自动气象站运行监控建设论文

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系统概述

区域站运行监控系统是针对我国现有的3万余套省级台站区域自动气象站和将建的3万多套加密自动气象站及6万余套暴雨监测站而建设的监控保障业务应用系统。系统采用两级部署、多级应用的模式，为国家级、省级和市县级保障人员、管理人员和预报预测人员提供统一的工作平台。整个系统分国家级和省级两级系统（图1），两者功能基本一致，均实现了气象探测设备运行状态、探测数据质量状况、维护维修状况、观测站网信息的实时和非实时监控，对设备运行能力、探测数据质量状况、维修保障能力、观测数据报文有效性、观测站网信息的准确性等的综合分析评估，以及探测产品的分析显示功能。根据实际业务需求，两级系统之间功能上有所侧重但又相互联系：国家级系统主要供国家级相关人员使用，注重全国范围内自动站设备运行状况的综合分析评估、探测产品的综合分析显示；省级系统供本级及以下级别人员使用，注重设备维修保障，两级系统之间可以实现观测数据质量控制结果、维护维修信息、观测站网信息的定时交互。本监控系统是保障我国区域自动气象站、加密自动气象站及暴雨监测站正常运行、提高探测数据质量、缩短保障时间的实时业务平台。系统的建成将在一定程度上提高设备的稳定可靠运行能力，充分发挥其建设效益。

系统结构

系统采用两级部署、多级使用、多方共享的逻辑架构（图2），即在国家级和省级部署，国家级、省级、地市级和县级业务管理人员、技术保障人员、监控人员、预报预测人员等多用户群体使用，另外系统还可分别向国家级和省及以下各级相关业务系统共享相关数据。国家级和省级系统分别基于客户端和浏览器的设计模式，国家级与省及以下级别人员可在气象业务系统局域网内分别通过安装客户端和基于网页形式实现对系统的访问。区域站运行监控系统技术架构总体可分为平台和处理平台两部分（图3）。平台是面向用户服务的体系结构，是对外服务的门户，通过各类展现技术（如GIS），将状态监控、产品分析、质量控制、维修管理、分析评估和观测站网等监控结果提供给各类用户，同时接收用户的请求并响应；处理平台主要是数据处理的体系结构，包括数据采集、数据解析、数据分析、产品生成、产品入库、软件管理等。整个系统内部的功能模块是在统一的技术框架下实现，最大程度保证系统的扩展能力和稳定性。

系统主要技术路线

系统采用C／S（客户端／服务器）与B／S（浏览器／服务器）相结合的方式设计，对于比较复杂、通信量高、交互性强的应用，采用客户端模式，实现部分信息的本地化安装，如GIS数据、站网信息数据等，图3系统技术框架图提供快速响应能力和对较大数据的处理分析能力等；使用编程语言方面，系统采用C／C＋＋和Java相结合的语言开发；为便于系统在全国推广使用，在系统软件选择方面，数据库软件兼容SQL和Ora－cle，操作系统采用Linux或Windows，地理信息系统软件在国家级系统使用ArcGIS，省级系统根据各省实际情况选用合适的GIS软件，如ArcGIS、Su－perMap等。系统的网络环境主要依托气象业务专用网（DMZ区），但在两集系统之间信息交互方面，考虑到交互的及时性、直接性，建立基于公网FTP的形式进行数据质量控制信息、维护维修信息和观测站网信息的定时交互。此外，考虑到未来加密自动气象站和暴雨监测站监控需求及各省自身实际业务需求，省级系统采用了开放式的设计理念，提供多种标准数据接口，使其满足设备扩充和功能扩展，并且能够实现与其他系统的多方面连接。

系统主要功能

系统总体功能结构可分为设备运行监控、探测数据监控、探测产品分析显示、维护维修管理、站网信息管理和综合分析评估六部分，每一部分下面又可以分为不同的子功能，具体功能结构如图4所示。（1）设备运行状态监控：通过气象业务通信网，接收区域自动站的观测数据文件，在国家级和省级监控中心检查数据文件上传情况、上传观测数据质量状况、数据文件格式情况，实现各级区域自动站运行状态实时监控，并基于地理信息系统实时展示监控结果。（2）探测数据质量监控：在国家级和省级监控中心利用报文格式检查、界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查等数据质量控制方法开展探测数据质量实时监控，并进行质控结果的多形式展示。（3）探测产品分析显示：结合地理信息系统，根据用户需求显示不同范围、不同时间段、不同观测要素、不同站点多种形式数据，如单／多要素色斑图、单／多站曲线图、观测要素实时填图、单／多站不同时间段各观测要素列表等。（4）维修信息管理：国家级利用省级上传的维护维修信息进行设备故障的实时定位、跟踪、查询等。（5）站网信息管理：区域站网信息管理主要包括测站信息、设备信息和人员信息。测站信息包括地理信息、环境信息、站名／号等属性信息；设备信息主要为设备厂家信息、传感器等主要部件型号信息。维护区域自动站的站网信息包括新增站点添加、错误站点删除、已有站点信息的修改及查询等功能；此外，结合电子地图和站点经纬度坐标，还可查看站点分布情况。（6）综合分析评估：主要包含数据文件上传情况、设备运行情况及数据质量情况3方面。数据上传情况主要指文件到报、逾限、缺报，具体的缺报时次查询等；设备运行情况主要是设备业务可用性的统计分析；数据质量情况包括数据文件格式情况、参数信息情况及各观测要素质量情况统计分析。此外，根据实际业务需求，还可实现国家级和省级两级系统之间信息的交互、本系统与其他业务系统共享业务数据等。

系统关键技术

目前为止，全国已建成区域自动站33110套，后续还将建设乡镇自动站32690套，暴雨监测站61336套，移动气象观测站2872套，未来国家级系统中要监控的台站数量将达到13万余套，这些设备的实时观测要素数据、设备运行状态数据以及日常业务数据量小，每个文件基本在几千字节左右，但文件数目总量庞大，日峰值量超过312万条，而业务中对数据传输、处理和显示的时效性要求较高，要求在30min内实现数据解析、质控、入库并在监控系统中显示，这给服务器的处理能力带来很大的挑战。因此，为满足时效性要求，国家级系统中在数据处理方面采用多线程分布式处理技术，即将全国各地设备按照地理分区分成7大区域（港澳台地区除外），分别部署在多台服务器上同时进行数据处理，处理完的数据存入相同数据库、集中显示。系统分别在国家级和省级部署，可同时满足国家级和省及以下级管理人员、技术保障人员、监控人员和预报预测人员的需求，且在信息门户层两级系统分别采用基于客户端和基于浏览器的访问技术，这一方面与两级业务的侧重点相联系，另一方面便于省级发挥自身优势，在现有系统上进行功能和设备的扩展。根据中国气象局信息网络化建设现状和安全要求，相关业务系统必须部署在中国气象局DMZ区，以实现与气象局内部业务系统的逻辑隔离。本系统国家级和省级版本均部署在气象局局域网，相关业务人员也只能在气象局内网进行系统的访问。但基于目前中国气象业务数据传输的流程及两级系统主要部署物理地点的现状，系统在实现国家级和省级系统之间数据质量控制结果、维修保障信息和观测站网信息实时交互方面存在一定的局限性。所以，本系统利用Internet和Intranet的优势，将系统部署在气象局局域网，进行日常数据的传输、接收、访问，而将两级系统之间信息交互的部分利用公网，通过FTP的形式实现。

中国区域自动气象站运行监控系统是针对我国已建区域自动气象站以及未来将建的加密自动站和暴雨监测站而建设的监控保障实时业务系统。系统分国家级和省级两个版本，分别在国家级和省级保障部门安装部署。两级系统采用相同技术架构，基本功能均包括设备运行监控、探测数据监控、探测产品分析显示、维护维修管理、站网信息管理和综合分析评估6部分。系统的建成将在一定程度上保障我国区域自动气象观测网的稳定、可靠运行。然而，为更好地发挥其效益，系统还需在探测数据质量控制方法、相关业务机制和职责流程方面进一步完善。

本文作者：李雁李峰赵志强郭海平孙林花李仲龙周青周薇工作单位：中国气象局气象探测中心