氣象觀測全面自動化存在的問題及對策

郁雪文 吳群 侯蘇玲

摘要? ? 本文以溫州國家一般氣象站為例，從供電系統(tǒng)可靠性、計算機、網絡裝備自動化保障、采集設備熱備份、業(yè)務軟件自動化等方面進行了分析，發(fā)現(xiàn)存在的不足，提出實現(xiàn)觀測全面自動化的措施，以期加快推進觀測全面自動化改革。

關鍵詞? ? 氣象觀測;自動化;問題;對策

中圖分類號? ? P409? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0177-01

按照2018年全國氣象局長會議和《中國氣象局關于印發(fā)實現(xiàn)地面氣象觀測自動化工作方案的通知》（中氣函〔2018〕84號）有關全面深入推進地面氣象觀測自動化改革的要求，2020年1月1日全國全部實現(xiàn)自動化觀測[1]。但地市各臺站現(xiàn)有的觀測裝備保障現(xiàn)代化水平與全面自動化的要求還存在一些差距，現(xiàn)代化、全自動化需要投入大量的資金和設備，當前全國許多臺站裝備保障水平與真正實現(xiàn)全面自動化觀測的要求還有一定的距離。本文以溫州國家一般氣象站為例，從供電系統(tǒng)可靠性、網絡、計算機裝備自動化保障、采集設備熱備、業(yè)務軟件自動化等多個方面進行探討分析，提出實現(xiàn)觀測全面自動化的改進措施，以供管理部門和其他臺站參考。

1? ? 觀測全面自動化存在的問題

1.1? ? 供電系統(tǒng)線路布設不合理

供電線路保障現(xiàn)代化水平不足，未能實現(xiàn)市電雙電源自動切換加發(fā)電機三路電源保障。大多臺站在山上或是郊區(qū)，電源線路多為架空線路，雖要求配備UPS和發(fā)電機，但有些臺站市電停電后發(fā)電機還是手工發(fā)電，供電可靠性不高。所有的電源線路到值班室及觀測場戶外設備均為一條線路，未能有效地做到線路備份。觀測場內電源線路由于長期處于戶外，容易遭遇高溫等惡劣環(huán)境，線路遭受破壞的風險較大。

1.2? ? 網絡、計算機裝備保障不完善

網絡裝備保障水平尚不具備完全自動化的要求。目前，很多臺站都能實現(xiàn)電信、聯(lián)通、3G通信3條線路來保障報文傳輸，但核心交換機只有1臺，且計算機采用的是普通PC，配備單網卡，主站配備用計算機。這樣的配置在外部光纖線路上有2條線路加3G通信基本上可以確保傳輸通道暢通。可一旦交換機損壞會導致整個內部傳輸網絡全部中斷，雖然可以利用3G通信保證ISOS軟件中的報文傳輸，但是其他觀測設備就無法向省里傳輸。計算機雖然有一主一備，但目前主采的觀測數(shù)據未能實現(xiàn)2臺計算機同步采集，一旦主站計算機有故障時啟用備份計算機會存在觀測數(shù)據不連續(xù)的問題，會影響24 h變壓等參數(shù)，且無法實現(xiàn)全自動切換[2]。普通PC只有單路電源供電，如PC電源故障也無法實現(xiàn)雙電源自動切換保障。2臺計算機之間無法做到全自動的雙機熱備份。

1.3? ? 觀測設備一主一備不完整

戶外觀測采集設備基本實現(xiàn)主采、風、氣壓、溫度、濕度、地溫、雨量等數(shù)據雙備份，但是綜合硬件集成控制器、降水現(xiàn)象儀、能見度、雪深、蒸發(fā)、日照等設備大多還是單套運行，無法做到硬件故障時的備份，實現(xiàn)雙備份的設備，也未能實現(xiàn)設備熱備份的功能，ISOS軟件、數(shù)據采集同步技術需要改進[3-4]。目前，ISOS軟件和硬件之間也未實現(xiàn)采集設備故障后，軟件或硬件自動采集正常設備的數(shù)據，實現(xiàn)數(shù)據的真正熱備。

2? ? 實現(xiàn)觀測全面自動化的措施

針對溫州國家一般氣象站全面自動化推進過程存在的上述問題，本文從電源線路實現(xiàn)雙電源全自動切換、網絡及計算機設備實現(xiàn)核心交換機與服務器雙機熱備、觀測采集儀器設備或軟件實現(xiàn)2套數(shù)據在線全自動無縫對接采集3個方面，探討實現(xiàn)觀測全面自動化需要在硬件和軟件上進一步優(yōu)化的具體措施。

2.1? ? 配備雙電源自動轉換裝置，保證供電系統(tǒng)的可靠性

應急電源系統(tǒng)的平穩(wěn)轉換，即系統(tǒng)從常用電源轉換到備用電源或從備用電源重新返回至常用電源，是非常必要的。雙電源自動轉換（ATSE）主要用于緊急供電系統(tǒng)，是將負載電路從一個（常用）電源自動換接至另一個（備用發(fā)電機）電源的開關，以確保重要負荷連續(xù)、可靠支行。從電線路的敷鋪上，線路至業(yè)務值班室及觀測場地內的設備均應設常用電源及備用電源（發(fā)電機）2條線路，實現(xiàn)雙回路，也就是雙電源，如果一條線路停電，可啟用另一條路線路供電，以保證供電系統(tǒng)的可靠性。正常情況下，ATS工作在主用市電電源，當市用電源電壓或頻率不滿足要求時，ATS經過一定時間延時后（默認3 s，可避免發(fā)電機誤啟動），發(fā)送信號啟動發(fā)電機，當發(fā)電機電源質量滿足要求后，ATS先斷開市電側觸頭，再閉合發(fā)電機側觸頭，即主觸頭先斷后合，轉換至發(fā)電機電源進行供電;當市用電源恢復正常時，ATS經過一定時間延時后，先斷開發(fā)電機側觸頭，再閉合市電側觸頭，從發(fā)電機電源側回切至市電側供電，轉換完成后，ATS將發(fā)送信號關閉發(fā)電機[5-7]。

2.2? ? 核心交換機、服務器雙機熱備，實現(xiàn)網絡、計算機無停頓熱切換

由于觀測數(shù)據的及時性、不間斷性，穩(wěn)定持續(xù)的網絡運行變得越來越重要，而原有單機核心3層交換數(shù)據存在較大的崩潰風險。因此，需要采取虛擬路由冗余協(xié)議（VRRP）技術來解決該問題，以實現(xiàn)主、備核心3層交換設備之間動態(tài)、無停頓的熱切換，虛擬交換機根據配置的優(yōu)先級的大小選擇主交換機，優(yōu)先級最大的作為主交換機，狀態(tài)為Master，其他交換機作為備份交換機，隨時監(jiān)測主交換機的狀態(tài)。當主交換機正常工作時，它會每隔一段時間發(fā)送一個VRRP組播報文，以通知組內的備份交換機，主交換機除正常工作善言[8-9]。如果組內的備份交換機長時間未接收到來自主交換機，則將自己狀態(tài)轉換為Master。同時需要配備服務器雙機熱備，針對服務器的臨時故障采取的一種備份技術，通過雙機熱備，RAID技術和數(shù)據備份技術來避免長時間的服務中斷，保證系統(tǒng)長期、可靠運行。

2.3? ? 兩路觀測要素數(shù)據同步采集，業(yè)務軟件智能識別，實現(xiàn)數(shù)據無縫對接

觀測場地內的所有儀器要素均配備2套，一主一備，優(yōu)化采集器的硬件功能，實現(xiàn)底層的兩路采集數(shù)據功能，改進觀測業(yè)務軟件功能，對主站儀器數(shù)據缺測時，軟件能自動讀取備份數(shù)據確保數(shù)據的完整性。同時對異常數(shù)據進行識別判斷，確保數(shù)據的準確性。

3? ? 結語

2019年浙江省作為非試點省之一，如何全面提高觀測裝備的保障水平是當前重點考慮且需要馬上解決的問題，只有在供電系統(tǒng)、網絡、計算機、觀測采集設備等均實現(xiàn)熱備份，不斷地完善觀測業(yè)務軟件功能，提高觀測自動化水平，才能更好地為2020年1月1日全面實現(xiàn)觀測自動化打好堅定的基礎。

4? ? 參考文獻

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