省級氣象裝備動態(tài)管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

方海濤，錢　毅，竇煒明

（安徽省大氣探測技術保障中心，合肥230031）

省級氣象裝備動態(tài)管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

方海濤，錢毅，竇煒明

（安徽省大氣探測技術保障中心，合肥230031）

我國各省級氣象部門還未完全建立專用技術裝備可追溯系統(tǒng)，物資裝備使用和庫存總量不清、狀態(tài)不明，不利于氣象裝備保障工作高效運行。本系統(tǒng)在建立《氣象裝備編碼規(guī)范》基礎上，詳細梳理氣象裝備從采購、供應、檢定、維修、調撥/流轉直至報廢的工作流程，利用二維編碼、電子標簽為載體，跟蹤記錄氣象裝備狀態(tài)、屬地變化信息，通過便攜式移動終端及Web技術服務手段，進行氣象裝備和邏輯儲備庫的信息交互，建立集識別、定位、跟蹤、監(jiān)控多位一體的全壽命管理模式，實現(xiàn)省級氣象裝備動態(tài)化管理。

氣象裝備；動態(tài)管理；物聯(lián)網(wǎng)；設備編碼；射頻識別

0　引言

中國氣象局非常重視氣象防災減災體系建設，綜合氣象探測系統(tǒng)現(xiàn)代化程度不斷提高，氣象裝備的種類和規(guī)模逐步增加，但在省級技術保障部門還未完全實現(xiàn)氣象裝備的動態(tài)信息管理。目前氣象裝備管理體系的時效性和自動化水平偏低，不僅耗費人力，其統(tǒng)計數(shù)據(jù)的全面性、及時性也難以保證。利用物聯(lián)網(wǎng)技術，建立動態(tài)信息跟蹤系統(tǒng)對氣象觀測站網(wǎng)的裝備進行科學管理，使器材供應更加及時高效，避免因得不到真實需求數(shù)據(jù)造成的無謂浪費，保證超常規(guī)消耗情況下的應急響應，設備檢定計劃的合理安排，設備維修和配件高效流轉。本系統(tǒng)力求實現(xiàn)氣象裝備管理信息化，為決策服務提供有力支持。

本系統(tǒng)通過結合《氣象裝備編碼規(guī)范》行業(yè)標準在省級氣象裝備動態(tài)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)與業(yè)務應用，利用二維編碼、射頻識別以及便攜式移動終端的氣象裝備信息采集技術，將氣象裝備狀態(tài)和屬地的動態(tài)變化信息與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫結合，進行氣象裝備和邏輯儲備庫之間的信息交換，建立識別、定位、跟蹤、監(jiān)控的全壽命管理流程；提供入庫、出庫、備件申請、調撥/訂購、查詢和統(tǒng)計分析等需求的網(wǎng)絡化操作功能，實現(xiàn)省級氣象裝備動態(tài)化管理。

1　系統(tǒng)設計

1.1需求分析

氣象裝備保障工作涵蓋采購、供應、檢定、維修、調撥/流轉、報廢、統(tǒng)計和分析評估等各個方面。隨著氣象觀測業(yè)務現(xiàn)代化進程的大力推進，保障范圍內的物品數(shù)量龐大、種類型號多樣，涉及的業(yè)務單位和人員眾多，物品在生命周期內的狀態(tài)和所經(jīng)歷的流程復雜多變。目前，我國氣象部門省級氣象物資裝備保障工作除少數(shù)裝備類型和個別基層單位在局部范圍內采用了信息化管理手段外，大部分情況下仍然以人工登記式管理為主，物資裝備管理職責不清晰、流程不連續(xù)，物品狀態(tài)信息不完整。

在物品的種類上，人工觀測儀器儀表、國家級自動氣象站、區(qū)域自動氣象站、高速公路氣象站、土壤濕度觀測站、雷達站備件、探空站備件、各類消耗性器材分別由不同的科室人工管理，分散入庫、分散發(fā)貨，這使得省級物資裝備使用和庫存總量不清、狀態(tài)不明，備件申領隨意性大，影響總體使用效率。

在物品的生命周期中，備品備件采購、檢定、故障、維修、報廢各個環(huán)節(jié)互不聯(lián)系，物品狀態(tài)信息記錄不全面不連續(xù)，不能跟蹤監(jiān)控，難以實時準確地分區(qū)域分類型地統(tǒng)計消耗量、故障率，不利于備件采購計劃的擬訂和設備選型，不能高效規(guī)劃檢定時序，無法考核供應和維修響應時效。

這種局面造成省級裝備保障部門無法對保障對象進行跟蹤監(jiān)控，清點統(tǒng)計工作量大且時效性低，電子化程度不高。本系統(tǒng)試圖將省級氣象裝備統(tǒng)一納入虛擬的網(wǎng)絡化邏輯儲備庫，實現(xiàn)對氣象物資裝備全壽命跟蹤監(jiān)控，可以使各級氣象部門能更好地服務于大氣探測保障工作。

1.2設計原則

（1）建立氣象裝備編碼方法，實現(xiàn)對各類設備單品的唯一性標識。

（2）氣象裝備動態(tài)管理作為省級氣象裝備保障業(yè)務平臺之一，其應用貫穿于裝備供應、技術保障和計量檢定業(yè)務環(huán)節(jié)，跟蹤業(yè)務流轉中的氣象裝備動態(tài)信息。

（3）通過對業(yè)務流轉中氣象裝備狀態(tài)、屬地信息的查詢與統(tǒng)計，分析出反映省級技術裝備動態(tài)變化的特征，可以成為省級氣象裝備業(yè)務管理的決策依據(jù)。

（4）系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和推送環(huán)節(jié)應用物聯(lián)網(wǎng)技術提高自動化水平，在軟件結構上以省級用戶需求為落腳點，可分省部署、全國推廣；在基礎信息方面，建立氣象裝備編碼方案和裝備信息數(shù)據(jù)字典，用戶可根據(jù)中國氣象局發(fā)布的相關公告，自行修改。

1.3省級裝備保障業(yè)務流程

收集省級氣象裝備類別信息，包括地面氣象觀測、天氣雷達、高空氣象觀測等類型的傳感器、采集器，天氣雷達國家級、省級和臺站級備件，探空器材及計量檢定標準器等氣象裝備。梳理省、市、縣三級氣象裝備保障業(yè)務流程，以及省級氣象裝備供應、技術保障和計量檢定業(yè)務流程，如圖1所示，設計氣象裝備業(yè)務流程邏輯數(shù)據(jù)庫。邏輯數(shù)據(jù)庫分為若干子庫，包括備件庫、在用庫、待修庫、待檢庫、消耗品庫、廢品庫等。氣象裝備在生命周期開始時，由省級氣象裝備供應部門或市縣級用戶進行首次入庫操作，其余狀態(tài)變化均在子庫中流程操作。

圖1　省市縣三級業(yè)務流程

1.4系統(tǒng)主要組成部分

本系統(tǒng)利用二維編碼方法和射頻識別技術對設備進行全壽命跟蹤與管理，能夠將設備所有的狀態(tài)變更、設備流轉等信息進行記錄、展示，從而實現(xiàn)對設備的跟蹤與管理，還可以將設備信息同步到國家級氣象裝備保障部門。為了便于業(yè)務人員到臺站對現(xiàn)場設備進行檢定或替換時，能夠快速采集設備信息，并能夠方便、快捷地將現(xiàn)場設備的更改信息更新到系統(tǒng)中，可通過移動終端軟件的研發(fā)實現(xiàn)該功能；系統(tǒng)還提供了豐富的查詢、統(tǒng)計功能，可以對系統(tǒng)中的所有設備進行各種查詢統(tǒng)計，并以圖表的形式展現(xiàn)；當行業(yè)標準發(fā)生變化時，系統(tǒng)對行業(yè)標準進行快速、方便的更新；同時系統(tǒng)還提供了設備網(wǎng)上申請、設備告警等功能。

省級氣象裝備動態(tài)管理系統(tǒng)總體結構如圖2所示。

1.4.1應用軟件

主要包括個人事務管理子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)、設備狀態(tài)管理子系統(tǒng)、設備申請管理子系統(tǒng)、預警管理子系統(tǒng)、檢定管理子系統(tǒng)、維修管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)同步子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。

1.4.2移動終端

通過移動終端平臺的開發(fā)，如圖2所示，實現(xiàn)站點在用設備信息的快速采集、處理，主要功能包括設備檢定、設備維護和系統(tǒng)管理。設備檢定模塊可以讓檢定人員通過移動終端軟件錄入設備的檢定結果，并可以更改設備的狀態(tài)；設備維護模塊可以讓維修人員通過移動終端軟件將替換下來的設備狀態(tài)改為待修且選擇設備的故障類型，同時將替換上的設備狀態(tài)改為在用。

圖2　系統(tǒng)邏輯結構圖

1.4.3數(shù)據(jù)庫

管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要由設備信息庫、業(yè)務信息庫、監(jiān)測信息庫、基礎信息庫和用戶信息庫組成。數(shù)據(jù)庫建設，一方面，需要建立信息標準來統(tǒng)一指導數(shù)據(jù)管理，在建立統(tǒng)一合理的數(shù)據(jù)庫規(guī)范基礎上，指導基礎數(shù)據(jù)庫建設，確定采集和傳輸?shù)膬热?；另一方面，需要利用?shù)據(jù)庫技術，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲、整理和分析。

1.4.4安全保障體系

安全保障體系建設主要包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒔y(tǒng)一身份認證、審計日志、系統(tǒng)安全管理。

1.5系統(tǒng)功能

1.5.1信息收集與錄入

在本地計算機瀏覽器通過身份驗證后編輯信息內容。人工錄入時，考慮到信息的差錯率較高，允許信息錄入人員進行即時或事后的修改。如果編碼標簽標識無法識別，可以通過人工使用設備編號檢索，然后修改相關屬性信息，重新制作原編號條形碼。

1.5.2匯總發(fā)布

發(fā)布全省計量標準器、儀器儀表檢定監(jiān)控信息；器材消耗、備件庫存信息等。

1.5.3網(wǎng)上訂購備品、備件。

各區(qū)域用戶實行網(wǎng)上備件申請、調撥。

1.5.4統(tǒng)計和分析評估

提供信息查詢和統(tǒng)計功能。對全省在用儀器進行分類別、分狀態(tài)、分站點查詢統(tǒng)計；按類別、地域和時間分析在用和庫存儀器儀表數(shù)量、消耗量、故障率和維修時效；統(tǒng)計結果可以柱狀圖、圓餅圖、Excel表格等方式輸出，如圖3所示。

圖3　某省各類氣象裝備故障統(tǒng)計示例

1.5.5監(jiān)控和告警

全程監(jiān)控傳感器的檢定有效時段，合理安排檢定周期。對全省在用和備份的儀器儀表、傳感器等檢定周期和儲備量按設定時限及數(shù)量閾值進行提示和報警。告警與提示信息可調整告警門限閾值，超檢定周期儀器信息向主頁面?zhèn)鬟f。通過短信息方式將告警和提示信息通知臺站儀器責任人和市、縣局業(yè)務管理人員。

1.5.6系統(tǒng)參數(shù)表管理

可以對系統(tǒng)中的各種參數(shù)表進行設置與增加、刪除、修改操作。各類參數(shù)表包括設備類型和名稱表、故障類型表、各種警示閾值表、各種業(yè)務規(guī)則表（如檢定日期、維護周期等）。

1.5.7用戶管理

具備不同類別用戶的創(chuàng)建、刪除、級別、操作權限的授予和管理。不同的用戶分別進行統(tǒng)計分析產(chǎn)品處理、裝備狀態(tài)處理、計量/檢定處理、裝備供應處理、系統(tǒng)維護操作。

1.5.8日志管理

對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用進程、主要運行情況、數(shù)據(jù)庫主要操作和數(shù)據(jù)庫登錄等進行記錄。

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)通過對氣象裝備管理的國家和?。ㄊ校﹥杉壊渴饦I(yè)務需求分析，研究省級氣象裝備動態(tài)管理的業(yè)務流程、氣象裝備二維編碼方案、射頻識別和跟蹤技術、基礎信息數(shù)據(jù)字典結構、便攜式移動終端設計和定時統(tǒng)計數(shù)據(jù)集匯交的等具體環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法，主要內容如下。

（1）根據(jù)中國氣象局氣象探測中心的氣象裝備編碼方法，即：“版本號+裝備類別+廠商代碼+品目碼+校驗碼+型號+序列號”，建立省級氣象裝備動態(tài)變化跟蹤編碼體系。給各類氣象裝備分配一個二維編碼，每個編碼關聯(lián)的信息字段包括：生產(chǎn)廠家、名稱、型號、設備編號、設備圖片、入庫時間、參考價格、檢定日期、到檢日期、檢定證書編號、當前狀態(tài)（庫存、在用、待檢、在修、在檢、報廢）、所屬站號、所屬站名等，實現(xiàn)氣象裝備跟蹤的數(shù)字化，代碼以電子標簽的形式標識在氣象裝備表面上，便于標簽讀寫器采集氣象裝備動態(tài)變化信息。在氣象裝備業(yè)務流轉的各個環(huán)節(jié)，裝備編碼信息均是跟蹤的依據(jù)。

（2）針對氣象裝備特有的屬性特征，實現(xiàn)二維編碼和射頻識別技術在氣象裝備全壽命動態(tài)跟蹤的應用。因氣象裝備有在室內、野外業(yè)務運行，統(tǒng)籌考慮環(huán)境溫度濕度和氣象裝備表面特征對電子標簽識別的準確性和可靠性的影響，遴選適宜的電子標簽和讀寫器。

（3）分析省級氣象裝備保障業(yè)務流程特點，設計便于系統(tǒng)移植或業(yè)務推廣的基礎信息數(shù)據(jù)字典，包括省級行政區(qū)劃、氣象裝備型號等。設計便攜式移動終端的氣象裝備屬性變更跟蹤子系統(tǒng)，系統(tǒng)與手持終端采用Web Service模式進行數(shù)據(jù)交互。

圖4　移動終端用戶界面

（4）設計信息查詢、統(tǒng)計、分析和信息發(fā)布功能模塊，對省級氣象裝備進行分類別、分狀態(tài)、分站點查詢統(tǒng)計；按類別、地域和時間分析在用和庫存數(shù)量、消耗量、故障率和維修時效；統(tǒng)計結果可以柱狀圖、圓餅圖、Excel表格等方式顯示或輸出。制定定時統(tǒng)計數(shù)據(jù)文件上傳規(guī)范，與國家級裝備業(yè)務部門的開放式統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同步。

3　系統(tǒng)應用展望

氣象裝備編碼體制的建立可實現(xiàn)單體設備的唯一定位和動態(tài)跟蹤；二維編碼和射頻識別技術使得設備清點統(tǒng)計更為快捷高效，同時節(jié)約了大量人力；遠程手持終端可滿足現(xiàn)場維修日志與數(shù)據(jù)庫信息交互；各類報警功能保障實際業(yè)務總體運行穩(wěn)定、可靠；數(shù)據(jù)字典的應用使得系統(tǒng)應用靈活，維護方便。全壽命跟蹤各設備的運行情況，不僅為供應、檢定、維修各環(huán)節(jié)提供科學依據(jù)，也為客觀評價生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品優(yōu)劣提供依據(jù)，為日后的產(chǎn)品選型、采購提供參考。

對于非跨省流動設備定時向中國氣象局匯交分項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對大型專用設備和配件的全國流轉信息全程記錄，為全國裝備保障管理提供分析數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)依托省級氣象裝備供應、檢定、技術保障各個業(yè)務環(huán)節(jié)，實現(xiàn)裝備信息的全壽命動態(tài)管理，并逐步向其他省份進行推廣，可實現(xiàn)如下目標：

（1）促進氣象裝備基礎信息管理的進一步信息化和規(guī)范化，增強氣象裝備專用編碼的通用性，逐步實現(xiàn)全國氣象裝備從生產(chǎn)、流通到使用的全壽命周期的編碼信息化動態(tài)管理，促進全國氣象行業(yè)及相關行業(yè)所用技術裝備管理的信息化應用水平的提高。

（2）實現(xiàn)各省氣象局對其物資裝備全生命周期的跟蹤監(jiān)控，高速有效地統(tǒng)計出各省氣象局物資裝備的情況，能夠對整體的設備運行情況有宏觀的把握。

（3）自上而下建立一套完整的氣象物資裝備保障電子化業(yè)務信息管理體系，將全國氣象物資裝備統(tǒng)一納入虛擬的網(wǎng)絡化邏輯儲備庫。

主要參考文獻

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10.3969/j.issn.1673-0194.2015.07.039

TN915.04

A

1673-0194（2015）07-0073-04

2015-01-12

中國氣象局關鍵技術集成與應用重點項目（CMAGJ2013Z19）。

方海濤（1977-），男，安徽霍邱人，安徽省大氣探測技術保障中心高級工程師，博士，主要研究方向：氣象電子技術、大氣光學探測技術。