南通市大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

吳信明　吳嘉偉　鮑磊磊

摘? 要：針對(duì)南通市各種氣象災(zāi)害多發(fā)的狀況，提升其應(yīng)急處置的能力，構(gòu)建大型、可移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)十分必要。本文以先進(jìn)技術(shù)為導(dǎo)向，以科學(xué)、合理、實(shí)用為原則，提出付諸實(shí)踐的設(shè)計(jì)思路。系統(tǒng)由載車平臺(tái)分系統(tǒng)、電子信息分系統(tǒng)和綜合保障分系統(tǒng)，外加固定衛(wèi)星地面站四部分構(gòu)成。一旦有應(yīng)急處置需要，合二為一的“氣象臺(tái)”及“指揮所”將迅速移至指定位置，展開相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái);載車平臺(tái);電子信息系統(tǒng);綜合保障系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311.52 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）23-0009-03

Design and Research of Large Emergency Mobile Meteorological Station

System in Nantong City

WU Xinming，WU Jiawei，BAO Leilei

（Nantong Meteorological Bureau，Nantong? 226006，China）

Abstract：In view of the frequent occurrence of various meteorological disasters in this city，it is necessary to improve its emergency response capability and build a large-scale and mobile meteorological observatory system. In this paper，guided by advanced technology and based on the principles of science，reasonableness and practicality，the design idea of putting it into practice is put forward. The system consists of vehicle platform subsystem，electronic information subsystem and integrated support subsystem，and external reinforcement of fixed satellite ground station. Once the emergency response needs，the integrated “meteorological station” and “command post” will be quickly moved to the designated location to start related matters.

Keywords：emergency mobile meteorological station;car platform;electronic information system;integrated support system

0? 引? 言

南通市濱江臨海，每年臺(tái)風(fēng)、暴雨、干旱、寒潮、大風(fēng)等氣象災(zāi)害和次生災(zāi)害頻現(xiàn)，短時(shí)超強(qiáng)降水、龍卷風(fēng)等局地性天氣事件時(shí)有發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，南通市全域，特別是沿江、沿海范圍，對(duì)氣象服務(wù)的精準(zhǔn)度要求越來越高。為此，加強(qiáng)應(yīng)對(duì)各種氣象災(zāi)害及事件的應(yīng)急響應(yīng)和處置能力，構(gòu)建南通市大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)十分必要。

1  系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)原則

1.1? 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有兩大功能。從氣象業(yè)務(wù)意義上講，大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的氣象臺(tái)的所有業(yè)務(wù)能力。從各類災(zāi)害的應(yīng)急處置上講，它是一個(gè)現(xiàn)場指揮平臺(tái)。這兩大功能，通過以下八項(xiàng)子功能來具體實(shí)現(xiàn)。

（1）4G（5G）通信功能：采用4G通信，構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，融入公網(wǎng)和國家氣象內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的傳輸與共享。4G通信是本系統(tǒng)的主要通信方式。待5G通信商用，系統(tǒng)提供5G擴(kuò)充升級(jí)。

（2）衛(wèi)星通信功能：通過亞洲九號(hào)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，建立衛(wèi)星鏈路，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信功能。衛(wèi)星通信是本系統(tǒng)的備用通信方式，在現(xiàn)場4G通信不可用的情況下啟用該通信，其帶寬不小于2Mbps，基本實(shí)現(xiàn)4G通信方式下的所有功能。

（3）氣象數(shù)據(jù)采集及分析功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量等氣象要素。通過自動(dòng)分析，發(fā)出實(shí)時(shí)警報(bào)、預(yù)警，提供決策參考依據(jù)。

（4）氣象預(yù)報(bào)服務(wù)功能：現(xiàn)場業(yè)務(wù)操作平臺(tái)是全市氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，配備有標(biāo)準(zhǔn)化氣象臺(tái)的所有業(yè)務(wù)軟件，共享大數(shù)據(jù)，分析、生成各類氣象預(yù)報(bào)，生成并分發(fā)氣象服務(wù)信息。

（5）網(wǎng)間互聯(lián)功能：車載有線、無線局域網(wǎng)絡(luò)，在車內(nèi)及車周圍百米內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋。本應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)與縣級(jí)等其他移動(dòng)氣象臺(tái)間進(jìn)行互聯(lián)，與省、市局指揮中心間進(jìn)行互聯(lián)。

（6）視音頻會(huì)商（會(huì)議）功能：與各級(jí)氣象會(huì)商室、應(yīng)急指揮中心、其他移動(dòng)氣象臺(tái)等網(wǎng)間節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻會(huì)商（會(huì)議）。

（7）衛(wèi)星語音通話功能：在衛(wèi)星通信模式下，構(gòu)建衛(wèi)星電話系統(tǒng)，與普通電話、手機(jī)建立通話。

（8）標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議室功能：利用大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)的擴(kuò)展方艙，構(gòu)建可容納20人的現(xiàn)場會(huì)議室。

1.2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

依據(jù)系統(tǒng)功能，確定設(shè)計(jì)的如下原則。

（1）先進(jìn)性。包括技術(shù)和功能的先進(jìn)性，采用最新通信、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)、大型車輛改裝等技術(shù)，打造國內(nèi)先進(jìn)、全省領(lǐng)先的大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化。采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施、設(shè)備。在網(wǎng)間互聯(lián)、大數(shù)據(jù)共享、硬軟設(shè)施及接口配套等方面符合標(biāo)準(zhǔn)化或行業(yè)公認(rèn)的要求。

（3）可靠性。在內(nèi)陸和沿江、沿海等地點(diǎn)的任何氣象條件下，整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。

（4）安全性。在行駛和駐地過程中，在惡劣的條件下，確保車輛、設(shè)施和人員的安全。

（5）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)中的各個(gè)功能部分，特別是在通信、網(wǎng)絡(luò)、氣象業(yè)務(wù)等方面，在確保整體結(jié)構(gòu)不受影響的前提下，可按需擴(kuò)展或增加系統(tǒng)功能，滿足最新技術(shù)的應(yīng)用要求。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南通市大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)由市級(jí)應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)和衛(wèi)星地面站組成，如圖1所示。

2.1? 載車平臺(tái)分系統(tǒng)

2.1.1? 車輛底盤

選用奔馳2536L二類底盤作為運(yùn)載車輛，為6×6全時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，有較好的越野性能和可靠的動(dòng)力性能，既便于在通常路面行駛，又滿足擴(kuò)展方艙安裝和系統(tǒng)設(shè)施、設(shè)備集成。車身尺寸為11.256m（長）×2.5m（寬）×3.481m（高）。前輪距離為2.036m，后輪距離則為1.804m，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)則為奔馳OM501LA，V型6缸渦輪增壓中冷智能控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，排量11.946L。在車輛總重量達(dá)到40t時(shí)，爬坡性能為39.0%，設(shè)計(jì)最高車速為112km/h。

2.1.2? 擴(kuò)展方艙

在車輛底盤上安裝雙側(cè)拉（兩邊各1m）擴(kuò)展方艙，艙體尺寸為4.9m（長）×2.5m（寬）×2.2m（高）。在與艙體對(duì)應(yīng)的底盤下方四角各安裝1支液壓支腿，以保障車輛在工作時(shí)的平穩(wěn)。在車體右側(cè)安裝一套手動(dòng)抽拉式登艙梯，登艙梯收起后可鎖緊。在車體后部左右兩側(cè)設(shè)置空調(diào)通風(fēng)窗和發(fā)電機(jī)通風(fēng)窗。在車體后部設(shè)置帶有鎖緊裝置的空調(diào)檢修門和發(fā)電機(jī)檢修門。在車體后上部中間位置安裝倒車攝像機(jī)。車體后端下方設(shè)置防撞梁，在防撞梁上安裝汽車轉(zhuǎn)向燈、霧燈和行車照明。

在艙體前端和后端安裝照明燈和攝像機(jī)。在車頂整體鋪設(shè)鋁合金防滑板，四周安裝不銹鋼護(hù)欄。在艙頂平臺(tái)中部安裝4只號(hào)角揚(yáng)聲器，分別朝向4個(gè)方向;在艙頂平臺(tái)合適位置安裝超短波吸盤天線。在艙頂后部安裝一套1.5m衛(wèi)星天線。在車尾背負(fù)式安裝1根10m電動(dòng)升降桿，用于安裝現(xiàn)場氣象要素探測傳感器。

方艙雙側(cè)拉擴(kuò)展后，內(nèi)部是20人位的小型標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議室（會(huì)商、指揮區(qū)），簡潔、美觀。

2.2? 電子信息分系統(tǒng)

2.2.1? 視頻會(huì)商子系統(tǒng)

子系統(tǒng)包括信息采集、指揮控制子系統(tǒng)。關(guān)鍵設(shè)備選用寶利通高清視頻會(huì)議終端PolycomHDX 8000-720P，含4點(diǎn)MCU，配EagleEye高清攝像機(jī)以及索尼H100S車內(nèi)攝像機(jī)。

會(huì)議室（會(huì)商、指揮區(qū)）配備1臺(tái)65寸主顯和2臺(tái)32寸輔顯、高保真話筒和音響設(shè)施。。

2.2.2? 通信子系統(tǒng)

（1）衛(wèi)星和4G通信。大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以移動(dòng)4G（可升級(jí)5G）通信為主，衛(wèi)星通信為備的方式。

一是經(jīng)過市局固定衛(wèi)星地面站，鏈路為：移動(dòng)氣象臺(tái)天線-亞衛(wèi)4號(hào)-中網(wǎng)衛(wèi)星主站-亞衛(wèi)4號(hào)-市局固定衛(wèi)星地面站-地面站路由-市局內(nèi)網(wǎng)。此方式可在移動(dòng)4G和地面專線均不正常的緊急情況下啟用，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)氣象臺(tái)和市局之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

二是不經(jīng)過過市局固定衛(wèi)星地面站，鏈路為：移動(dòng)氣象臺(tái)天線-亞衛(wèi)4號(hào)-中網(wǎng)衛(wèi)星主站-中網(wǎng)與省局的地面專線-省局機(jī)房路由-氣象內(nèi)網(wǎng)-市局內(nèi)網(wǎng)。此方式可在移動(dòng)4G不正常，但所有地面專線正常時(shí)啟用，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)氣象臺(tái)和市局之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

三是SCPC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路。以上兩種鏈路方式采用的是星狀網(wǎng)衛(wèi)星通信模式，若采用SCPC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)衛(wèi)星通信模式，其鏈路為：移動(dòng)氣象臺(tái)天線-亞衛(wèi)4號(hào)-市局固定衛(wèi)星地面站-地面站路由-市局內(nèi)網(wǎng)。此種方式使用條件與第一種星狀網(wǎng)方式相同，但由于信號(hào)是單跳傳輸，固信號(hào)時(shí)延小，其即開即用性稍差一些，衛(wèi)星租用費(fèi)用稍高些，供權(quán)衡采用。

（2）超短波集群。超短波集群的主要作用是負(fù)責(zé)以應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)為中心的現(xiàn)場無線語音通話任務(wù)。系統(tǒng)配置了超短波車載臺(tái)和手持式對(duì)講機(jī)，可確保短時(shí)間內(nèi)在應(yīng)急現(xiàn)場形成小型的機(jī)動(dòng)通信網(wǎng)，通信示意圖如圖2所示。超短波車載電臺(tái)之間的通信距離應(yīng)在15km以上，手持對(duì)講機(jī)與車載臺(tái)的通信距離則應(yīng)在1km以上。需要引起注意的是超短波車載電臺(tái)與手持對(duì)講機(jī)之間可以組合成網(wǎng)狀網(wǎng)。車載站電臺(tái)發(fā)射信息時(shí)的功率在25W左右，頻率范圍則在450～470M之間?？稍谲囕d站上配置多個(gè)手持對(duì)講機(jī)。超短波集群的組成包括車載臺(tái)、手持機(jī)。車載、手持機(jī)配合使用，也可以與其他政府部門互聯(lián)互通，可進(jìn)行單點(diǎn)私密呼叫，或者加入群組廣播。

2.2.3? 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

子系統(tǒng)配置了計(jì)算機(jī)、多功能辦公一體機(jī)等辦公設(shè)備，用于系統(tǒng)內(nèi)的信息處理、操作控制、各類軟件運(yùn)行、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。配置硬盤錄像機(jī)等信息存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)的圖像/聲音信號(hào)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。配置衛(wèi)星、有線通信設(shè)備、路由器等對(duì)外連接設(shè)備，方便車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與外界其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2.2.4? 氣象探測子系統(tǒng)

子系統(tǒng)主要由車載自動(dòng)氣象站構(gòu)成。該站含氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和降水量六個(gè)氣象要素傳感，對(duì)這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并處理分析。氣象站主要由四部分組成，分別為傳感器、采集器、微機(jī)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。傳感器獲取現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的模擬氣象要素值后，交由采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理。采集系統(tǒng)是自動(dòng)氣象站的核心部件，主要作用是進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，形成規(guī)范數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)定時(shí)存儲(chǔ)。微機(jī)系統(tǒng)下載和處理采集器中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，得到溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、降水量可用數(shù)據(jù)。供電系統(tǒng)為自動(dòng)氣象站運(yùn)行提供電力供應(yīng)，配有可充電儲(chǔ)能電源，可連續(xù)工作15天。

2.2.5? 氣象預(yù)報(bào)服務(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)

移動(dòng)氣象臺(tái)可通過上述多種方式進(jìn)入氣象內(nèi)網(wǎng)，完成與后方各端（遠(yuǎn)端）的網(wǎng)間互聯(lián)，共享國家、省、市氣象內(nèi)網(wǎng)上的各種數(shù)據(jù)和資源。從氣象業(yè)務(wù)角度看，它就是一個(gè)小型標(biāo)準(zhǔn)化氣象臺(tái)，為業(yè)務(wù)人員提供一個(gè)作業(yè)平臺(tái)。平臺(tái)上配有氣象預(yù)報(bào)、服務(wù)、產(chǎn)品分發(fā)等各類業(yè)務(wù)軟件，業(yè)務(wù)人員在此環(huán)境下，完成一般氣象臺(tái)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作。

2.3? 綜合保障分系統(tǒng)

2.3.1? 供配電子系統(tǒng)

系統(tǒng)配備了完整、安全的車內(nèi)外交直流配電系統(tǒng)，總功率可以基本滿足全車滿負(fù)荷情況下正常運(yùn)行的要求，同時(shí)還有將近20%的余量。系統(tǒng)供電具有市電、自備柴油發(fā)電機(jī)、UPS三種供電方式。其中供配電系統(tǒng)主要由五部分組成，分別為柴油發(fā)電機(jī)、車載配電控制器、UPS、電源模塊和自動(dòng)配電線路。由于系統(tǒng)供電方式有三種，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。供電設(shè)備在保持了市電優(yōu)先不間斷供電能力的同時(shí)，在轉(zhuǎn)換電源的過程中可有效確保信息的完整性和準(zhǔn)確性水平，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)外供電。在有市電的情況下，車載系統(tǒng)可以通過市電220V、380V供電給設(shè)備使用，以380V為優(yōu)先級(jí)。在野外沒有市電的情況下，車載系統(tǒng)可以通過車內(nèi)配備的柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，供車內(nèi)所有設(shè)備使用。UPS則是在市電供電或柴油機(jī)供電的狀況下，起到穩(wěn)壓凈化系統(tǒng)電源的目的。在沒有市電和柴油機(jī)供電的情況下，借助于UPS則可以確保計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備有充足的時(shí)間對(duì)之前未保存的文件、數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行儲(chǔ)存。

2.3.2? 環(huán)境保障子系統(tǒng)

系統(tǒng)提供正常工作中需要的冷、暖設(shè)備。充分考慮空調(diào)出水及出風(fēng)口的滴水問題，配備強(qiáng)制排水功能，防止風(fēng)道內(nèi)積水。設(shè)備機(jī)柜上方安置回風(fēng)口。出風(fēng)道和回風(fēng)道具有降噪設(shè)計(jì)?？照{(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，保證車內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)正常工作。考慮到車載及固定安裝，系統(tǒng)配置兩臺(tái)天鵝軍用7kW風(fēng)道空調(diào)（保證制冷功率大于10689W，制熱功率大于7571W）。

2.3.3? 安全子系統(tǒng)

由于大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)往往在惡劣天氣時(shí)進(jìn)行野外作業(yè)，安全顯得尤為重要。為了確保其在雷雨天氣下可以正常使用，設(shè)計(jì)時(shí)考慮電源避雷、信號(hào)避雷和車體避雷。車體避雷采用在車頂最高處安裝避雷針的方法，以達(dá)到整體防雷的目的。所有避雷系統(tǒng)接地可靠。

接地銅棒選用3根ERITECH銅分子接合棒，其中一根與車體接地端直接相連，另兩根與之采用爪型方法接地。ERITECH銅分子接合接地銅棒容易打入地下，銅皮不破裂不脫落，可以有效防止腐蝕，且提供最低接地電阻。

2.3.4? 接口

車輛改裝外部接口分別設(shè)置電源接口窗、信號(hào)接口窗、桌面信息盒、艙壁接口板四種。

2.3.5? 配套設(shè)施

配套設(shè)施包含電源線纜和土木工具。其中電源線纜包括50m的220V電源線，一端為軍用航空插頭;50m的380V電源線，一端為軍用航空插頭;25m的接地線，為帶外皮的扁平蛇皮線纜。土木工具分別包含一把鎬、鐵錘、鐵鍬、多用斧頭。

3? 結(jié)? 論

綜上所述，通過對(duì)南通市大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)設(shè)計(jì)的研究，解決了多類關(guān)鍵技術(shù)問題，給出了一套先進(jìn)、科學(xué)、合理、實(shí)用、較為完整的設(shè)計(jì)方案。依據(jù)本方案，南通市氣象局于2017年建成了南通市大型應(yīng)急移動(dòng)氣象臺(tái)系統(tǒng)，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)、全省領(lǐng)先的水準(zhǔn)。在近兩年的省、市、縣演練與實(shí)戰(zhàn)中，較好地完成了各種氣象災(zāi)害及其次生災(zāi)害的應(yīng)急處置任務(wù)，為氣象服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮了非常積極的作用。

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作者簡介：吳信明（1962-），男，漢族，江蘇如皋人，工程師，本科，研究方向：氣象探測裝備。