風廓線雷達2017至2018年運行狀態(tài)評估①

周薇 郭澤勇

摘 ? 要：為實現(xiàn)風廓線雷達故障的快速定位和維修工作，給出全面、準確和客觀的評估，為設備保障、災害監(jiān)測和準確預報等方面提供更優(yōu)質的服務。本文基于2017年8月1日至2018年7月31日的風廓線雷達維護維修數(shù)據(jù)，通過獲取風廓線實驗站點和納入監(jiān)控站點的75部風廓線雷達的運行指標進行評估分析，得到風廓線雷達總體業(yè)務運行指標及典型故障的分布特征等結論，以促進和推動我國風廓線雷達的維修能力和規(guī)范化管理，提升綜合氣象觀測系統(tǒng)管理效能。

關鍵詞：大氣探測 ?風廓線雷達 ?運行狀態(tài) ?評估

中圖分類號：S12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0131-02

綜合氣象觀測系統(tǒng)是我國當前氣象觀測行業(yè)主流的氣象數(shù)據(jù)來源和獲取渠道[1]。中國氣象局氣象探測中心負責研發(fā)的綜合氣象觀測系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺（ASOM），建立了對氣象雷達、探空系統(tǒng)和國家級自動氣象站的監(jiān)控保障功能，提供了可資原共享的數(shù)據(jù)平臺[2-5]。截至2018年底，全國風廓線雷達納入業(yè)務網(wǎng)監(jiān)控共75部，主要包括3km風廓線雷達（L波段，1270～1375MHz）、8km風廓線雷達和16km風廓線雷達（P波段，445MHz）。

風廓線雷達網(wǎng)的建立彌補了常規(guī)高空探測站網(wǎng)空間密度和觀測時次上的不足，在中小尺度災害性天氣的監(jiān)測和數(shù)值預報模式中對短時風場預報誤差的減小發(fā)揮了重要作用，然而在建設和運行過程中發(fā)現(xiàn)的一些新的問題也給風廓線雷達的監(jiān)控和維修等保障工作帶來了困難[6-8]，主要表現(xiàn)在以下一些方面：

（1）現(xiàn)有風廓線雷達生產(chǎn)廠家多，主要有安徽四創(chuàng)電子股份有限公司、北京敏視達雷達有限公司、南京恩瑞特實業(yè)有限公司和中國航天科工集團第二研究院23所共4家公司，型號和部件不統(tǒng)一，系統(tǒng)結構不一樣，其產(chǎn)生的狀態(tài)和參數(shù)也都不一致，文件的格式也不統(tǒng)一，甚至缺乏必要的參數(shù)信息，這些問題引起數(shù)據(jù)解析解譯困難，無法提供雷達故障定位和運行狀態(tài)信息，造成監(jiān)控功能無法實現(xiàn);

（2）基于風廓線雷達數(shù)據(jù)的質量控制僅依托于觀測數(shù)據(jù)而缺乏與設備運行狀態(tài)結合檢驗，這樣得出的質控結果不夠全面、準確和客觀;

（3）目前未實現(xiàn)對風廓線雷達的運行監(jiān)控工作，缺乏有效的評估方法和評估指標，對其業(yè)務運行能力無法進行客觀準確評估，難于了解設備運行的實際情況。

由此可見，通過獲取必要的運行狀態(tài)信息，實現(xiàn)故障的快速定位和維修等工作，給出全面、準確和客觀的評估，為設備保障、災害監(jiān)測和準確預報等方面提供更優(yōu)質的服務，有助于促進和推動我國風廓線雷達系統(tǒng)結構、系統(tǒng)軟件及設備參數(shù)的規(guī)范化管理。

1 ?風廓線雷達原理

風廓線雷達按照其設備系統(tǒng)結構，一般可分為天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、標定分系統(tǒng)、通訊分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及應用終端分系統(tǒng)、電源（配電）分系統(tǒng)這九大分系統(tǒng)，按照多樣化需求，部分風廓線雷達還包含RASS分系統(tǒng)，每一分系統(tǒng)中按照其功能結構，又可分為功能單元組，每一功能單元組下面包含若干最小可更換單元。風廓線雷達的所有分系統(tǒng)的所有最小可更換單元即構成了一套完整的、可運行的雷達系統(tǒng)，其工作原理框圖，見圖1。

2 ?風廓線雷達評估方法及評估指標

結合風廓線雷達維護維修情況，不考慮產(chǎn)品文件質量情況下，綜合提出風廓線運行狀態(tài)監(jiān)控評估指標：業(yè)務可用性。業(yè)務可用性是系統(tǒng)能工作和不能工作有關的一種可用性參數(shù)，考察設備的實際可用能力，用Ao表示[9]（式1）。此處設備維護、巡檢及可能遇到的一些特殊停機時的關機狀態(tài)按設備可用處理。

（1）

其中：

Ton為風廓線雷達系統(tǒng)正常、系統(tǒng)可用兩種狀態(tài)的時間代數(shù)和;

Tpm為風廓線雷達進行業(yè)務維護、巡檢等處于待機狀態(tài)的時間;

Ts為業(yè)務規(guī)定的特殊停機時間，如：配套設施（設備）維修、雷達站搬遷和電磁環(huán)境檢測等工作開展期間的停機;

Tt為業(yè)務規(guī)定的觀測時間，由于風廓線雷達業(yè)務規(guī)定為24h不間斷工作，所以此處為24h。

3 ?評估結果分析

3.1 評估時間段

2017年8月1日至2018年7月31日，一整年。

3.2 納入監(jiān)控站點評估情況分析

目前，業(yè)務上監(jiān)控風廓下雷達的站點數(shù)為75部，統(tǒng)計所有雷達故障時長達393157min，業(yè)務可用總時長365×24×60×75即39420000min，那么業(yè)務可用性為99.0%，說明總體來說風廓線雷達的整體業(yè)務運行穩(wěn)定可靠。

故障次數(shù)最多的分系統(tǒng)是數(shù)據(jù)處理及應用終端占45.4%，主要存在的故障現(xiàn)象是探測軟件卡死、電腦中毒或者藍屏，解決方法：重啟工控機解決，說明廠家探測軟件與操作系統(tǒng)兼容問題有待解決。

其次是通訊分系統(tǒng)占20.1%，主要存在的故障現(xiàn)象是電腦卡死、數(shù)據(jù)上傳軟件不工作，解決方法：重啟工控機解決。說明各廠家開發(fā)的傳輸軟件以及探測軟件長時間運行極易導致電腦死機，如何解決軟件不穩(wěn)定帶來的頻繁停機，需要整改。

最后是發(fā)射分系統(tǒng)故障占14.9%，故障現(xiàn)象各式各樣，沒有特別頻繁的故障現(xiàn)象，主要是發(fā)射功率降低或者沒有。

通過各分系統(tǒng)故障時長和平均故障時長占比的統(tǒng)計，可以看出，監(jiān)控分系統(tǒng)雖然所占故障次數(shù)不多，但是監(jiān)控分系統(tǒng)重新恢復的時間是最長的，因此在臺站存儲備件的過程中應該加強監(jiān)控系統(tǒng)備件的儲備工作，以便能夠大大減少解決雷達維修時長。

4 ?存在問題及分析

本研究在梳理目前已建設風廓線雷達設備結構的基礎上，基于現(xiàn)有運行監(jiān)控業(yè)務需求，制定了風廓線雷達運行評估方法及評估指標，通過判斷風廓線雷達設備運行情況，提高風廓線雷達運行保障技術水平。

（1）風廓線雷達總體業(yè)務運行穩(wěn)定可靠，業(yè)務可用率達到99%以上。

（2）風廓線雷達的主要故障在于軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，即非硬件故障造成雷達運行停機，各廠家在這方面應該對軟件系統(tǒng)進行升級或者提出有效的解決辦法，達到長期無人值守的要求。

（3）風廓線雷達的硬件故障主要存在于發(fā)射系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，各雷達站點應該加強發(fā)射系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)雷達備件的儲備，以便及時解決雷達故障。

參考文獻

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