维修现场业务技术人员提供网上面对面的沟通交流，实现气象装备故障维修高效化、便利化，大大节省了气象装备维修专家人员流动差旅费用和时间成本，提高了气象装备故障排除时效。

图2 气象装备维修远程指导声音通道界面

4 系统应用案例

4.1 万宁国家天气雷达系统一次故障排除案例

根据综合气象观测系统监控平台监控报警发现万宁市气象局天气雷达站出现故障告警信息，各级气象业务运行保障人员各司其职，首先是本站天气雷达运维保障业务技术人员依靠自身技术力量承担雷达设备故障排除任务。本站技术人员通过查看报警状态和故障现象发现该故障为雷达发射机充电过流报警，发射机不能正常工作。

由于发射机系统涉及多个功能组件，系统结构复杂，又是大电流高功率器件，台站技术人员无法顺利维修，需要请求省级气象装备保障业务技术专家远程指导。省级业务技术专家接到台站设备维修请求后立即通过本气象装备远程维修指导系统进行远程指导。技术专家通过远程指导系统音视频信息向台站维修业务技术人员传达维修指导信息，同时台站维修端的音视频信息也反馈到省级远程维修指导端。省级远程维修指导端通过电脑屏幕通道分享维修技术原理图和组件接线图给台站维修业务技术人员。整个维修过程就像台站气象装备运维保障技术人员和省级气象装备运维保障技术专家身处同一个现场一样，沟通交流方便快捷，大大缩短了维修时间。

最终发现是该雷达系统发射机开关组件的一块充放电脉宽控制芯片841 损坏，更换该芯片后故障立即排除，天气雷达系统运行正常稳定，顺利排除该雷达系统发射机故障耗时才十多分钟。其流程如图4 所示。

图4 万宁雷达故障维修流程

4.2 儋州国家地面自动气象站一次故障排除案例

根据综合气象观测系统监控平台监控报警发现儋州国家地面自动气象站出现数据缺测故障，自动气象站的常规要素数据均未到报，而降水现象仪和数字日照计采集的数据均按时到报。

接到综合气象观测系统监控平台报警信息后，各级气象业务运行保障人员各司其职，首先是儋州市气象局地面自动气象站设备运维保障业务技术人员依靠自身技术力量承担设备故障排除任务。

本站技术人员通过查看报警状态和故障现象，发现自动气象站主采集器串口是有数据输出的，因此怀疑该故障为串口通信链路故障。由于台站业务运行保障技术人员水平有限，对整个通信链路不是很熟悉，且通信链路较为复杂，其使用了光纤转换模块和光纤链路，还使用了一个集成的8 串口转网络服务器，中间环节较多，容易出现通信链路故障。

在台站运维保障技术力量无法排除故障的情况下，请求省级气象装备保障业务技术专家进行远程指导。省级业务技术专家接到台站设备维修请求后立即通过本气象装备远程维修指导系统进行远程指导。技术专家通过远程指导系统音视频信息向台站维修业务技术人员传达维修指导信息，同时台站维修端的音视频信息也反馈到省级远程维修指导端。省级远程维修指导端还通过电脑屏幕通道分享自动气象站维修技术原理图和各级通信链路设备接线图给台站维修运维业务技术人员，使得台站气象装备运维保障技术人员和省级气象装备运维保障技术专家身处同一虚拟现场，沟通交流方便快捷，大大缩短了自动气象站设备故障维修时间。

最后发现是自动气象站对应串口服务器上的端口接插不牢固导致的故障。将端口接插件紧固后故障立即排除，地面自动气象站系统运行正常稳定，顺利排除该故障耗时十余分钟。其流程如图5 所示。

图5 儋州气象站故障维修流程

5 结论

该文基于气象探测装备故障远程维修指导需求，利用Python 语言编程技术和广泛使用的Flask Web 开发微型框架技术设计和实现了一个稳定可靠、易于使用、跨平台的气象探测装备故障远程维修指导系统。详细介绍了该系统的设计思路和方法，并给出了设计系统框图和部分关键代码。最后针对气象台站实际业务应用，给出了两个典型的案例，说明了在台站气象探测装备运维保障实际业务中该系统得到充分高效利用。并证明其效果良好，可以给全国其他气象台站气象探测装备运行维护保障业务技术人员提供参考和借鉴。