基于CIMISS的地市州級氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺設(shè)計與實現(xiàn)

陸艷 楊曉明 陳利芳 張初江

摘要 針對目前數(shù)據(jù)監(jiān)控主要以大監(jiān)站為主，對區(qū)域自動站、雷達資料等都缺乏有效監(jiān)控這一現(xiàn)狀，探索研發(fā)了以CIMISS平臺內(nèi)氣象數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源的氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺，主要負責(zé)準確定位分析市級轄區(qū)內(nèi)氣象綜合觀測設(shè)備故障原因，實現(xiàn)對故障信息及時準確告警的功能。平臺采用Windows7+Access為運行環(huán)境的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫組合，以C/S為架構(gòu)，利用 Visual C#語言開發(fā)實現(xiàn)平臺功能設(shè)計。通過測試，系統(tǒng)能達到設(shè)計所需，動態(tài)監(jiān)視地市范圍內(nèi)氣象裝備和數(shù)據(jù)異常情況，及時告警給相關(guān)工作人員。

關(guān)鍵詞 CIMISS;氣象觀測數(shù)據(jù);傳輸監(jiān)控;故障告警;平臺設(shè)計

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-054-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.022

Design and Implementation of Prefecture？鄄level Meteorological Data Tran？鄄smission Monitoring Platform based on CIMISS

LU Yan? et al（Fuzhou Meteorological Bureau of Jiangxi Province，F(xiàn)uzhou，Jiangxi 344000）

Abstract With CIMISS，the prefecture-level meteorological data transmission monitoring platform for the current data monitoring is mainly based on the large monitoring station，and the lack of effective monitoring of regional automatic stations and radar data. The meteorological data transmission monitoring platform of the data source is mainly responsible for accurately locating and analyzing the fault cause of the meteorological comprehensive observation equipment in the municipal-level jurisdiction，and realizing the timely and accurate warning of the fault information. The platform adopts Windows7+Access as the server database combination of the running environment，and uses C/S as the architecture to realize the platform function design by using Visual C# language development. Through testing，the system can meet the design requirements，dynamically monitor the meteorological equipment and data anomalies in the city，and promptly alert the relevant staff.

Key words? ?CIMISS;Meteorological observation data;Transmission monitoring;Fault alarm;Platform design

隨著社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，社會公眾對氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警的準確率和精細化服務(wù)要求越來越高，氣象觀測資料作為預(yù)報預(yù)測的依據(jù)，也變得日益重要，在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)、應(yīng)對氣候變化、提高氣象預(yù)報預(yù)測準確率和精細化水平、大氣科學(xué)、國民經(jīng)濟建設(shè)、履行國際義務(wù)等方面都發(fā)揮著日漸重要的作用[1-3]。綜合氣象觀測系統(tǒng)作為氣象觀測信息和數(shù)據(jù)的重要來源，其作用不言而喻。當前，江西省氣象部門CIMISS數(shù)據(jù)庫雖包含本轄區(qū)范圍內(nèi)所有氣象探測資料，但是數(shù)據(jù)監(jiān)控主要以大監(jiān)站為主，對區(qū)域自動站、雷達資料等都缺乏有效的監(jiān)控。因此，亟待建立完善一套監(jiān)控范圍廣、界面簡單易操作的基于CIMISS的地市級綜合性數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺，動態(tài)監(jiān)視地市范圍內(nèi)氣象裝備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中可能存在的異常，通過告警發(fā)送相關(guān)故障信息進行補傳和解決。

1 系統(tǒng)需求分析

目前撫州市轄區(qū)內(nèi)共有12類235個自動觀測設(shè)備。相較之前，除大監(jiān)站外的其他各類觀測設(shè)備越來越多，特別是區(qū)域站布網(wǎng)越來越密集。在目前全省氣象部門工作環(huán)境中，對大監(jiān)站資料傳輸和時效都有嚴格的要求，監(jiān)控平臺和設(shè)備都很完善，加上觀測站與業(yè)務(wù)值班人員距離近，容易發(fā)現(xiàn)故障及時排查，而且每2年，省局大探中心還會對大監(jiān)站傳感器和采集器進行檢定，每年汛期前市局大探中心和業(yè)務(wù)管理人員也會對大監(jiān)站進行巡檢，因此觀測數(shù)據(jù)資料的傳輸?shù)玫匠浞直ＷC[4-6]。而對于其他綜合觀測系統(tǒng)而言，特別建站數(shù)量龐大的區(qū)域自動站，不僅安裝位置偏遠，而且基本都是無人值守站，業(yè)務(wù)檢查頻率不高，對于本身就人員稀缺、任務(wù)繁重的臺站而言，盡管可以通過各種設(shè)備所屬的軟件監(jiān)控平臺查看觀測數(shù)據(jù)上傳情況，但存在監(jiān)控軟件龐雜、故障處理低效等問題，不能滿足監(jiān)控工作的智能化需求。建設(shè)基于CIMISS的地市州級氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺，不僅能實現(xiàn)地市一級監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)的標準化管理[7]，還可以觀測數(shù)據(jù)入庫及時性，監(jiān)控設(shè)備運行以及進行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，有效規(guī)避因監(jiān)控平臺種類繁多而出現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)標準雜亂等問題，及時發(fā)現(xiàn)觀測設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸中的問題，以短信、微信和QQ的方式提醒基層臺站業(yè)務(wù)人員和維護人員，讓他們能隨時知曉故障情況，從而對故障源進行再分析，實現(xiàn)對設(shè)備故障的維護、維修，確保觀測資料數(shù)據(jù)準確，為氣象服務(wù)、預(yù)報預(yù)測、氣象防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)及生態(tài)文明建設(shè)氣象保障提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

平臺主要實現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)的綜合氣象觀測設(shè)備運行狀態(tài)進行實時跟蹤，通過CIMISS系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取，對返回的數(shù)據(jù)文件及產(chǎn)品文件進行解析，完成設(shè)備運行情況觀測和數(shù)據(jù)異常情況監(jiān)控。系統(tǒng)在設(shè)計之初，通過收集歷年來各觀測設(shè)備的歷史極值、通常設(shè)備容易出現(xiàn)故障和數(shù)據(jù)異常的情況來源，建立匹配的要素閾值算法設(shè)計，對入庫的數(shù)據(jù)進行判定后，能分辨出90%以上的異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，通過代碼實現(xiàn)將異常告警信息推送至用戶，給其提供可靠的故障判定來源，能夠及時對異常情況進行處理。同時系統(tǒng)還要有效集約整合當前各分類監(jiān)控平臺，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的一體化和集約化，直接為基層臺站業(yè)務(wù)值班人員、維護人員及管理人員提供直觀權(quán)威的監(jiān)控管理數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集調(diào)度控制下，將地面資料、農(nóng)氣資料、雷達資料、大氣成分資料、高空資料等多項實時氣象數(shù)據(jù)通過CIMISS系統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（MUSIC）提供的全國統(tǒng)一、標準、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程接口（API）進行提取[8-9]，然后對獲取后的資料數(shù)據(jù)進行序列化分類整理后，交由要素檢測閾值參數(shù)設(shè)置里面的算法來判斷是否有設(shè)備及數(shù)據(jù)存在異常情況，告警信息生成與分發(fā)模塊按照要素檢測閾值參數(shù)設(shè)置算法的判定結(jié)果生成異常告警信息，然后通過服務(wù)器設(shè)置，將異常信息按類別方式分發(fā)推送到用戶手中，用戶在收到異常描述信息提醒后，及時對異常情況進行處理[10]。管理人員如果需要更加詳細具體地了解實況，則訪問氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺查看獲取數(shù)據(jù)資料。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2.3 系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要分為監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢、氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控、異常信息推送告警、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)維護以及故障統(tǒng)計管理等6個部分。監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢模塊實現(xiàn)從CIMISS系統(tǒng)里獲取監(jiān)控平臺所需監(jiān)控的元數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料序列化分類處理后顯示，同時提供對各類或單站、全站讀取的數(shù)據(jù)情況進行查詢，方便用戶核對異常處理情況;氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控模塊對讀取的元數(shù)據(jù)利用算法進行監(jiān)控，判定氣象監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)質(zhì)量是否異常;異常信息推送告警模塊通過異常信息檢測，按照設(shè)置推送告知用戶;系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊實現(xiàn)提前設(shè)置需要查詢的站點信息（含站名、站號、資料時間、要素等），對要檢測的CIMISS系統(tǒng)的資料要素進行閾值參數(shù)設(shè)置，提前將CIMISS接口參數(shù)設(shè)置、服務(wù)器參數(shù)設(shè)置、需要發(fā)送告警的用戶錄入，讓系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控功能，使之正常運行，該部分還可根據(jù)實際需要對告警方式進行選擇;數(shù)據(jù)維護模塊實現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的更正;故障統(tǒng)計管理模塊主要針對異常數(shù)據(jù)的日志管理，方便日后查詢統(tǒng)計，作為考核的參考依據(jù)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架設(shè)計如圖2所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

綜合該平臺業(yè)務(wù)需求及江西省氣象局CIMISS接口調(diào)用手冊，從開發(fā)語言的適用性與靈活性、開發(fā)環(huán)境的友好程度等多方面因素考慮，該平臺通過調(diào)用CIMISS系統(tǒng)內(nèi)氣象觀測數(shù)據(jù)，采用C#作為開發(fā)語言，基于Windows7+ Access為運行環(huán)境的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫組合，通過C/S 模式為用戶提供服務(wù)[11]。根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求和工作習(xí)慣，系統(tǒng)采用2臺 Windows 7（64bit）作為系統(tǒng)運行服務(wù)器，一臺用于專門從CIMISS系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，一臺用于開發(fā)監(jiān)控平臺，使用人員為市級業(yè)務(wù)管理人員及保障人員[12]。系統(tǒng)主要分為傳輸監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)更正以及日志管理5個部分。

3.1 傳輸監(jiān)控菜單

該部分主要有CIMISS入庫檢測、網(wǎng)絡(luò)傳輸檢測、自動檢測3個子菜單，系統(tǒng)通常默認為自動檢測。CIMISS入庫檢測主要檢測當前時次應(yīng)發(fā)各類資料傳輸情況實時監(jiān)視、按資料類型傳輸情況以及特定類型資料傳輸情況監(jiān)控等;網(wǎng)絡(luò)傳輸檢測主要用來檢測服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)是否暢通，通過系統(tǒng)自動運行鏈接到省局氣象數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)監(jiān)視網(wǎng)中，查看站點到報情況來檢查網(wǎng)絡(luò)是否暢通，是否出現(xiàn)堵塞等;自動檢測按照系統(tǒng)設(shè)定，每整點之后12 min按時從CIMISS系統(tǒng)中獲取資料進行監(jiān)測，用戶可對全部站點信息進行監(jiān)控，如果未讀取到數(shù)據(jù)，則報警。系統(tǒng)在監(jiān)控到異常后，生成異常告警信息，再推送顯示在界面中，并發(fā)送至相關(guān)的用戶手中。用戶可在該界面獲取當前時段的所有故障信息，通過選擇故障的信息定位到故障站點，獲取的站點詳細數(shù)據(jù)元資料，也可對站點數(shù)據(jù)進行篩選顯示。

3.2 數(shù)據(jù)更正菜單

該部分為臨時性的補傳工具，主要是在獲取CIMISS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的資料后，通過該系統(tǒng)對可更改的部分數(shù)據(jù)進行更正上傳。該功能只能對新升級改造數(shù)據(jù)上傳至市局中心數(shù)據(jù)庫的部分數(shù)據(jù)進行更改。

3.3 數(shù)據(jù)查詢菜單

該部分主要收集CIMISS系統(tǒng)里面監(jiān)控的數(shù)據(jù)，通過對單個站點的數(shù)據(jù)進行序列化顯示，方便用戶查看，也向用戶提供數(shù)據(jù)資料查詢功能。

3.4 日志管理菜單

該部分主要記錄每天系統(tǒng)監(jiān)測到的故障情況，同時生成TXT文本保存到系統(tǒng)內(nèi)，作為日后考核的參考依據(jù)。

3.5 系統(tǒng)設(shè)置菜單

該部分主要對服務(wù)器、氣象要素閾值、站點維護和系統(tǒng)報警方式等進行基本參數(shù)設(shè)置。

3.6 故障信息告警接收端

告警接收主要有短信、企業(yè)微信號、手機QQ3種告警方式。QQ和企業(yè)微信號為主要告警方式，手機短信主要運用在汛期期間，在數(shù)據(jù)長時間缺失時，若報警超過4 h，通過短信平臺發(fā)送至該站點所屬縣局分管領(lǐng)導(dǎo);報警超過6 h，發(fā)送至該站點所屬縣局主要領(lǐng)導(dǎo);報警超過8 h，發(fā)送短信至市局業(yè)務(wù)管理人員和市局分管領(lǐng)導(dǎo);超過24 h發(fā)送至市局主要領(lǐng)導(dǎo)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

2018年6—12月，該系統(tǒng)安裝到市局氣象裝備與保障中心進行不間斷業(yè)務(wù)運行測試。通過測試該監(jiān)控平臺各模塊均能正常使用。截取其中6—8月的運行結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行正常，監(jiān)控效果良好。

該監(jiān)控平臺總共發(fā)送故障及疑誤數(shù)據(jù)信息1 473條，其中疑誤數(shù)據(jù)信息387條，故障信息586條，缺測、未傳告警信息479條，無效信息21條。在告警信息中，有效告警1 317條，無效告警（含無效信息）156條，告警成功率為89.4%。

在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)的告警信息為維護人員及時維護起到積極作用。例如，市級裝備與保障中心雷達維護人員在收到告警信息“2018/08/16 T14：12：34：雷達基數(shù)據(jù)未上傳”后，迅速響應(yīng)，在10 min內(nèi)對雷達故障原因進行排查分析，并通過新一代多普勒雷達遠程智能系統(tǒng)重啟解決。

實際測試與應(yīng)用情況表明，該平臺有效提升了業(yè)務(wù)質(zhì)量，通過推送的故障信息可以準確定位故障來源、分析故障原因、實現(xiàn)故障信息及時報警，為值班人員及時發(fā)現(xiàn)和排除故障提供科學(xué)依據(jù)。

5 總結(jié)

基于CIMISS的地市州級氣象數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控平臺實現(xiàn)自動檢測監(jiān)控異常信息和自動推送告警的目標，并在業(yè)務(wù)試運行階段取得了一定的成績，動態(tài)監(jiān)視全市氣象裝備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決數(shù)據(jù)傳輸過程中存在的異常。該系統(tǒng)在應(yīng)對汛期故障排查時的作用尤為凸顯，能及時發(fā)現(xiàn)各類探測設(shè)備故障和異常數(shù)據(jù)，能夠準確判斷以往因為電池電壓不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)未上傳，或者傳感器、風(fēng)向風(fēng)速出現(xiàn)故障而不能及時上傳數(shù)據(jù)的站點故障信息，有效減少異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率，對提高觀測站點數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及觀測設(shè)備可用性，有著極大的幫助，為綜合氣象觀測資料更好地應(yīng)用到氣象服務(wù)、預(yù)報預(yù)測、氣象防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)、生態(tài)文明建設(shè)氣象保障等方面夯實了基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯：李楊

基金項目 撫州市2017年度自籌資金氣象科研項目“撫州市氣象裝備自動監(jiān)控軟件報警設(shè)計”。

作者簡介 陸艷（1992-），女，江西九江人，助理工程師，主要從事辦公管理工作。

收稿日期 2019-07-25