基于CIMISS的國家級(jí)自動(dòng)氣象站故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐 鳳，朱 君

(重慶市氣象信息與技術(shù)保障中心，重慶 401147)

0 引言

全球氣象災(zāi)害頻發(fā)對(duì)人類生產(chǎn)生活和生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害，因此氣象防災(zāi)減災(zāi)成為各國關(guān)注的重點(diǎn)。隨著氣象防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)的逐步深入，氣象部門建成了龐大的地基自動(dòng)化探測(cè)系統(tǒng)，為有效提升綜合觀測(cè)保障水平，提高防災(zāi)減災(zāi)能力提供了支撐[1-3]。國家級(jí)自動(dòng)氣象站作為地面觀測(cè)體系的重要組成部分，在氣象預(yù)報(bào)服務(wù)以及防災(zāi)減災(zāi)體系中發(fā)揮著重要的作用。

文章通過氣象信息共享系統(tǒng)(China Integrated Meteorological Information Service System，簡稱CIMISS)[4]提供的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口獲取國家級(jí)自動(dòng)氣象站小時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制結(jié)果，對(duì)國家級(jí)自動(dòng)氣象站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，形成故障報(bào)警信息后發(fā)送給相應(yīng)的維護(hù)人員，提升維護(hù)的效率。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于CIMISS的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口進(jìn)行國家級(jí)自動(dòng)氣象站小時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼的讀取分析，解析出每個(gè)觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的到報(bào)狀態(tài)。對(duì)于質(zhì)量標(biāo)識(shí)碼中的缺測(cè)或者數(shù)據(jù)錯(cuò)誤信息進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，形成該站點(diǎn)的故障報(bào)警信息。

隨著智能機(jī)及移動(dòng)終端的發(fā)展，通過短信方式發(fā)送故障信息的傳統(tǒng)模式，不但收費(fèi)高，容易被認(rèn)定為垃圾短信，而且發(fā)送效率也無法滿足業(yè)務(wù)需求。該系統(tǒng)通過微信的個(gè)人接口，將國家站的故障報(bào)警信息直接發(fā)送到維護(hù)人員微信終端，大大提升了報(bào)警信息的及時(shí)傳達(dá)率。

1.1 質(zhì)控碼數(shù)據(jù)獲取

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(MUSIC：Meteorological Unified Service Interface Community)，基于國省統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境(CIMISS)，面向氣象業(yè)務(wù)和科研，提供全國統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程接口(API)，為國、省、地、縣各級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)提供唯一權(quán)威的數(shù)據(jù)接入服務(wù)。針對(duì)氣象應(yīng)用系統(tǒng)，提供多種不同的服務(wù)方式，包括客戶端調(diào)用服務(wù)、Web service、REST服務(wù)和腳本服務(wù)[5，6]。

CIMISS的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(MUSIC接口)提供了多種類型的接口，均可進(jìn)行國家級(jí)自動(dòng)站質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)的讀取。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，需要對(duì)國家站每個(gè)小時(shí)整點(diǎn)的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行監(jiān)控，所以該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇“按時(shí)間、站號(hào)檢索地面數(shù)據(jù)要素”的“getSurfEleByTimeAndStaID”接口，即每小時(shí)按照重慶市35個(gè)國家級(jí)自動(dòng)氣象站的站點(diǎn)號(hào)進(jìn)行質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)的獲取。

MUSIC國家級(jí)自動(dòng)氣象站接口中提供了105種數(shù)據(jù)質(zhì)控碼，包括凍土層、積雪深度、雨凇、霧凇、云狀、云量、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、雨量和氣壓等各種要素。由于重慶市國家級(jí)自動(dòng)氣象站對(duì)凍土層、積雪深度、雨凇、霧凇等要素并未進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的需要，選取小時(shí)降雨量、氣溫、最高氣溫、最低氣溫、2 min風(fēng)向、10 min風(fēng)向、相對(duì)濕度、本站氣壓、能見度、地面溫度、草面溫度和露點(diǎn)溫度等共計(jì)48個(gè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制碼進(jìn)行分析。

1.2 故障信息生成

CIMISS提供的國家級(jí)自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制碼，共有10種類型，其中質(zhì)量控制碼3(數(shù)據(jù)為訂正值)、質(zhì)量控制碼4(數(shù)據(jù)為修改值)均認(rèn)定為數(shù)據(jù)可信；當(dāng)質(zhì)量控制碼為1(數(shù)據(jù)可疑)、2(數(shù)據(jù)錯(cuò)誤)、8(數(shù)據(jù)缺測(cè))、9(數(shù)據(jù)未作質(zhì)量控制)時(shí)，需要形成故障報(bào)警信息；當(dāng)質(zhì)量控制碼為0時(shí)，數(shù)據(jù)正確可用，為7時(shí)，臺(tái)站無該項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)；質(zhì)量控制碼5、6為預(yù)留。

為了提升故障報(bào)警信息的有效性，報(bào)警信息必須詳實(shí)。報(bào)警信息除要標(biāo)明故障站點(diǎn)名稱、站號(hào)、時(shí)間和故障的類型(數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)缺測(cè)、數(shù)據(jù)可疑)等基本信息外，還應(yīng)包含故障類型對(duì)應(yīng)的具體觀測(cè)要素。詳實(shí)的故障報(bào)警信息，可以為維護(hù)人員定位故障位置提供有益思路，能有效縮短故障處理時(shí)間，提升修復(fù)速度。

1.3 報(bào)警信息發(fā)送

國家級(jí)自動(dòng)氣象站報(bào)警信息的發(fā)送，首先保障的是及時(shí)性，在故障發(fā)生的第一時(shí)間發(fā)送報(bào)警信息。國家級(jí)自動(dòng)氣象站整點(diǎn)數(shù)據(jù)通過BUFFER文件進(jìn)行傳輸，一般在2 min之內(nèi)就可以完成CIMISS的入庫解析，為了減少由于網(wǎng)絡(luò)延遲造成BUFFER文件遲到而引起的報(bào)警信息誤報(bào)，該系統(tǒng)在整點(diǎn)5 min開始進(jìn)行質(zhì)量控制碼的解析，并形成報(bào)警信息。其次，報(bào)警信息的發(fā)送與接收必須便捷。為了提高信息發(fā)送效率，取消了傳統(tǒng)的短信模式，而是通過微信平臺(tái)發(fā)送信息，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，都可以及時(shí)收到報(bào)警信息[7]。

由于信息提示的局限性，報(bào)警信息在夜間無法起到通知維護(hù)人員進(jìn)行故障響應(yīng)的作用，所以報(bào)警信息的發(fā)送限定在每天的09：00—18：00。故障的響應(yīng)與維修，需要一定的時(shí)間，所以在一個(gè)整點(diǎn)的時(shí)間段內(nèi)，報(bào)警信息只發(fā)送1次，即采用每個(gè)小時(shí)1次的頻率進(jìn)行發(fā)送，避免在此期間頻繁發(fā)送故障報(bào)警信息，給維護(hù)維修人員造成不必要的信息困擾。

2 系統(tǒng)功能技術(shù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以Python語言實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)功能。首先讀取CIMISS的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(MUSIC接口)獲取國家級(jí)自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制碼并寫入本地?cái)?shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中讀取質(zhì)量控制碼并形成報(bào)警信息后匹配至對(duì)應(yīng)的維護(hù)人員，通過微信平臺(tái)進(jìn)行信息發(fā)送。

CIMISS的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口，提供了包括客戶端調(diào)用服務(wù)、web service、REST服務(wù)和腳本服務(wù)在內(nèi)的多種調(diào)用方式。文章采用REST服務(wù)的方式對(duì)“按時(shí)間、站號(hào)檢索地面數(shù)據(jù)要素”的“getSurfEleByTimeAndStaID”接口進(jìn)行調(diào)用，返回?cái)?shù)據(jù)類型選擇“TEXT”數(shù)據(jù)格式。由于數(shù)據(jù)庫體積小，性能穩(wěn)定，文章采用MySQL作為本地質(zhì)量控制碼的數(shù)據(jù)庫。

Python的itchat庫是一個(gè)開源的微信個(gè)人賬號(hào)接口，可以實(shí)現(xiàn)好友信息的自動(dòng)回復(fù)、發(fā)送等功能[8]。通過微信好友列表的獲取檢索，可以將好友(維護(hù)人員)聯(lián)系方式與對(duì)應(yīng)的區(qū)縣信息進(jìn)行綁定匹配，當(dāng)故障報(bào)警信息形成后，自動(dòng)發(fā)送至綁定的維護(hù)人員。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)基于CIMISS數(shù)據(jù)環(huán)境，通過對(duì)國家級(jí)自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制碼的解析，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警信息的微信自動(dòng)發(fā)送，相較于傳統(tǒng)的電話和短信模式，故障報(bào)警信息傳送的時(shí)間效率和有效性明顯提升，極大縮短了故障的響應(yīng)時(shí)間，為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

該系統(tǒng)目前只實(shí)現(xiàn)了故障報(bào)警信息的自動(dòng)發(fā)送功能，功能相對(duì)單一，如果能結(jié)合大數(shù)據(jù)和專家智能庫，對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行進(jìn)一步分析，進(jìn)而直接定位設(shè)備的故障點(diǎn)并給出相應(yīng)的維修方式，將會(huì)更好地提高故障的處理時(shí)效性。