運(yùn)用智能硬件構(gòu)建無(wú)人氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

孫通

運(yùn)用智能硬件構(gòu)建無(wú)人氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

孫通

（平頂山市新城區(qū)氣象局，河南 平頂山 467000）

地面自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受諸多因素影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障是保障業(yè)務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。作為無(wú)人自動(dòng)氣象站，每天例行巡視觀測(cè)場(chǎng)和機(jī)房但不安排人員值班值守，對(duì)于故障的發(fā)現(xiàn)和排除相比有人值守臺(tái)站具有一定滯后性。通過(guò)綜合運(yùn)用貴州省興仁縣氣象局研發(fā)的“縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)”和當(dāng)前市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)較為完善的智能家庭硬件，將自動(dòng)站運(yùn)行、供電、網(wǎng)絡(luò)、消防、安防等狀態(tài)報(bào)警以及環(huán)境溫濕度調(diào)控和數(shù)據(jù)備份等工作全部納入以智能手機(jī)為終端的無(wú)人自動(dòng)氣象站運(yùn)行保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人氣象站的監(jiān)控自動(dòng)化。從而保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全，減輕人員壓力，促進(jìn)節(jié)能減排，進(jìn)而提高工作效率和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

無(wú)人自動(dòng)氣象站；自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)；智能硬件；監(jiān)控自動(dòng)化

1 研究背景及設(shè)計(jì)思路

1.1 智能硬件的優(yōu)勢(shì)

地面自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是保障觀測(cè)質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)，隨著大部分人工觀測(cè)項(xiàng)目逐漸自動(dòng)化，觀測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求也越來(lái)越高。設(shè)備、軟件、供電、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房環(huán)境等任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會(huì)對(duì)觀測(cè)質(zhì)量造成影響。監(jiān)控軟件和連接到手機(jī)APP的溫濕度傳感器、智能插座、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)等智能硬件相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)24 h不間斷監(jiān)控，有效彌補(bǔ)人工監(jiān)控的不足，提高工作效率和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是將所有的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)獲取的故障信息推送到值班員手機(jī)上，可分為監(jiān)控軟件和監(jiān)控硬件。軟件以“縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)”為核心，對(duì)自動(dòng)站運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商以電話和短信的形式報(bào)警。硬件以“米家”APP為核心，對(duì)機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以手機(jī)APP消息推送的形式報(bào)警，同時(shí)能夠遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)值班室電器設(shè)備。以手機(jī)為終端的自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2 縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)

貴州省興仁縣氣象局研發(fā)的“縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)”，主要用于監(jiān)控與綜合觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的供電、網(wǎng)絡(luò)、軟件、計(jì)算機(jī)等要素的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并通過(guò)多種途徑報(bào)警提醒，確保臺(tái)站管理人員準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，第一時(shí)間到場(chǎng)處理。

圖1 以手機(jī)為終端的自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

該系統(tǒng)的硬件設(shè)備由UPS供電的自動(dòng)站業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)（下稱業(yè)務(wù)機(jī)）和市電供電的普通計(jì)算機(jī)通過(guò)交換機(jī)相連構(gòu)成，利用2臺(tái)計(jì)算機(jī)互相監(jiān)測(cè)來(lái)判斷對(duì)方計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)上掛接內(nèi)置手機(jī)通訊卡的“GSM/GPRS MODEM”模塊（下稱短信貓），安裝驅(qū)動(dòng)程序后可以實(shí)現(xiàn)電話和短信報(bào)警功能。設(shè)置“雙機(jī)監(jiān)控”不僅能達(dá)到軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)，還能使監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行更為可靠。

2.1 供電異常監(jiān)測(cè)

業(yè)務(wù)機(jī)通過(guò)掃描139號(hào)端口的方式監(jiān)測(cè)市電計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)，市電計(jì)算機(jī)以同樣的方式判斷自動(dòng)站主機(jī)是否正常工作。2臺(tái)計(jì)算機(jī)在參數(shù)傳遞過(guò)程中，判斷對(duì)方計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控程序是否正常運(yùn)行。停電時(shí)市電計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)，當(dāng)業(yè)務(wù)機(jī)連續(xù)次（可在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置，數(shù)值越小越靈敏，下同）無(wú)法與市電計(jì)算機(jī)構(gòu)成連接，則判定為“市電停電”，此時(shí)業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)發(fā)出音樂(lè)報(bào)警，同時(shí)發(fā)送標(biāo)注故障內(nèi)容的報(bào)警短信給值班員和分管領(lǐng)導(dǎo)，并撥打值班員電話。

2.2 網(wǎng)絡(luò)與軟件異常監(jiān)控

監(jiān)控軟件通過(guò)掃描服務(wù)器端口，檢測(cè)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)與省級(jí)報(bào)文傳輸服務(wù)器（IP：172.18.152.5）的連通狀態(tài)，確定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否正常；通過(guò)檢查ISOS軟件所有功能是否在計(jì)算機(jī)任務(wù)進(jìn)程中，檢查分鐘數(shù)據(jù)文件是否定時(shí)更新等方面，判斷ISOS軟件及采集器工作狀態(tài)。如果ISOS軟件未運(yùn)行，將調(diào)用Process.Start命令啟動(dòng)軟件。

2.3 自動(dòng)切換3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

為保證有線網(wǎng)絡(luò)中斷情況下的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)監(jiān)控軟件檢測(cè)到自動(dòng)站與省級(jí)服務(wù)器的有線傳輸中斷且報(bào)文發(fā)送目錄中積壓有未發(fā)送的文件后，會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉有線網(wǎng)絡(luò)適配器，同時(shí)通過(guò)Shell、Process.Start命令打開(kāi)3G網(wǎng)上傳報(bào)文。同時(shí)，為了避免有線網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后仍然長(zhǎng)期占用3G網(wǎng)卡，監(jiān)控軟件會(huì)在報(bào)上傳后關(guān)閉3G并切換回有線傳輸。如果此時(shí)有線網(wǎng)仍未恢復(fù)則重復(fù)之前操作并再次報(bào)警通知值班員。

2.4 數(shù)據(jù)硬件備份

觀測(cè)數(shù)據(jù)的硬件備份對(duì)保障數(shù)據(jù)安全有重要意義，監(jiān)控軟件采用增量備份的方式，利用相關(guān)控件對(duì)指定的報(bào)文生成目錄進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被監(jiān)視的目錄中新增文件、文件屬性（大小、修改時(shí)間等）發(fā)生變化時(shí)，就把相關(guān)文件復(fù)制到外接移動(dòng)硬盤，對(duì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)有選擇地實(shí)時(shí)備份。

2.5 報(bào)警與查詢功能

監(jiān)控系統(tǒng)將“短信貓”通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)相連，運(yùn)用AT指令控制短信貓收發(fā)短信和撥打電話。掛接外部獨(dú)立通訊設(shè)備進(jìn)行短信和電話報(bào)警能夠確保系統(tǒng)在斷網(wǎng)情況下仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3 智能硬件對(duì)機(jī)房環(huán)境的監(jiān)控

隨著智能家居硬件設(shè)備的發(fā)展，民用智能家庭監(jiān)控設(shè)備逐漸完善，以小米生態(tài)鏈企業(yè)的智能硬件產(chǎn)品為例，將溫濕度傳感器、空調(diào)伴侶、煙霧報(bào)警器、人體感應(yīng)器、智能攝像機(jī)等設(shè)備通過(guò)網(wǎng)關(guān)合理搭配，就能夠運(yùn)用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器工作環(huán)境的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控。

3.1 機(jī)房環(huán)境監(jiān)控裝置

計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備持續(xù)在高溫環(huán)境下運(yùn)行容易出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏等故障，同時(shí)環(huán)境溫度過(guò)高也容易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。而機(jī)房?jī)?nèi)各類電子設(shè)備本身在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不斷散發(fā)熱量，一旦機(jī)房空調(diào)在遇到停電后不能自動(dòng)開(kāi)啟，機(jī)房溫度就會(huì)迅速上升。將空調(diào)伴侶（網(wǎng)關(guān)版）與機(jī)房空調(diào)連接后，即使是在夜間無(wú)人值守狀態(tài)下，也可以通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程開(kāi)閉、調(diào)節(jié)空調(diào)并隨時(shí)監(jiān)控其工作狀態(tài)，再搭配溫濕度傳感器設(shè)置自動(dòng)化程序，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)工作狀態(tài)使環(huán)境調(diào)控更加智能。

3.2 煙霧報(bào)警裝置

安裝小米煙霧報(bào)警器實(shí)現(xiàn)火情監(jiān)控，該裝置通過(guò)CCCF認(rèn)證，是具有國(guó)家消防強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書的專業(yè)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)備。當(dāng)監(jiān)控區(qū)域煙霧濃度達(dá)到報(bào)警值，設(shè)備會(huì)立即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)空調(diào)伴侶網(wǎng)關(guān)推送至手機(jī)APP。

3.3 視頻監(jiān)控裝置

安裝云蟻360°智能攝像機(jī)作為室內(nèi)安防監(jiān)控，該設(shè)備采用雙電機(jī)云臺(tái)設(shè)計(jì)，可上下左右自由旋轉(zhuǎn)，具備360°水平可視角度和96°垂直可視角度。配備64 G內(nèi)存卡可存儲(chǔ)8 d分辨率為1 080 p高清畫質(zhì)的監(jiān)控視頻，開(kāi)通云存儲(chǔ)后，移動(dòng)視頻自動(dòng)上傳至云端，避免因設(shè)備被破壞導(dǎo)致的視頻證據(jù)丟失。同時(shí)具有夜視功能，F(xiàn)2.1大光圈和8顆940 nm紅外補(bǔ)光燈使夜視通透性更強(qiáng)，細(xì)節(jié)更清晰。

4 無(wú)人值守計(jì)算機(jī)設(shè)置

4.1 斷電重啟設(shè)置

當(dāng)確定為市電中斷時(shí)，業(yè)務(wù)機(jī)正常工作，監(jiān)控機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，如果在市電恢復(fù)后不人工啟動(dòng)監(jiān)控機(jī)，則由業(yè)務(wù)機(jī)發(fā)出的停電報(bào)警不會(huì)解除，因此要開(kāi)啟監(jiān)控機(jī)斷電后來(lái)電自動(dòng)開(kāi)機(jī)功能。設(shè)置方法為：進(jìn)入BIOS的設(shè)置主界面，選擇[POWER?MANAGEMENT?SETUP]→[PWR Lost?Resume?State]→[Turn?On]項(xiàng)，代表停電后再來(lái)電時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。不同電腦主板設(shè)置步驟不完全相同，但總體是在[電源管理]選項(xiàng)中設(shè)置，要注意的是需要將安裝在市電計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控軟件加入開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)項(xiàng)。

4.2 計(jì)算機(jī)定時(shí)重啟設(shè)置

由于ISOS業(yè)務(wù)系統(tǒng)和縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)均為24 h不間斷運(yùn)行，難免會(huì)出現(xiàn)原因未知的軟件崩潰或觀測(cè)成功率下降等情況，這些問(wèn)題往往通過(guò)重啟計(jì)算機(jī)就可以解決，因此每周定時(shí)重啟計(jì)算機(jī)很有必要。為進(jìn)一步減少值班人員工作量，適應(yīng)無(wú)人站日常管理模式，可通過(guò)計(jì)劃任務(wù)為業(yè)務(wù)機(jī)設(shè)置定時(shí)自動(dòng)重啟功能。

5 結(jié)論

綜合運(yùn)用縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)和智能硬件，搭建起以智能手機(jī)為終端的無(wú)人自動(dòng)氣象站運(yùn)行保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基層臺(tái)站的監(jiān)控自動(dòng)化，充分發(fā)揮了傳感器和計(jì)算機(jī)24 h不間斷工作的優(yōu)勢(shì)，不僅大大提高了監(jiān)控質(zhì)量和效率，減輕了臺(tái)站管理人員的精神壓力，還使得臺(tái)站先于省級(jí)質(zhì)控部門發(fā)現(xiàn)故障并做出反應(yīng)，最大限度地確保觀測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］彭顯鋒，王橋，杜龍彩.縣級(jí)自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.貴州氣象，2017，41（1）：81-84.

2095－6835（2020）10－0129－02

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.057

孫通（1991—），男，河南汝南人，本科，助理工程師，從事綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

〔編輯：張思楠〕