新型自動氣象站業(yè)務(wù)運行監(jiān)控工具的開發(fā)

王建莊，余秀娟

（佛岡縣氣象局，廣東佛岡 511600）

新型自動氣象站業(yè)務(wù)運行監(jiān)控工具的開發(fā)

王建莊，余秀娟

（佛岡縣氣象局，廣東佛岡 511600）

采用C++語言開發(fā)了基于新型站的業(yè)務(wù)監(jiān)控工具，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控、數(shù)據(jù)補傳，對上傳文件進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯實時檢查、新型站業(yè)務(wù)軟件卡死后重啟等功能，并實現(xiàn)了自動備份臺站參數(shù)及數(shù)據(jù)。經(jīng)過近半年的試運行，證實能較大程度改善臺站新型站觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量。

計算機技術(shù)與應(yīng)用；自動氣象站；新型站；數(shù)據(jù)質(zhì)控；運行監(jiān)控

本研究從臺站參數(shù)自動讀?。▽崿F(xiàn)自動適應(yīng)不同的臺站觀測任務(wù)）、上傳數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯檢查、“傳輸”程序假死狀態(tài)檢測及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等3個方面分別說明，程序以VC++2010開發(fā)，代碼部分用類C語言偽代碼說明。

1 設(shè)計架構(gòu)與工作原理

考慮到程序執(zhí)行效率，采用VC++2010開發(fā)，利用C++11標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL，Standard Template Library）中的容器及內(nèi)置算法來實現(xiàn)高效的檢測功能，主要分為臺站參數(shù)讀取模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、網(wǎng)絡(luò)切換及數(shù)據(jù)備份模塊等，主要功能放在數(shù)據(jù)檢測模塊上。長Z文件檢測是在其上傳前1 min從AWSNET目錄讀取，并檢測，如果數(shù)據(jù)有缺測或沒有質(zhì)控等則給予提示。網(wǎng)絡(luò)檢測是每5 min讀取業(yè)務(wù)“傳輸”軟件的日志，分析是否已經(jīng)上傳。如果沒有當(dāng)前上傳文件的傳輸記錄則先檢測有線網(wǎng)絡(luò)是否暢通，暢通則重啟“傳輸”軟件，否則啟動3G無線網(wǎng)絡(luò)，其流程如圖1所示。

圖1 監(jiān)控工具的流程圖

2 技術(shù)實現(xiàn)

2.1 自適應(yīng)不同臺站觀測任務(wù)的實現(xiàn)

國家級臺站按臺站類型分為基準(zhǔn)站、基本站和一般站，不同類型的臺站觀測任務(wù)不同，臺站配備的觀測儀器也有差別。因此監(jiān)控工具實現(xiàn)了自動讀取臺站參數(shù)，根據(jù)不同的臺站配置實現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)測任務(wù)。新型站業(yè)務(wù)軟件分為3個部分，分別為“臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件_業(yè)務(wù)”（MOI）、“臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件_傳輸”（MoiFtp）、“臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件_采集”（SMO）。3個程序分別簡稱新型站“業(yè)務(wù)”軟件、“傳輸”軟件和“采集”軟件［3］。3個軟件安裝目錄不同，均有自己的配置參數(shù)，因此需要分別讀取3個程序的參數(shù)配置。采用了枚舉進(jìn)程的辦法獲取這3個軟件的安裝目錄，然后分別讀取3者的參數(shù)配置，從而獲取臺站的類型、觀測任務(wù)等。

1）通過程序進(jìn)程獲取測報業(yè)務(wù)軟件安裝目錄。

利用進(jìn)程快照，枚舉出所有進(jìn)程，然后根據(jù)傳入的進(jìn)程名字來獲取進(jìn)程的目錄。新型站業(yè)務(wù)軟件采集、業(yè)務(wù)、傳輸?shù)?個進(jìn)程名字分別為“臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件_采集.exe”、“MOI.exe”、“MoiFtp.exe”，因此編寫一個函數(shù)來讀取這3個程序的目錄。

2）參數(shù)的讀取。

新型站業(yè)務(wù)軟件的參數(shù)均采用了XML（可擴展標(biāo)記語言）文件保存，因為VC++沒有自帶XML解析器，而且配置文件體積不大，監(jiān)控工具只是在啟動時才讀取參數(shù)，所以采用了直接讀取解析的方法。按文本文件的格式打開XML文件，根據(jù)需要解析出所需參數(shù)，通過傳入不同節(jié)點名字實現(xiàn)了通用。以讀取“傳輸”軟件的正點上傳數(shù)據(jù)傳輸時間為例，獲取在正點后幾分幾秒上傳，以便于在此時間點對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯檢查。

2.2 上傳數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯實時檢查

目前新型站上傳的數(shù)據(jù)主要是地面氣象要素數(shù)據(jù)文件，簡稱“長Z文件”，該文件除包含自動觀測項目外，還包含了人工觀測項目，在定時觀測時間需要人工質(zhì)控，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確［3］?！伴LZ文件”是目前天氣預(yù)報中主要的地面觀測資料來源，也是MDOS（氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)）生成地面月報表的數(shù)據(jù)來源。因此對長Z文件實時質(zhì)控是非常重要的。由于長Z文件會定時上傳，所以需要在文件上傳前完成數(shù)據(jù)檢測，才不至于事后再發(fā)更正報文。

業(yè)務(wù)邏輯檢查主要實現(xiàn)了長Z文件的缺測檢查、定時觀測時次的人工質(zhì)控檢查，對受降水影響造成的自動蒸發(fā)異常、日上傳數(shù)據(jù)缺測、深層地溫膠管進(jìn)水造成深層地溫變化趨勢異常等情況進(jìn)行實時檢測。

1）定時觀測時次未人工質(zhì)控的實時檢測。

在國家基本站及基準(zhǔn)站每天北京時08：00、11：00、14：00、17：00、20：00需要輸入人工觀測項目，如果未輸入人工項目，新型站“業(yè)務(wù)”軟件會生成1份有缺測字符的長Z文件上傳，造成MDOS系統(tǒng)反饋錯誤。所以需要在文件上傳前完成檢測，方法是在文件上傳前檢測文件的質(zhì)控碼及總低云量等人工項目。一般情況下，臺站設(shè)置了正點數(shù)據(jù)上傳時間，如04：30定時上傳，因此需要讀取臺站的上傳時間設(shè)置，在該時間點提前1 min來檢測。其實現(xiàn)的偽代碼為：

2）蒸發(fā)異常及深層地溫進(jìn)水檢查。

蒸發(fā)量與溫度、濕度、風(fēng)速等要素有關(guān)，但如果當(dāng)時有降水，即使風(fēng)速很大，小時自動蒸發(fā)量如果偏大還是要按異常來處理，需要值班員人工處理并上傳更正報。而如果在沒降水的情況下，風(fēng)速大、濕度低、溫度高則允許蒸發(fā)量大點，所以如果檢測小時蒸發(fā)大于指定值則需判斷并給出錯誤或可疑的警告，其實現(xiàn)偽代碼為：

深層地溫膠管如果進(jìn)水了（膠管連接處沒有密封造成），深層地溫表現(xiàn)為變化趨勢異常，但相鄰2 min的變化不明顯，所以一般的質(zhì)控程序難以發(fā)現(xiàn)。采用滑動60 min時間內(nèi)最大值與最小值之差來檢測，可以實現(xiàn)實時檢測趨勢異常（已經(jīng)排除相鄰分鐘變化異常）。采用C++的標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）中的“隊列”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是數(shù)據(jù)先入先出（FIFO）［4］，不到60 min則入隊，超過60 min則最先入隊的數(shù)據(jù)出隊，從而保證最新的60 min的數(shù)據(jù)隊列，實現(xiàn)實時趨勢異常檢測。其偽代碼為：

3）日數(shù)據(jù)缺測檢查。

目前的新型站軟件上傳日數(shù)據(jù)時間為當(dāng)日24：00后，目的是為了實現(xiàn)自動視程障礙天氣現(xiàn)象的跨日界的綜合判別。但無論是廣東省還是其他省份，都存在著日數(shù)據(jù)缺測現(xiàn)象，表現(xiàn)為上傳日數(shù)據(jù)文件20：00—08：00、08：00—20：00雨量、天氣現(xiàn)象等要素缺測，并造成MDOS疑誤反饋，影響臺站數(shù)據(jù)上傳及時率及可用率（圖2）。所以只要根據(jù)日數(shù)據(jù)的文件格式，在指定時間去檢測該文件相關(guān)字段是否為缺測符號，即可給出判斷。在第2天值班交接時給予提示，及時發(fā)送更正報，避免MDOS發(fā)送疑誤反饋，提高臺站數(shù)據(jù)可用率。

圖2 日數(shù)據(jù)缺測的MDOS提示

2.3 雨量記錄與天氣現(xiàn)象矛盾的檢測

滯后降水及異常降水主要體現(xiàn)在有降水量沒有降水時間記錄。目前新型站“業(yè)務(wù)”軟件不能識別，MDOS也不能及時識別，只能人工判別或等到報表審核時才能查出。所以如果能在定時觀測時次給予及時檢測，對滯后或異常降水給予提醒，則能避免上述問題。為了節(jié)省空間，采取了“位”（bit）存儲，每分鐘占一位，因為夜間不記錄起止時間，所以僅檢測白天的記錄。采用C ++11版本STL的bitset容器。bitset為內(nèi)含bit或BOOL值的固定大小的數(shù)組，支持“與”、“或”、“非”等位運算，其內(nèi)部實現(xiàn)了all（）、any（）等位檢測算法［4］。在天氣現(xiàn)象記錄中，有降水現(xiàn)象的記錄，其分鐘置為“0”，沒有降水現(xiàn)象的，分鐘置為“1”；在原始分鐘數(shù)據(jù)中，有降水則置為“1”，無降水則置為“0”。如果沒有降水記錄，但兩者經(jīng)過“與”運算（0＆1==0，1＆1== 1）后為“1”的話，則說明有滯后或異常降水，其關(guān)鍵代碼為：

2.4 “傳輸”程序假死狀態(tài)檢測及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

在新型站3個程序中，“傳輸”軟件會監(jiān)控“采集”、“業(yè)務(wù)”軟件是否運行，發(fā)現(xiàn)沒有運行會自動啟動。但在業(yè)務(wù)中發(fā)現(xiàn)“傳輸”程序每10 s檢測一次網(wǎng)絡(luò)，以判斷網(wǎng)絡(luò)是否暢通。但檢測頻率太高，偶爾網(wǎng)絡(luò)堵塞時會造成“傳輸”軟件假死，但此時網(wǎng)絡(luò)還是通的。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不能上傳時先檢測網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通則重啟“傳輸”軟件，否則就啟動3G無線網(wǎng)絡(luò)［6］?？紤]目前臺站普遍為每5 min上傳一次數(shù)據(jù)，所以在每5 min檢測上傳情況，檢測時間滯后1 min即可，其偽代碼為：

為了方便快速切換到備份計算機，新型站監(jiān)控工具實現(xiàn)了一鍵備份臺站參數(shù)，包含了新型站“采集”、“業(yè)務(wù)”、“傳輸”3個軟件的所有參數(shù)，并實現(xiàn)了定時備份原始數(shù)據(jù)的功能，可以實現(xiàn)快速切換備份計算機，或拷貝安裝新的業(yè)務(wù)計算機所需數(shù)據(jù)，程序截圖如圖3所示。因為檢測任務(wù)是根據(jù)臺站參數(shù)而設(shè)定不同的檢測功能，而且適配了中國聯(lián)通、中國電信等3G無線網(wǎng)絡(luò)，所以也適用于其他省份的新型自動氣象站。

圖3 監(jiān)控工具的運行界面

3 運行效益

該程序從2016年開始在本站試運行，經(jīng)實踐檢驗，發(fā)現(xiàn)可以實時檢測到網(wǎng)絡(luò)故障，能對上傳文件進(jìn)行指定的業(yè)務(wù)邏輯檢查，有效避免了目前業(yè)務(wù)軟件的缺陷，提高了臺站的數(shù)據(jù)可用率、來報率及MDOS的反饋及時率。從MDOS系統(tǒng)查詢清遠(yuǎn)全市2016年1月1日到4月12日為止的反饋率，可以看到佛岡站12 h的反饋率為100%，疑誤數(shù)據(jù)查詢數(shù)為43個，為全市最少，如圖4所示。

圖4 2016年1—4月清遠(yuǎn)市MDOS疑誤查詢

目前，新型自動氣象站已經(jīng)在全省各級臺站普及，通過每月廣東省信息探測中心下發(fā)的觀測設(shè)備運行情況表可以發(fā)現(xiàn)，每月均有業(yè)務(wù)“傳輸”軟件因網(wǎng)絡(luò)阻塞而造成的數(shù)據(jù)遲發(fā)問題。在MDOS系統(tǒng)上也經(jīng)常會出現(xiàn)日數(shù)據(jù)缺測情況，所以針對這些問題而開發(fā)監(jiān)控工具是非常及時且必要的，可切實提高臺站的業(yè)務(wù)質(zhì)量。但對觀測業(yè)務(wù)自動化的趨勢來說，僅及時提醒還不能滿足業(yè)務(wù)需求，在正點數(shù)據(jù)缺測的情況下，實現(xiàn)前后10 min數(shù)據(jù)自動代替，在日數(shù)據(jù)缺測的情況下自動生成日數(shù)據(jù)并上傳等功能還需要繼續(xù)完善。

［1］黃曉華，閻友民.新型自動氣象站的結(jié)構(gòu)特點及傳感器的日常維護(hù)與維修［J］.沙漠與綠洲氣象，2015，9（z1）：156-158.

［2］陳冬冬，楊志彪，施麗娟，等.新型自動氣象站結(jié)構(gòu)特點及其優(yōu)越性［J］.氣象水文海洋儀器，2011，28（4）：93-99.

［3］黃思源，劉鈞.新型自動氣象站觀測業(yè)務(wù)技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2014：49-146.

［4］Nicolai M.Josuttis.C++標(biāo)準(zhǔn)庫［M］.2版.侯捷，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2015：638-654.

［5］中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司.地面氣象測報業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件操作手冊［M］.北京：氣象出版社，2004：33.

［6］王建莊，余秀娟.國家級自動氣象站應(yīng)用APN自動補傳的實現(xiàn)［J］.廣東氣象.2015，37（4）：73-76.

［7］劉鑄飄.自動站實況圖形監(jiān)控及災(zāi)害預(yù)警程序的設(shè)計［J］.廣東氣象，2013，35（6）：73-78.

［8］馬祖勝，鄭細(xì)華，謝玉仙.提高自動站質(zhì)量控制的措施［J］.廣東氣象，2013，35（6）：79-80.

［9］鐘少君，溫亞麗，李運斌，等.基于VML標(biāo)記語言的自動氣象站監(jiān)控［J］.廣東氣象，2011，33（5）：52.

［10］王建莊，許沛林，彭惠英，等.II型自動站數(shù)據(jù)采集的實時質(zhì)量控制［J］.廣東氣象，2009，31（5）：57-58.

圖2 2010—2014年各月累計采集器維修次數(shù)

由于篇幅的限制，區(qū)域自動氣象故障情況分析沒有給出各個縣的故障情況，同樣是山區(qū)，同樣是沿海，采集器故障率可以最高，也可以最低，說明區(qū)域自動站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、防雷工程存在不同程度的問題［7］，不同地市的故障率，有些逐年增加，有些逐年降低，而降低的地市大都進(jìn)行過硬件改造。本研究中各地市得出的信息能較全面反映各地區(qū)故障維護(hù)的特點，能為各地市的裝備保障工作提供一定的指示［8］。就裝備保障工作而言，除了完善和提高設(shè)備本身的性能之外，要降低區(qū)域自動氣象站的故障率，可以通過科學(xué)安排、加強管理、增加培訓(xùn)來實現(xiàn)，特別是要加強對外包公司的培訓(xùn)和提高要求。區(qū)域自動氣象站采集器內(nèi)部器件情況的分析，能為今后電路的設(shè)計提供一定的指導(dǎo)意見，通過不斷完善設(shè)備設(shè)計的合理性、優(yōu)化設(shè)備的性能，以期不斷提高裝備保障效率。

參考文獻(xiàn)：

［1］涂愛琴，黃磊，劉彬.山東省自動氣象站2011—2013年運行維修情況評估與分析［J］.氣象水文海洋儀器，2015，33（1）：113-117.

［2］吳小芳，伍志方，葉愛芬.廣東一次強對流天氣過程分析［J］.廣東氣象，2011，33（1）：5-7.

［3］詹利群，黃煒萱，陳德誠.自動氣象站中心站資料傳輸流程優(yōu)化實踐［J］.氣象研究與應(yīng)用，2013，34（3）：68-71.

［4］羅鳳明，邱勁飚，李偉權(quán)，等.區(qū)域自動氣象站故障排查及典型事例分析［J］.廣東氣象，2008，30（3）：51-53.

［5］陳艷果.新建地面氣象自動站資料質(zhì)量控制方法設(shè)計［J］.河南科技，2013（10）：160.

［6］羅征，馬祖勝.自動氣象站的運行和維護(hù)［J］.廣東氣象，2008，30（5）：63-64.

［7］呂海勇，李文飛，吳堅.1995—2014年廣東省雷電災(zāi)害事故的統(tǒng)計分析［J］.廣東氣象，2015，37（6）：52-55.

［8］陳綠文，黃智慧，禹繼，等.一次人工觸發(fā)閃電事件的定位誤差分析［J］.廣東氣象，2010，32（1）：11-14.

TP39

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.018目前，新型自動站已經(jīng)在廣東省所有國家級氣象自動站運行，較之II型站在硬件上有較大提升，如在傳感器接入方面有較強的擴展能力。在新型站業(yè)務(wù)軟件方面，較之II型站也變化較大，在數(shù)據(jù)實時質(zhì)控有較大提升［1-2］。但在地面氣象觀測業(yè)務(wù)中，發(fā)現(xiàn)存在不少問題，而且這些問題在全國范圍內(nèi)普遍存在，如不定期生成空白（表現(xiàn)為全部缺測）的日上傳數(shù)據(jù)、FTP傳輸間斷性卡死等。針對上傳數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯檢查也尚不完備，如定時觀測時次未人工質(zhì)控不會警告、雨量與天象記錄矛盾不會提示等。因為新型站運行不久，目前國內(nèi)未找到類似工具或項目的開發(fā)。因此，針對業(yè)務(wù)需求，開發(fā)相應(yīng)的業(yè)務(wù)監(jiān)控工具，能顯著改善因此類問題而影響的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2016-03-15

廣東省氣象局2013年度項目“在臺站一級實現(xiàn)自動站實時及非實時質(zhì)量控制（編號2013B36）”

王建莊（1979年生），男，工程師，大專，現(xiàn)主要從事站網(wǎng)管理工作。E-mail：25936342@qq.com

王建莊，余秀娟.新型自動氣象站業(yè)務(wù)運行監(jiān)控工具的開發(fā)［J］.廣東氣象，2016，38（5）：69-73.