湖南省天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷永恒,胡 堅(jiān)

(1.湖南省氣象技術(shù)裝備中心,湖南 長沙 410007;2.成都信息工程大學(xué),四川 成都 610225;3.湖南省氣象局,湖南 長沙 410007)

0 引言

新一代天氣雷達(dá)在強(qiáng)對流性天氣監(jiān)測、降水定量估計(jì)、資料同化和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警等方面用途廣泛。當(dāng)前,隨著氣象現(xiàn)代化的迫切需求,湖南省新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)規(guī)模得到快速擴(kuò)充,形成了當(dāng)前7部CINRAD SA,3部CINRAD SB，1部CINRAD CB雷達(dá)的格局，各級新一代天氣雷達(dá)從業(yè)人員保障與監(jiān)控任務(wù)進(jìn)一步增加。利用新一代天氣雷達(dá)在線運(yùn)行生成的狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，部分地方實(shí)現(xiàn)了天氣雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控[1-2]。運(yùn)用程序設(shè)計(jì)方法，自動(dòng)完成對上行氣象雷達(dá)報(bào)文信息實(shí)時(shí)監(jiān)控統(tǒng)計(jì)分析，有利于減輕工作人員負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量[3-4]。天氣雷達(dá)告警信息通過短信貓發(fā)送手機(jī)短信的方式，是目前使用較為普遍的提醒手段，且在其它設(shè)備(如衛(wèi)星)監(jiān)測告警上也得到應(yīng)用[5-7]。對天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行基本判斷和一致性分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑基數(shù)據(jù)，提高天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量[8-9]。采集各地天氣雷達(dá)故障案例，并結(jié)合雷達(dá)廠家近些年來的維修記錄和部分專家豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，設(shè)計(jì)故障專家知識(shí)庫，有利于給各級技術(shù)保障人員提供專業(yè)建議[10-12]，縮短故障時(shí)效。

新一代天氣雷達(dá)具備在線自動(dòng)標(biāo)校功能,設(shè)備定標(biāo)數(shù)據(jù)每6 min上傳至省級、國家級服務(wù)器。雷達(dá)日常值守主要工作任務(wù)在于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控等工作,這些工作具有重復(fù)性、可替代的特點(diǎn)。天氣雷達(dá)采集生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,硬件或者軟件方面的缺陷可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失或不可信,及時(shí)監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)、修復(fù)這些可疑數(shù)據(jù),能在一定程度上提高數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量。夜間休息時(shí)段，設(shè)備發(fā)生異常后短信方式難以有效提醒到臺(tái)站工作人員，利用云通信手段，采用電話語音方式，是解決該問題的有效途徑。設(shè)計(jì)一套合理、科學(xué)的集合設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)與停機(jī)事件監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控、機(jī)房環(huán)境要素監(jiān)控、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控與可視化于一體的系統(tǒng),一旦出現(xiàn)異常即可通過手機(jī)短信、語音等手段通知到相關(guān)責(zé)任人,這樣就能高效率替代有人值守日常工作?？紤]雷達(dá)維護(hù)維修和日常工作的需求,融入設(shè)備故障定位與專家知識(shí)庫系統(tǒng)，報(bào)表數(shù)據(jù)自動(dòng)處理與生成,機(jī)務(wù)保障人員能得到更大程度的幫助。依據(jù)中國氣象局裝備分級管理時(shí)效性要求,開發(fā)告警提醒流程化功能,幫助各級管理人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和維修進(jìn)度,便于督促雷達(dá)技術(shù)保障人員出現(xiàn)故障后得到及時(shí)響應(yīng)。

1 設(shè)計(jì)思路與原則

針對天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)的需求和定位,利用現(xiàn)有的研究成果和技術(shù)手段,平臺(tái)設(shè)計(jì)遵循以下思路和原則：

①兼容性：盡可能多地考慮各種天氣雷達(dá)型號(hào),能自動(dòng)適配調(diào)用對應(yīng)的數(shù)據(jù)解析函數(shù)或接口?？蛻舳税惭b方便,能較好地兼容目前主流的瀏覽器。

②擴(kuò)展性：新一代天氣雷達(dá)增設(shè)隨著國家氣象裝備規(guī)劃動(dòng)態(tài)改變,平臺(tái)設(shè)計(jì)通過后臺(tái)管理,靈活接入新增設(shè)備。賦予分級人員相應(yīng)的角色權(quán)限,呈現(xiàn)相應(yīng)的用戶界面。在功能設(shè)計(jì)上堅(jiān)持高度可定制的原則,即不同層級、不同角色可通過菜單定制等技術(shù),配置適合本級或者本人需求的服務(wù)。經(jīng)典案例庫和組件資料庫可根據(jù)需求,方便錄入各型天氣雷達(dá)相關(guān)經(jīng)典案例和資料,不斷豐富和完善平臺(tái)知識(shí)庫。

③安全性原則：短信、語音業(yè)務(wù)功能,是目前最方便、最實(shí)用的業(yè)務(wù)提醒告警工具。云通信平臺(tái)具有短信、語音信息發(fā)送極快等優(yōu)點(diǎn),但如果程序控制不當(dāng),極易出現(xiàn)資費(fèi)過度消費(fèi)等安全問題。充分考慮程序可能出現(xiàn)的各種bug,保證短信、語音信息不出現(xiàn)大量異常發(fā)送,導(dǎo)致資費(fèi)過快消費(fèi)的情況。程序運(yùn)行出現(xiàn)異常情況,及時(shí)將異常記錄保存到log日志文件。自動(dòng)處理不可信短信發(fā)送事件，出現(xiàn)異常能自動(dòng)關(guān)閉短信、語音業(yè)務(wù)。

④業(yè)務(wù)補(bǔ)充原則：平臺(tái)的設(shè)計(jì)結(jié)合國家級天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)平臺(tái)相關(guān)功能和成果,進(jìn)一步挖掘一些現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)需求,以提高效率和效益為原則。提高時(shí)序圖時(shí)間分辨率,1 h顯示10個(gè)時(shí)序點(diǎn)。引入基于事件驅(qū)動(dòng)的雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,達(dá)到雷達(dá)停機(jī)事件秒級監(jiān)控。增加雷達(dá)監(jiān)控產(chǎn)品類別,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)文件、產(chǎn)品文件、基數(shù)據(jù)到報(bào)全覆蓋監(jiān)控。降低技術(shù)人員對狀態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)分析難度,以淺顯易懂方式展示異常參數(shù)信息,提供時(shí)序圖警示、短信、語音、聲音多樣化報(bào)警方式。增加基數(shù)據(jù)可視化功能,利用WebGIS技術(shù),可顯示或動(dòng)態(tài)回放雷達(dá)反射率強(qiáng)度圖。增加業(yè)務(wù)質(zhì)量報(bào)表、定標(biāo)報(bào)表、巡檢報(bào)告與數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算與生成功能。能對上傳解壓文件損壞、徑向數(shù)據(jù)缺失、基數(shù)據(jù)文件大小可疑等情況的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控。具有雷達(dá)故障知識(shí)庫和推理相關(guān)功能,輔助技術(shù)人員完成故障識(shí)別與判斷。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)

湖南省新一代天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)分為運(yùn)行監(jiān)控、告警信息管理、經(jīng)典案例資料庫與推理、數(shù)據(jù)可視化、報(bào)表填報(bào)與數(shù)據(jù)自動(dòng)處理5大模塊(如圖1所示)。

圖1 湖南省新一代天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)主要功能

2.2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

圖2所示框圖包括資料獲取與數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)處理模塊、用戶功能、用戶管理5個(gè)層次。資料獲取與數(shù)據(jù)解析層是系統(tǒng)將獲取各種雷達(dá)上傳數(shù)據(jù),按照對應(yīng)的數(shù)據(jù)格式解析到雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫。將布設(shè)在機(jī)房、天線罩的溫濕度傳感器、供電信息、視頻圖像信息采集的數(shù)據(jù),入庫到雷達(dá)機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫層用于系統(tǒng)存儲(chǔ)、管理和調(diào)用所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊為數(shù)據(jù)可視化、相關(guān)報(bào)表數(shù)據(jù)計(jì)算與自動(dòng)生成、基數(shù)據(jù)監(jiān)視算法與天線數(shù)據(jù)分析、雷達(dá)故障推理邏輯、分級閾值計(jì)算提供支撐,是實(shí)現(xiàn)用戶功能的核心。用戶功能層與用戶直接交互,簡潔、實(shí)用、準(zhǔn)確是其基本要求。系統(tǒng)管理層能靈活管理、配置和擴(kuò)展系統(tǒng),適合各級用戶的個(gè)性化功能需求。

圖2 湖南省新一代天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用MySQL server設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)庫由74個(gè)表組成,涉及到時(shí)序圖表(產(chǎn)品到報(bào)時(shí)序圖表、基數(shù)據(jù)到報(bào)時(shí)序圖表、狀態(tài)數(shù)據(jù)到報(bào)時(shí)序圖表)、數(shù)據(jù)記錄表(反射率產(chǎn)品表、狀態(tài)數(shù)據(jù)表、設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)表、機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)表等)、告警相關(guān)表(機(jī)房環(huán)境告警表、運(yùn)行狀態(tài)告警表、設(shè)備報(bào)警告警表、數(shù)據(jù)傳輸告警表、基數(shù)據(jù)疑誤告警表、雷達(dá)停機(jī)告警表等)、雷達(dá)故障知識(shí)庫報(bào)表(經(jīng)典案例表、組件知識(shí)庫表、報(bào)警號(hào)來源表)、報(bào)表數(shù)據(jù)表(業(yè)務(wù)質(zhì)量記錄表、標(biāo)定記錄表、年巡檢記錄表)、系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)表(角色表、用戶表、站點(diǎn)信息表、短信與電話記錄表、告警時(shí)間表)。部分實(shí)體表通過相互關(guān)聯(lián)建立聯(lián)系,一些復(fù)雜的表類,還可以繼續(xù)分割為更小的表,如巡檢記錄表又繼續(xù)分割發(fā)射分機(jī)、接收機(jī)分機(jī)、伺服分機(jī)等子表。其它較復(fù)雜的表類似與巡檢記錄表,分割為子表,建立父與子表之間的關(guān)聯(lián),來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。

3 方法與實(shí)現(xiàn)

3.1 天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)到報(bào)監(jiān)控

新一代天氣雷達(dá)每6 min生成一次基數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。上傳軟件將基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)按照Z_RADR_I_雷達(dá)站號(hào)_yyyyMMddhhmmss_*_DOR_雷達(dá)型號(hào)_*格式，狀態(tài)數(shù)據(jù)按照Z_R_DWRN_SRSI_C5_雷達(dá)站號(hào)_yyyyMMddhhmmss.bin格式，報(bào)警數(shù)據(jù)按照Z_A_DWRN_ALM_C5_雷達(dá)站號(hào)_yyyyMMddhhmmss.bin格式約定規(guī)則進(jìn)行命名上傳。文件名含有臺(tái)站、時(shí)間、產(chǎn)品類型等信息，這為程序通過識(shí)別數(shù)據(jù)文件名來獲取各站點(diǎn)、數(shù)據(jù)時(shí)間、產(chǎn)品類型、數(shù)據(jù)內(nèi)容等信息,為數(shù)據(jù)到報(bào)監(jiān)控等告警提供途徑。全省各天氣雷達(dá)通過省級授時(shí)服務(wù)器集中授時(shí)，做到文件數(shù)據(jù)到報(bào)時(shí)間的統(tǒng)一。

3.2 CINRAD SA/SB型天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)可視化與天線仰角實(shí)時(shí)精度分析

Zi,j表示徑向數(shù)序號(hào)為i,i=1,2,…N;距離庫序號(hào)為j的反射率因子強(qiáng)度數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)按照掃描方位角依序存儲(chǔ)。每個(gè)仰角徑向數(shù)實(shí)際上并不一致,最大徑向數(shù)一般大于360個(gè),小于400個(gè),為計(jì)算方便和處理,可設(shè)置最大徑向數(shù)N為400。

新一代天氣雷達(dá)出廠驗(yàn)收測試大綱對靜態(tài)天線空間位置指向精度有不大于0.1°的指標(biāo)要求。實(shí)際在雷達(dá)體掃時(shí),系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷達(dá)天線控制要求更高,也最能體現(xiàn)其天線指向精度。天氣雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄的天線數(shù)據(jù)與其它信息一并保存在基數(shù)據(jù)中,天線實(shí)際精度不高,會(huì)對雷達(dá)基本產(chǎn)品和二次產(chǎn)品生成帶來計(jì)算誤差,圖3為邵陽雷達(dá)2018年4月12日22點(diǎn)41分基數(shù)據(jù)提取2.4°/3.4°/4.3°仰角繪制的其實(shí)際仰角運(yùn)行軌跡,可見在某些方位,其仰角控制精度不高。

圖3 邵陽雷達(dá)2018年4月12日22時(shí)41分基數(shù)據(jù)提取的2.4°、3.4°、4.3°仰角折線圖

此類基數(shù)據(jù)仰角控制精度誤差,通過以下邏輯可實(shí)現(xiàn)程序的數(shù)據(jù)監(jiān)視：

如果φi-φexp>φthreshold則產(chǎn)生Eφ

其中φi為記錄的仰角數(shù)值,φexp為對應(yīng)的仰角期望值,Eφ為仰角控制偏差告警標(biāo)志。仰角控制精度變差與雷達(dá)硬件性能變壞關(guān)系密切,如伺服系統(tǒng)的電機(jī)、DCU板性能變差,對天線控制精度影響明顯。平臺(tái)監(jiān)測到此類告警,及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維修或角度標(biāo)定,解決此類問題。為方便基層工作人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，當(dāng)該系統(tǒng)檢測到仰角超限，對該徑向上的反射率不予以顯示。圖4為邵陽雷達(dá)2018年6月19日14時(shí)36分反射率因子圖，可見在西南方向上顯示出現(xiàn)一個(gè)缺口，即代表此徑向方向仰角精度不合格。

圖4 邵陽雷達(dá)2018年6月19日14點(diǎn)36分反射率強(qiáng)度產(chǎn)品

3.3 天氣雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測方法

從狀態(tài)數(shù)據(jù)中提取雷達(dá)關(guān)鍵監(jiān)測參數(shù),對一些參數(shù)設(shè)置合適的閾值觸發(fā)報(bào)警門限。監(jiān)測參數(shù)閾值的設(shè)置可參考《新一代天氣雷達(dá)出廠驗(yàn)收測試大綱(2011版)》和《中國新一代多普勒天氣雷達(dá)技術(shù)說明書》的相關(guān)指標(biāo)要求。

CINRAD SA/SB天氣雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)包括雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)信息，用SysStatus字段表征,1表示系統(tǒng)正常，2表示系統(tǒng)可用，3表示系統(tǒng)需要維護(hù)，4表示系統(tǒng)故障不能工作，5表示系統(tǒng)關(guān)機(jī)或者STANDBY。獲取到SysStatus狀態(tài)值，就能得到設(shè)備上述運(yùn)行狀態(tài)情況。同時(shí)，設(shè)備停機(jī)事件(定期維護(hù)時(shí)，SysStatus字段數(shù)值應(yīng)為5)與日常維護(hù)單關(guān)聯(lián),能發(fā)現(xiàn)部分臺(tái)站定期維護(hù)弄虛作假。

新一代天氣雷達(dá)在線標(biāo)定時(shí)，會(huì)對rfd、cw、kd、速度、譜寬等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，理論上實(shí)測值與理論值越接近越好，對兩者相減取絕對值，可用來對此類參數(shù)進(jìn)行評估，公式如下：

Valuediff=|Valueexpected-Valuemeasured|

其中Valueexpected為相關(guān)參數(shù)(如rfd、cw、kd、速度、譜寬)期望值,Valuemeasured為相關(guān)參數(shù)實(shí)測值。rfd、cw、kd、速度、譜寬等參數(shù)對應(yīng)的Valuediff閾值，設(shè)置為不大于1個(gè)單位。

在線標(biāo)定地物抑制能力為：Valuegcs=Valueunfilterpwr-Valuefilterpwr，Valueunfilterpwr為地物抑制前的功率,Valuefilterpwr為抑制后的功率。閾值范圍參照S波段不小于52 dB,C波段不小于49dB的要求設(shè)置。

Syscal值與回波反射率因子密切相關(guān)，大幅度變化直接影響到回波強(qiáng)度定標(biāo)，為了簡化計(jì)算，ΔSys計(jì)算方式如下：

ΔSys=|Syscalcurr-Syscal10|

其中Syscalcurr為當(dāng)前天氣雷達(dá)syscal值，Syscal10為10日前對應(yīng)時(shí)刻的syscal值，為保證反射率因子測量精度，閾值設(shè)置可設(shè)為不大于1 dB。

狀態(tài)數(shù)據(jù)得到的噪聲溫度，經(jīng)以下公式可得到對應(yīng)的噪聲系數(shù)：

Nf=10log[Tn/290+1]

其中Tn為機(jī)內(nèi)噪聲溫度，Nf閾值設(shè)置為不大于4 dB。

圖5為該系統(tǒng)對常見設(shè)備運(yùn)行參數(shù)顯示頁面，對超過部分參數(shù)超過正常閾值范圍項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)紅提示。

圖5 湖南省天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測頁面

3.4 疑誤基數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別分析

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)由于硬件或軟件等問題,可能會(huì)導(dǎo)致生成的基數(shù)據(jù)不全或者錯(cuò)誤。如邵陽雷達(dá)站2017年11月18日06時(shí)50分開始出現(xiàn)徑向數(shù)據(jù)疑誤問題，原始數(shù)據(jù)文件大小為9 822 876字節(jié)，經(jīng)查因rdasc適配參數(shù)錯(cuò)誤所致，修改后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，持續(xù)時(shí)間達(dá)到12 d；長沙雷達(dá)2018年4月22日20時(shí)01分原始基數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺2.4°、3.3°、4.3°、6.0°仰角情況，文件大小為6 204 032字節(jié)，經(jīng)重啟rdasc軟件數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，持續(xù)時(shí)間達(dá)到23 d；邵陽雷達(dá)站2018年6月22日10時(shí)07分出現(xiàn)發(fā)送的壓縮后基數(shù)據(jù)不能解壓問題，文件大小為548 212字節(jié)，經(jīng)查因雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸軟件bug問題所致，廠家修復(fù)軟件bug后恢復(fù)正常，持續(xù)時(shí)間達(dá)到9 d。提取這些已知的疑誤數(shù)據(jù)特征，用以下數(shù)學(xué)模型作程序后續(xù)基數(shù)據(jù)疑誤的判斷：

①sa/b型基數(shù)據(jù)不全(如缺仰角)：

Msab<360×2432×11

②sa/b型基數(shù)據(jù)過大：

Msab>400×2432×11

③ca/b型基數(shù)據(jù)不全(如缺仰角)：

Mcab<360×4132×11

④ca/b型基數(shù)據(jù)過大：

Mcab>400×4132×11

⑤sa/b型徑向數(shù)據(jù)可疑:

⑥ca/b型徑向數(shù)據(jù)：

其中Msab,Mcab分別對應(yīng)上傳的SA/B,CA/B型雷達(dá)基數(shù)據(jù)解壓后的原始文件大小。

上傳基數(shù)據(jù)文件不能解壓的情形，可通過程序在執(zhí)行文件解壓過程時(shí)，拋出的異常信息進(jìn)行判定。通常程序若以后監(jiān)視到上述情況的數(shù)據(jù)質(zhì)量疑誤告警,及時(shí)對RDA、PRG、上傳軟件配置參數(shù)檢查和修正即能解決。

3.5 天氣雷達(dá)故障知識(shí)庫與推理

經(jīng)典案例庫由報(bào)警號(hào)、故障現(xiàn)象、故障分析與解決方法方法組成,通過搜集廠家、專家學(xué)者近年來的整理積累案例資料,分析整理到經(jīng)典案例數(shù)據(jù)庫而成。

組件資料庫各組件對應(yīng)的電路圖、工作原理描述、調(diào)試文檔等資料,按照組件各電路板層級依次組織,分為發(fā)射分機(jī)、接收分機(jī)、伺服分機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、其它部分等5部分。

故障推理模塊邏輯表達(dá)式可用以下語句簡化表示：

如果A1[and‖or]A2[and‖or]…Ak

則產(chǎn)生Ek

推理邏輯中,Ak為報(bào)警碼,雷達(dá)故障可能會(huì)產(chǎn)生多個(gè)報(bào)警碼,一般提取雷達(dá)停機(jī)事件產(chǎn)生時(shí)間作為基準(zhǔn),其停機(jī)前1 h內(nèi)產(chǎn)生的報(bào)警碼進(jìn)行邏輯組合,以上邏輯容易通過sql條件查詢語句實(shí)現(xiàn),Ek為報(bào)警碼邏輯推理組合查詢到的故障案例庫和對應(yīng)的組件資料庫。該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的報(bào)警碼，給出基于專家知識(shí)庫的診斷建議。

3.6 報(bào)警信息的智能判斷、歸并、屏蔽

在整合雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)在線分析、三類雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控產(chǎn)生的告警時(shí),按照邏輯,雷達(dá)停機(jī)后不再產(chǎn)生三類雷達(dá)數(shù)據(jù)。對此類告警的產(chǎn)生將設(shè)備是否“停機(jī)”作為先決條件,可有效減少無必要的告警短信發(fā)送。雷達(dá)設(shè)備告警數(shù)據(jù)每6 min產(chǎn)生一次,對一些不關(guān)鍵且可屏蔽的告警(如長沙站受外界電磁干擾產(chǎn)生的471號(hào)系統(tǒng)噪聲溫度變壞),后臺(tái)人工屏蔽報(bào)警代碼,禁止發(fā)送告警短信或語音。

3.7 分級閾值管理策略設(shè)計(jì)

中國氣象局裝備分級管理機(jī)制對各級監(jiān)控、保障響應(yīng)有明確的時(shí)效性要求，也是平臺(tái)流程化告警提醒設(shè)計(jì)的依據(jù)。告警對象分為省級管理人員、省級保障人員、市級管理人員、市級保障人員、站級保障人員5類，提醒方式分為聲音、顏色警示、短信、語音4種，設(shè)置實(shí)時(shí)、1 h、4 h、12 h、定時(shí)5種時(shí)間發(fā)送閾值，實(shí)現(xiàn)告警信息的分時(shí)、分級、多途徑通知。相關(guān)時(shí)間閾值和告警方式設(shè)置均可在后臺(tái)靈活配置的，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。

3.8 報(bào)表數(shù)據(jù)自動(dòng)處理與生成方法

新一代天氣雷達(dá)測試記錄報(bào)表詳細(xì)記錄了發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、系統(tǒng)相干性、系統(tǒng)回波強(qiáng)度與測速定標(biāo)、系統(tǒng)空間位置定標(biāo)檢驗(yàn)、天線伺服系統(tǒng)控制誤差6大項(xiàng)其中20小項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)定,人工處理這些數(shù)據(jù)計(jì)算量較大,效率低,且容易出錯(cuò)。

限于篇幅，相關(guān)標(biāo)定項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算方法略去,機(jī)務(wù)保障人員只需輸入測試得到的相關(guān)數(shù)值,即可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和生成報(bào)表。輸入或者經(jīng)計(jì)算得到的記錄參數(shù)保存在緩存區(qū),程序調(diào)用office自帶開發(fā)組件的COM API,即可向事先建好的報(bào)表模板文件指定位置輸出結(jié)果。

3.9 云通信告警方式的實(shí)現(xiàn)

新一代天氣雷達(dá)將采集生成的雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到省級服務(wù)器,采用多線程技術(shù)分別解析狀態(tài)數(shù)據(jù)與告警數(shù)據(jù)、基數(shù)據(jù)、機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)并入庫到本地服務(wù)器。解析到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)過算法處理、閾值比較、分級閾值管理等過程,產(chǎn)生相應(yīng)的告警信息,包含聲音、紅色圓點(diǎn)圖、短信、電話多種方式。短信、語言產(chǎn)品采用阿里云提供的云通信技術(shù)方案,便于快速、穩(wěn)定、高效集成。阿里云短信服務(wù)具有服務(wù)范圍覆廣、到達(dá)率高、高并發(fā)處理、調(diào)整并發(fā)度自由、彈性分發(fā)、及時(shí)性高、易開發(fā)管理等優(yōu)勢。阿里云語音服務(wù)支持快速發(fā)送語音通知、撥打驗(yàn)證和多方通話,具有安全級別高、難竊取、大容量、高并發(fā)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。短信與語音服務(wù)兩者功能調(diào)用流程類似,基本步驟如下：

①創(chuàng)建阿里云賬號(hào),獲取阿里云訪問密鑰,訪問秘鑰成對(AccessKeyId 與 AccessKeySecret)生成和使用。

②根據(jù)用戶屬性來創(chuàng)建符合自身屬性的短信簽名，語音通知需購買“語音號(hào)碼”和申請“文本轉(zhuǎn)語音”模板。

③采用GET方式向云平臺(tái)提交發(fā)送申請。

圖6為非休息時(shí)段(一般設(shè)置為當(dāng)晚10時(shí)—次日08時(shí)),阿里云語音服務(wù)產(chǎn)品結(jié)合平臺(tái)功能需求調(diào)用流程圖,為防止平臺(tái)產(chǎn)生的同一告警頻繁觸發(fā)多次語音通知發(fā)送,采用30 min內(nèi)同一告警只發(fā)送一次通知的策略。

圖6 阿里云語音服務(wù)產(chǎn)品程序調(diào)用流程圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

基于Java 1.6,在Eclipse 10.5平臺(tái)上完成該平臺(tái)的開發(fā),Web應(yīng)用服務(wù)器采用tomcat6.0。2017年11月初，該系統(tǒng)完成開發(fā)并部署在省級氣象技術(shù)保障部門。

2018年1月底開始在湖南省9個(gè)雷達(dá)站正式推廣試運(yùn)行,4月進(jìn)入汛期后,系統(tǒng)所有功能進(jìn)入正式運(yùn)行。截止12月31日，共向省、市、臺(tái)站三級用戶手機(jī)發(fā)送各類告警短信通知34 083條，語音通知1 382次,有效保障了雷達(dá)正常運(yùn)行和資料的及時(shí)上傳,監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的可疑雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品及時(shí)得到解決。湖南省2018年新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)可用性為99.58%，同比得到大幅度提升，改變了前些年湖南天氣雷達(dá)主要考核指標(biāo)在全國靠后的局面。

5 結(jié)論

湖南省新一代天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)采用B/S技術(shù)架構(gòu)和成熟可靠的技術(shù)手段,搭建雷達(dá)數(shù)據(jù)采集、解析、處理、信息發(fā)送運(yùn)行環(huán)境,平臺(tái)具有良好的兼容性、易擴(kuò)展性、安全性、實(shí)用性,在全省各雷達(dá)站得到推廣應(yīng)用,取得良好的實(shí)效。平臺(tái)充分考慮當(dāng)前雷達(dá)業(yè)務(wù)中的各種需求,緊跟上級氣象部門提出的各種技術(shù)與管理方面的新要求,進(jìn)行動(dòng)態(tài)開發(fā)與完善,實(shí)現(xiàn)最大程度上對現(xiàn)有雷達(dá)業(yè)務(wù)平臺(tái)的補(bǔ)充。然而基數(shù)據(jù)可能還存在其它的疑誤情形，需要發(fā)現(xiàn)新的疑誤個(gè)例，提取數(shù)據(jù)疑誤特征，豐富疑誤基數(shù)據(jù)識(shí)別算法庫。