自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

■韓貴香

（山東省博興縣氣象局山東濱州256500）

自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

■韓貴香

（山東省博興縣氣象局山東濱州256500）

系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對全區(qū)自動(dòng)氣象站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有價(jià)格低廉、體積小巧、操作便捷、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控是自動(dòng)氣象站站網(wǎng)自我維護(hù)保障系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象，并根據(jù)數(shù)據(jù)異常情況進(jìn)行科學(xué)分析，作出系統(tǒng)故障預(yù)警，通過網(wǎng)絡(luò)終端通信將故障信息發(fā)送到自動(dòng)站技術(shù)維護(hù)部門。技術(shù)人員可以根據(jù)自動(dòng)站提供故障信息，及時(shí)對故障進(jìn)行處置，確保自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行。鑒于此，本文對自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討。

自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)庫訪問質(zhì)量控制自動(dòng)監(jiān)控

1 系統(tǒng)功能的總體設(shè)計(jì)

在上層軟件設(shè)計(jì)中，論述了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制理論和系統(tǒng)開發(fā)中的數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù)。然后對自動(dòng)站上傳的氣象要素值進(jìn)行邏輯分析，即當(dāng)前要素值存在且出現(xiàn)在合理范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為設(shè)備運(yùn)行正常；反之，如果檢查出要素值缺測或超越常規(guī)值，達(dá)到示警條件時(shí)，異常信息自動(dòng)在監(jiān)控系統(tǒng)中告警提示，從而體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

按照區(qū)氣象局對測報(bào)業(yè)務(wù)的相關(guān)規(guī)定，國家級(jí)自動(dòng)氣象站正點(diǎn)后10分鐘內(nèi)（區(qū)域自動(dòng)氣象站正點(diǎn)后15分鐘內(nèi)），正點(diǎn)數(shù)據(jù)必須上傳到區(qū)氣象局中心站服務(wù)器上，否則數(shù)據(jù)計(jì)逾限，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中計(jì)缺測。系統(tǒng)首先加載站點(diǎn)信息配置XML文件，然后以此信息去檢索服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)的檢查分析是本系統(tǒng)功能的核心，包括獲取當(dāng)前整點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的對比、過濾與提取。最后對整點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測或超越常規(guī)值時(shí)，將站點(diǎn)信息、站點(diǎn)號(hào)等編碼后發(fā)送到監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。

2 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)的處理器選用當(dāng)前非常成熟的STC90C51系列單片機(jī)，它具有高速、低成本、兼容性極好的特點(diǎn)，可以在3．3～5．5V范圍內(nèi)正常工作，工作頻率范圍0～40MHz，具有豐富的FLASH應(yīng)用程序空間與1280字節(jié)的片上RAM，支持ISP與IAP等優(yōu)點(diǎn)。為提高液晶的顯示刷屏速度且要求與上位機(jī)串口通信的穩(wěn)定性與可靠性，該系統(tǒng)選用的晶振頻率為22．118 4MHz。上位機(jī)與下位機(jī)通信中，利用上位機(jī)通用的USB接口向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。USB轉(zhuǎn)串口芯片選用CH340T，該芯片具有與WindoWs操作系統(tǒng)上的串口應(yīng)用程序完全兼容、可以直接將USB轉(zhuǎn)換TTL信號(hào)且外圍元器件簡單的特點(diǎn)。

2.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在程序開始時(shí)，首先初始化液晶與串口，然后開啟串口中斷進(jìn)入死循環(huán)，偵聽串口是否接收到數(shù)據(jù)。當(dāng)下位機(jī)偵聽到數(shù)據(jù)傳來時(shí)，通過其首字符是否是“＆”，來判斷是否是上位機(jī)發(fā)來的自動(dòng)氣象站異常信息。如果是“＆”則將接收標(biāo)志位置“1”，等待接收自動(dòng)站異常信息；若有數(shù)據(jù)傳來，則將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到異常信息數(shù)組中；若再接收到字符“＆”時(shí)，將接收標(biāo)志位清零，數(shù)據(jù)接收完成，并將存儲(chǔ)到數(shù)組中的異常信息顯示到液晶屏上，并發(fā)出報(bào)警警告。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)工具及開發(fā)環(huán)境

該系統(tǒng)采用VisualStudio2010在XP系統(tǒng)下開發(fā)。VisualStudio2010是微軟推出的一款.NET平臺(tái)上的經(jīng)典開發(fā)工具。它具有以下特點(diǎn)：功能強(qiáng)大，高效靈活的全新IDE，開發(fā)效率高，代碼質(zhì)量高，支持VisualBasic、VisualC#、VisualC++、VisualF#4種程序語言，支持Azure平臺(tái)，強(qiáng)化云計(jì)算能力，提升并行計(jì)算，應(yīng)對多核趨勢。

3.2 完善數(shù)據(jù)庫

中心站接收的數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行入庫處理，其數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用的是SQLServer2000。然而，它沒有按行政區(qū)劃區(qū)分各縣市的站點(diǎn)，只是按站號(hào)（主鍵）統(tǒng)一存放流水?dāng)?shù)據(jù)。為此，監(jiān)控平臺(tái)在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中新增3個(gè)表，分別是station表、county表、sc_map表。station表用于存放站點(diǎn)信息，其鍵值有自動(dòng)編號(hào)（主鍵）、站號(hào)、站名、地址等，coun-ty表用于存放本市各行政區(qū)劃單位值，其鍵值有編號(hào)（主鍵）、名稱、所屬市等，sc_map表用于存放站號(hào)與行政區(qū)劃單位編號(hào)對映關(guān)系的值，其鍵值有ID號(hào)（主鍵）、站號(hào)、coun-tyID等。由此關(guān)聯(lián)3表，對于任意站號(hào)（唯一值）都可確立其所屬行政區(qū)劃單位。

3.3 站點(diǎn)狀態(tài)信息與中心站同步功能

由于中心站軟件沒有提供站點(diǎn)的心跳信息文件，故站點(diǎn)的狀態(tài)信息難以掌握。這里以站點(diǎn)發(fā)送給中心站的數(shù)據(jù)為切入點(diǎn)，進(jìn)行分析?；趨^(qū)域自動(dòng)站每5分鐘向中心站發(fā)送一次數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)以5分鐘為時(shí)鐘周期T，在T+1分鐘時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，如果檢測到自動(dòng)站發(fā)送回來數(shù)據(jù)，則將該站點(diǎn)標(biāo)注為正常連接，并且標(biāo)注第一次正常連接的時(shí)間戳，如果沒有檢測到自動(dòng)站發(fā)送回來數(shù)據(jù)，則將站點(diǎn)標(biāo)注為斷開連接，并標(biāo)注斷開連接時(shí)間戳，同時(shí)通知維護(hù)人員該站點(diǎn)出現(xiàn)故障，維護(hù)人員可以及時(shí)出動(dòng)維護(hù)。因此，理論上講監(jiān)控平臺(tái)頁面上顯示的站點(diǎn)信息狀態(tài)比中心站滯后一分鐘，而且如果碰到網(wǎng)絡(luò)堵塞導(dǎo)致中心站接收數(shù)據(jù)滯后，還會(huì)有一定的誤差，但基本上已經(jīng)與中心站同步。

3.4 站點(diǎn)空間分布圖

以市縣為單位，每個(gè)單位一個(gè)頁面，在行政區(qū)劃圖上對應(yīng)標(biāo)注各站點(diǎn)位置。每個(gè)站點(diǎn)默認(rèn)顯示雨量數(shù)據(jù)，雨量數(shù)據(jù)以前一天20點(diǎn)至當(dāng)天20點(diǎn)為起止時(shí)間，循環(huán)累計(jì)顯示至當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)，并且用戶可以設(shè)置數(shù)據(jù)告警臨界值，雨量值默認(rèn)告警值為50，超過50的數(shù)值將被標(biāo)識(shí)為紅色，以便監(jiān)控人員引起警覺。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)側(cè)重?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，充分利用XML結(jié)構(gòu)的簡單而高效的特點(diǎn)，通過．NET技術(shù)獲取中心站的自動(dòng)氣象站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，過濾，對異常站點(diǎn)信息進(jìn)行自動(dòng)獲取存儲(chǔ)，并將異常數(shù)據(jù)信息編碼后發(fā)送到下位機(jī)。在下位機(jī)中實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)信息的液晶顯示與聲光系統(tǒng)綜合報(bào)警功能。

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[2]毛昱力.基于Zigbee技術(shù)的自動(dòng)扶梯實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [D].遼寧師范大學(xué),2014.

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P41[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-422-1