風三地面應用系統(tǒng)運維輔助系統(tǒng)設計 

張媛媛++賈樹澤++屈興之++趙現(xiàn)綱++馬友++田思維

摘要：風云三號氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)為衛(wèi)星業(yè)務正常運行提供著可靠支撐，風云三號氣象衛(wèi)星資料應用越來越廣泛。為提高風云三號氣象衛(wèi)星及地面應用系統(tǒng)異常發(fā)現(xiàn)和處理的時效性，降低運維人員的工作強度，在現(xiàn)有風云三號氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)的基礎上，設計相應的運維輔助系統(tǒng)。

關鍵詞：風云三號氣象衛(wèi)星；地面應用系統(tǒng)；運維輔助系統(tǒng)；系統(tǒng)設計

DOIDOI：10.11907/rjdk.161708

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）009006002

基金項目基金項目：國家863計劃項目（2011AA12A104）

作者簡介作者簡介：張媛媛（1986-），女，山東棗莊人，博士，國家衛(wèi)星氣象中心工程師，研究方向為極軌氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)設計與運行管理。

0引言

風云三號氣象衛(wèi)星是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，其衛(wèi)星資料已廣泛應用在天氣預報、氣候預測、環(huán)境和自然災害監(jiān)測、農業(yè)等多個領域，為國家經濟發(fā)展、社會進步作出了重要貢獻[12]。

地面應用系統(tǒng)作為風云氣象衛(wèi)星工程大系統(tǒng)中的一個重要組成部分， 對衛(wèi)星應用效益的發(fā)揮起著重要的作用[2]。一直以來，國家衛(wèi)星氣象中心（簡稱為衛(wèi)星中心）承擔著我國氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)的建設、運行管理和維護工作。自風云三號極軌氣象衛(wèi)星入軌以來，風云三號氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)（簡稱為風三地面應用系統(tǒng)）已經并正在為衛(wèi)星業(yè)務的運行提供著可靠支撐。在日常運維中，運維人員利用這個系統(tǒng)可以準確地進行衛(wèi)星資料接收質量評價、產品生成狀況判斷、相關異常定位以及服務器運行狀態(tài)監(jiān)控等。然而，這些工作仍然需要運維人員進行較復雜與繁瑣的操作，尤其在數據異常、生成產品缺失、服務器文件系統(tǒng)狀態(tài)統(tǒng)計時，運維人員需要在大量的后臺文件中進行查找、判斷與分析，往往耗費大量時間。針對以上問題，本文以日常運維為出發(fā)點，以現(xiàn)有風三地面應用系統(tǒng)為支撐，以高時效性為目標，針對當前一些需大量人工介入的運維工作，提出一種高效的運維輔助系統(tǒng)，對提高異常應對的時效性和降低運維人員的勞動強度具有重要意義。

1系統(tǒng)需求

風三地面應用系統(tǒng)工作流程如圖1所示，運行控制系統(tǒng)每天定時生成運行作業(yè)時間表，自動發(fā)往計算機與網絡系統(tǒng)的業(yè)務調度系統(tǒng)和國內外地面站，各站按時間表接收獲取風云三號衛(wèi)星資料。國內外地面站將接收到的衛(wèi)星資料經譯碼、解包和質量檢驗后形成數據包文件，并通過廣域網鏈路送到計算機與網絡系統(tǒng)。計算機與網絡系統(tǒng)自動啟動作業(yè)調度流程，首先對各站資料進行去重復處理和質量控制，然后啟動預處理生成一級產品，最后由產品生成系統(tǒng)生成二級產品和三級產品[34]。其中運行控制系統(tǒng)和計算機與網絡系統(tǒng)都位于衛(wèi)星中心。

為保證風三地面應用系統(tǒng)正常運行，運維人員需要了解該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，并對某些文件進行存儲，以便進行長時間序列分析，并在異常發(fā)生時能及時發(fā)現(xiàn)、解決，在最大程度上保證衛(wèi)星產品的完整性和時效性。由于衛(wèi)星中心無法直接訪問國外地面站資料接收相關的服務器，所以本文只對國內地面站資料接收情況和數據包文件積壓情況進行監(jiān)視。

（1）衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)監(jiān)視。風三地面應用系統(tǒng)在設計中有對衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)的監(jiān)視，原理為監(jiān)視相關參數數值是否在正常域值內，但是對于很多參數在域值范圍內還具有一定特性，如具有一定變化規(guī)律，在運維工作中存在某些參數數值雖然在正常域值內，但變化規(guī)律不正常，而目前對衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)的監(jiān)視不涉及相關參數變化規(guī)律，常常需一級產品處理出來后才能發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星載荷異常，因此如果增加對相關參數變化規(guī)律的監(jiān)視可進一步提高衛(wèi)星異常的發(fā)現(xiàn)時效。

（2）地面站資料接收情況監(jiān)視。風三地面應用系統(tǒng)國內地面站使用主備兩套設備同時接收衛(wèi)星資料，當主機收到的衛(wèi)星資料所生成的數據包文件質量差時，則需回放備機中的數據包文件。目前，衛(wèi)星中心對主備機數據包文件質量好壞的判斷需查找后臺，步驟相對繁瑣，不僅運維的工作強度大，而且當異常發(fā)生時，繁瑣的查找需花費較長時間。

（3）地面站文件積壓情況監(jiān)視。風三地面應用系統(tǒng)采用文件傳輸對帳單、地面?zhèn)鬏敱O(jiān)視頁面等手段監(jiān)視地面站數據包文件傳輸情況，但數據包文件未正常傳輸時，可能是網絡或通信進程異常造成數據包文件積壓在地面站相關服務器、地面站接收異?；蛐l(wèi)星異常造成的數據包文件缺失等原因導致。雖然數據包文件未正常傳輸大多是網絡或通信進程異常造成的，但是業(yè)務無小事，針對每個異常都需要人工確認原因，若能由系統(tǒng)自動監(jiān)視地面站數據包文件積壓情況，一方面可以提高網絡或通信進程異常處理的時效，另一方面若系統(tǒng)能自動處理通信進程異常，則可大大降低運維人員的工作強度。

（4）衛(wèi)星中心接收文件情況監(jiān)視。在使用文件傳輸對帳單、地面?zhèn)鬏敱O(jiān)視頁面等工具監(jiān)視衛(wèi)星中心是否收到國內外地面站傳輸的衛(wèi)星資料時，該工具在數據包文件未按時到達或相關參數文件未正常寫入等情況下則認為數據包文件沒有到達衛(wèi)星中心，這時需要運維人員在后臺查找所有相關文件目錄，確認數據包文件是否延時到達，工作量大。

（5）各級產品生成狀況監(jiān)視。風三地面應用系統(tǒng)通過監(jiān)視作業(yè)流運行情況來監(jiān)視產品生成情況，當某個產品發(fā)生缺失時，需人工后臺定位缺失產品對應的軌道號等信息，然后根據軌道號等信息查找相關作業(yè)流確定產品缺失原因。由于很多產品每日數量很多，定位過程較復雜，所需時間較長，若系統(tǒng)能自動定位缺失產品，在降低工作強度的同時，更能提高異常處理的時效性。

（6）服務器文件系統(tǒng)使用情況監(jiān)視。衛(wèi)星中心運維人員每天對數據匯集、預處理、產品生成等所使用的服務器文件系統(tǒng)的使用情況進行統(tǒng)計，以便觀察各文件系統(tǒng)使用情況變化，從而保證服務器工作狀態(tài)正常，運維人員對各文件系統(tǒng)使用情況的統(tǒng)計需要在后臺進行查找，工作量大。

2系統(tǒng)設計

針對當前運維中可以進一步提高工作效率的環(huán)節(jié)，建立相關的運維輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.1遙測數據管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為進一步滿足衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)監(jiān)視需求而設計。

以業(yè)務要求的正常閾值為參照標準，該子系統(tǒng)對遙測數據進行連續(xù)監(jiān)測與特征分析，以便及時發(fā)現(xiàn)數據異常，將異常數據記入數據庫并將異常信息發(fā)送至風云系列氣象衛(wèi)星關鍵業(yè)務監(jiān)控報警系統(tǒng)進行報警[5]。該子系統(tǒng)還可以根據數據庫中存儲的異常數據，對遙測數據異常發(fā)生規(guī)律進行科學分析，對遙測數據異?？赡芤l(fā)的后續(xù)產品異常進行報警。

對遙測數據異常發(fā)生規(guī)律的具體分析如下：①數據異常分布的時間特征分析?；跉v史異常數據，尋找數據異常發(fā)生的時間規(guī)律，進而在時間尺度上建立數據異常發(fā)生的概率分布；②不同遙測數據異常之間的關聯(lián)特征分析。通過兩種類型異常在時間規(guī)律上的相似性度量，確定一種異常發(fā)生時是否有其它異?？赡馨l(fā)生，進而在空間尺度上建立數據異常發(fā)生的概率分布；③遙測數據異常的趨勢特征分析。通過對整體遙測數據的數據特征分析，并基于所提出的數據異常的時間特征和關聯(lián)性特征，分析正常數據到異常數據的發(fā)展趨勢，用以預測將來可能發(fā)生的異常。

2.2地面站接收與傳輸管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進一步滿足對地面站衛(wèi)星資料接收情況、地面站數據包文件積壓情況的監(jiān)視需求而設計，涉及的地面站只包括國內地面站。

當衛(wèi)星中心收到的數據包文件異?；蛉笔r，可自動檢查地面站相關服務器存儲目錄下接收的主備機數據包文件情況，對主備機數據包文件進行對比分析以便運維人員快速判斷異常原因并處理。同時，定時查看地面站相關服務器傳輸目錄下該地面站向中心所傳遞數據包文件的詳細信息，若一段時間內該傳輸目錄下數據包文件個數不為0且沒有減少，則可判斷發(fā)生了數據包文件積壓，自動重啟相關通信進程，以免通信進程異常導致數據包文件積壓。

2.3衛(wèi)星中心接收情況查詢子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進一步滿足快速準確確定衛(wèi)星中心是否接收到國內外地面站衛(wèi)星資料而設計。該子系統(tǒng)根據軌道號和接收地面站站標信息，可以自動查找衛(wèi)星中心相關服務器的存儲目錄，并自動顯示在該存儲目錄存儲下某地面站接收的某軌衛(wèi)星資料所生成的所有數據包文件，如果衛(wèi)星中心未收到該軌衛(wèi)星資料，則顯示內容為空。

2.4衛(wèi)星產品管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進一步滿足各級產品生成狀況監(jiān)視的需求而設計。根據各產品特點能夠自動分析各級衛(wèi)星產品的生成情況，并根據產品特點自動快速判斷產品是否缺失，以及缺失產品對應的軌道號等相關信息。例如可見光紅外掃描輻射計云檢測產品的特點是五分鐘段（亦稱塊）[6]，即每5分鐘便生成一個產品，若某個5分鐘沒有生成相應的產品，可判斷該產品生成失敗，并將缺失的產品的相關信息顯示出來。

2.5服務器狀態(tài)批量檢測子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進一步滿足服務器文件系統(tǒng)使用情況監(jiān)視的需求而設計。衛(wèi)星中心所負責的服務器包括負責衛(wèi)星資料匯集、處理和產品生成多個服務器。運維人員需每日對這些服務器文件系統(tǒng)狀態(tài)進行統(tǒng)計并記錄，以監(jiān)視服務器文件系統(tǒng)狀態(tài)變化，因此該子系統(tǒng)的功能是將運維工作所涉及到的服務器文件系統(tǒng)狀態(tài)進行自動統(tǒng)計，并將統(tǒng)計值按約定的格式輸出，從而降低運維人員工作強度。

3結語

為進一步提高對衛(wèi)星、地面站接收等異常的發(fā)現(xiàn)和處理時效，并降低運維人員的工作負擔，本文設計了風三地面應用系統(tǒng)運維輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)以風三地面應用系統(tǒng)已采集到的數據為基礎，對關鍵節(jié)點的數據加入自動統(tǒng)計、分析、告警等功能，并設計各子系統(tǒng)的功能。

參考文獻參考文獻：

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[3]盧乃錳， 董超華， 楊忠東，等. 我國新一代極軌氣象衛(wèi)星（風云三號）工程地面應用系統(tǒng)[J]. 中國工程科學，2012，14（9）：1019.

[4]楊軍， 董超華等. 新一代風云極軌氣象衛(wèi)星業(yè)務產品及應用[M]. 北京：科學出版社， 2010：1729.

[5]謝利子， 趙現(xiàn)綱， 郭強，等. 風云系列氣象衛(wèi)星關鍵業(yè)務監(jiān)控報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 計算機應用， 2012，32（z2）：192195.

[6]楊軍， 董超華等. 新一代風云極軌氣象衛(wèi)星業(yè)務產品及應用[M]. 北京：科學出版社， 2010：1729.

責任編輯（責任編輯：陳福時）