省級氣象裝備動態管理系統設計與實現

方海濤，錢　毅，竇煒明

（安徽省大氣探測技術保障中心，合肥230031）

省級氣象裝備動態管理系統設計與實現

方海濤，錢毅，竇煒明

（安徽省大氣探測技術保障中心，合肥230031）

我國各省級氣象部門還未完全建立專用技術裝備可追溯系統，物資裝備使用和庫存總量不清、狀態不明，不利于氣象裝備保障工作高效運行。本系統在建立《氣象裝備編碼規范》基礎上，詳細梳理氣象裝備從采購、供應、檢定、維修、調撥/流轉直至報廢的工作流程，利用二維編碼、電子標簽為載體，跟蹤記錄氣象裝備狀態、屬地變化信息，通過便攜式移動終端及Web技術服務手段，進行氣象裝備和邏輯儲備庫的信息交互，建立集識別、定位、跟蹤、監控多位一體的全壽命管理模式，實現省級氣象裝備動態化管理。

氣象裝備；動態管理；物聯網；設備編碼；射頻識別

0　引言

中國氣象局非常重視氣象防災減災體系建設，綜合氣象探測系統現代化程度不斷提高，氣象裝備的種類和規模逐步增加，但在省級技術保障部門還未完全實現氣象裝備的動態信息管理。目前氣象裝備管理體系的時效性和自動化水平偏低，不僅耗費人力，其統計數據的全面性、及時性也難以保證。利用物聯網技術，建立動態信息跟蹤系統對氣象觀測站網的裝備進行科學管理，使器材供應更加及時高效，避免因得不到真實需求數據造成的無謂浪費，保證超常規消耗情況下的應急響應，設備檢定計劃的合理安排，設備維修和配件高效流轉。本系統力求實現氣象裝備管理信息化，為決策服務提供有力支持。

本系統通過結合《氣象裝備編碼規范》行業標準在省級氣象裝備動態管理系統的實現與業務應用，利用二維編碼、射頻識別以及便攜式移動終端的氣象裝備信息采集技術，將氣象裝備狀態和屬地的動態變化信息與網絡數據庫結合，進行氣象裝備和邏輯儲備庫之間的信息交換，建立識別、定位、跟蹤、監控的全壽命管理流程；提供入庫、出庫、備件申請、調撥/訂購、查詢和統計分析等需求的網絡化操作功能，實現省級氣象裝備動態化管理。

1　系統設計

1.1需求分析

氣象裝備保障工作涵蓋采購、供應、檢定、維修、調撥/流轉、報廢、統計和分析評估等各個方面。隨著氣象觀測業務現代化進程的大力推進，保障范圍內的物品數量龐大、種類型號多樣，涉及的業務單位和人員眾多，物品在生命周期內的狀態和所經歷的流程復雜多變。目前，我國氣象部門省級氣象物資裝備保障工作除少數裝備類型和個別基層單位在局部范圍內采用了信息化管理手段外，大部分情況下仍然以人工登記式管理為主，物資裝備管理職責不清晰、流程不連續，物品狀態信息不完整。

在物品的種類上，人工觀測儀器儀表、國家級自動氣象站、區域自動氣象站、高速公路氣象站、土壤濕度觀測站、雷達站備件、探空站備件、各類消耗性器材分別由不同的科室人工管理，分散入庫、分散發貨，這使得省級物資裝備使用和庫存總量不清、狀態不明，備件申領隨意性大，影響總體使用效率。

在物品的生命周期中，備品備件采購、檢定、故障、維修、報廢各個環節互不聯系，物品狀態信息記錄不全面不連續，不能跟蹤監控，難以實時準確地分區域分類型地統計消耗量、故障率，不利于備件采購計劃的擬訂和設備選型，不能高效規劃檢定時序，無法考核供應和維修響應時效。

這種局面造成省級裝備保障部門無法對保障對象進行跟蹤監控，清點統計工作量大且時效性低，電子化程度不高。本系統試圖將省級氣象裝備統一納入虛擬的網絡化邏輯儲備庫，實現對氣象物資裝備全壽命跟蹤監控，可以使各級氣象部門能更好地服務于大氣探測保障工作。

1.2設計原則

（1）建立氣象裝備編碼方法，實現對各類設備單品的唯一性標識。

（2）氣象裝備動態管理作為省級氣象裝備保障業務平臺之一，其應用貫穿于裝備供應、技術保障和計量檢定業務環節，跟蹤業務流轉中的氣象裝備動態信息。

（3）通過對業務流轉中氣象裝備狀態、屬地信息的查詢與統計，分析出反映省級技術裝備動態變化的特征，可以成為省級氣象裝備業務管理的決策依據。

（4）系統在數據采集和推送環節應用物聯網技術提高自動化水平，在軟件結構上以省級用戶需求為落腳點，可分省部署、全國推廣；在基礎信息方面，建立氣象裝備編碼方案和裝備信息數據字典，用戶可根據中國氣象局發布的相關公告，自行修改。

1.3省級裝備保障業務流程

收集省級氣象裝備類別信息，包括地面氣象觀測、天氣雷達、高空氣象觀測等類型的傳感器、采集器，天氣雷達國家級、省級和臺站級備件，探空器材及計量檢定標準器等氣象裝備。梳理省、市、縣三級氣象裝備保障業務流程，以及省級氣象裝備供應、技術保障和計量檢定業務流程，如圖1所示，設計氣象裝備業務流程邏輯數據庫。邏輯數據庫分為若干子庫，包括備件庫、在用庫、待修庫、待檢庫、消耗品庫、廢品庫等。氣象裝備在生命周期開始時，由省級氣象裝備供應部門或市縣級用戶進行首次入庫操作，其余狀態變化均在子庫中流程操作。

圖1　省市縣三級業務流程

1.4系統主要組成部分

本系統利用二維編碼方法和射頻識別技術對設備進行全壽命跟蹤與管理，能夠將設備所有的狀態變更、設備流轉等信息進行記錄、展示，從而實現對設備的跟蹤與管理，還可以將設備信息同步到國家級氣象裝備保障部門。為了便于業務人員到臺站對現場設備進行檢定或替換時，能夠快速采集設備信息，并能夠方便、快捷地將現場設備的更改信息更新到系統中，可通過移動終端軟件的研發實現該功能；系統還提供了豐富的查詢、統計功能，可以對系統中的所有設備進行各種查詢統計，并以圖表的形式展現；當行業標準發生變化時，系統對行業標準進行快速、方便的更新；同時系統還提供了設備網上申請、設備告警等功能。

省級氣象裝備動態管理系統總體結構如圖2所示。

1.4.1應用軟件

主要包括個人事務管理子系統、設備管理子系統、設備狀態管理子系統、設備申請管理子系統、預警管理子系統、檢定管理子系統、維修管理子系統、數據同步子系統、系統管理子系統。

1.4.2移動終端

通過移動終端平臺的開發，如圖2所示，實現站點在用設備信息的快速采集、處理，主要功能包括設備檢定、設備維護和系統管理。設備檢定模塊可以讓檢定人員通過移動終端軟件錄入設備的檢定結果，并可以更改設備的狀態；設備維護模塊可以讓維修人員通過移動終端軟件將替換下來的設備狀態改為待修且選擇設備的故障類型，同時將替換上的設備狀態改為在用。

圖2　系統邏輯結構圖

1.4.3數據庫

管理系統的數據庫主要由設備信息庫、業務信息庫、監測信息庫、基礎信息庫和用戶信息庫組成。數據庫建設，一方面，需要建立信息標準來統一指導數據管理，在建立統一合理的數據庫規范基礎上，指導基礎數據庫建設，確定采集和傳輸的內容；另一方面，需要利用數據庫技術，實現海量數據存儲、整理和分析。

1.4.4安全保障體系

安全保障體系建設主要包括數據傳輸的安全性、統一身份認證、審計日志、系統安全管理。

1.5系統功能

1.5.1信息收集與錄入

在本地計算機瀏覽器通過身份驗證后編輯信息內容。人工錄入時，考慮到信息的差錯率較高，允許信息錄入人員進行即時或事后的修改。如果編碼標簽標識無法識別，可以通過人工使用設備編號檢索，然后修改相關屬性信息，重新制作原編號條形碼。

1.5.2匯總發布

發布全省計量標準器、儀器儀表檢定監控信息；器材消耗、備件庫存信息等。

1.5.3網上訂購備品、備件。

各區域用戶實行網上備件申請、調撥。

1.5.4統計和分析評估

提供信息查詢和統計功能。對全省在用儀器進行分類別、分狀態、分站點查詢統計；按類別、地域和時間分析在用和庫存儀器儀表數量、消耗量、故障率和維修時效；統計結果可以柱狀圖、圓餅圖、Excel表格等方式輸出，如圖3所示。

圖3　某省各類氣象裝備故障統計示例

1.5.5監控和告警

全程監控傳感器的檢定有效時段，合理安排檢定周期。對全省在用和備份的儀器儀表、傳感器等檢定周期和儲備量按設定時限及數量閾值進行提示和報警。告警與提示信息可調整告警門限閾值，超檢定周期儀器信息向主頁面傳遞。通過短信息方式將告警和提示信息通知臺站儀器責任人和市、縣局業務管理人員。

1.5.6系統參數表管理

可以對系統中的各種參數表進行設置與增加、刪除、修改操作。各類參數表包括設備類型和名稱表、故障類型表、各種警示閾值表、各種業務規則表（如檢定日期、維護周期等）。

1.5.7用戶管理

具備不同類別用戶的創建、刪除、級別、操作權限的授予和管理。不同的用戶分別進行統計分析產品處理、裝備狀態處理、計量/檢定處理、裝備供應處理、系統維護操作。

1.5.8日志管理

對數據庫系統的應用進程、主要運行情況、數據庫主要操作和數據庫登錄等進行記錄。

2　系統實現

本系統通過對氣象裝備管理的國家和省（市）兩級部署業務需求分析，研究省級氣象裝備動態管理的業務流程、氣象裝備二維編碼方案、射頻識別和跟蹤技術、基礎信息數據字典結構、便攜式移動終端設計和定時統計數據集匯交的等具體環節的實現方法，主要內容如下。

（1）根據中國氣象局氣象探測中心的氣象裝備編碼方法，即：“版本號+裝備類別+廠商代碼+品目碼+校驗碼+型號+序列號”，建立省級氣象裝備動態變化跟蹤編碼體系。給各類氣象裝備分配一個二維編碼，每個編碼關聯的信息字段包括：生產廠家、名稱、型號、設備編號、設備圖片、入庫時間、參考價格、檢定日期、到檢日期、檢定證書編號、當前狀態（庫存、在用、待檢、在修、在檢、報廢）、所屬站號、所屬站名等，實現氣象裝備跟蹤的數字化，代碼以電子標簽的形式標識在氣象裝備表面上，便于標簽讀寫器采集氣象裝備動態變化信息。在氣象裝備業務流轉的各個環節，裝備編碼信息均是跟蹤的依據。

（2）針對氣象裝備特有的屬性特征，實現二維編碼和射頻識別技術在氣象裝備全壽命動態跟蹤的應用。因氣象裝備有在室內、野外業務運行，統籌考慮環境溫度濕度和氣象裝備表面特征對電子標簽識別的準確性和可靠性的影響，遴選適宜的電子標簽和讀寫器。

（3）分析省級氣象裝備保障業務流程特點，設計便于系統移植或業務推廣的基礎信息數據字典，包括省級行政區劃、氣象裝備型號等。設計便攜式移動終端的氣象裝備屬性變更跟蹤子系統，系統與手持終端采用Web Service模式進行數據交互。

圖4　移動終端用戶界面

（4）設計信息查詢、統計、分析和信息發布功能模塊，對省級氣象裝備進行分類別、分狀態、分站點查詢統計；按類別、地域和時間分析在用和庫存數量、消耗量、故障率和維修時效；統計結果可以柱狀圖、圓餅圖、Excel表格等方式顯示或輸出。制定定時統計數據文件上傳規范，與國家級裝備業務部門的開放式統計數據庫系統同步。

3　系統應用展望

氣象裝備編碼體制的建立可實現單體設備的唯一定位和動態跟蹤；二維編碼和射頻識別技術使得設備清點統計更為快捷高效，同時節約了大量人力；遠程手持終端可滿足現場維修日志與數據庫信息交互；各類報警功能保障實際業務總體運行穩定、可靠；數據字典的應用使得系統應用靈活，維護方便。全壽命跟蹤各設備的運行情況，不僅為供應、檢定、維修各環節提供科學依據，也為客觀評價生產廠家的產品優劣提供依據，為日后的產品選型、采購提供參考。

對于非跨省流動設備定時向中國氣象局匯交分項統計數據，對大型專用設備和配件的全國流轉信息全程記錄，為全國裝備保障管理提供分析數據。

本系統依托省級氣象裝備供應、檢定、技術保障各個業務環節，實現裝備信息的全壽命動態管理，并逐步向其他省份進行推廣，可實現如下目標：

（1）促進氣象裝備基礎信息管理的進一步信息化和規范化，增強氣象裝備專用編碼的通用性，逐步實現全國氣象裝備從生產、流通到使用的全壽命周期的編碼信息化動態管理，促進全國氣象行業及相關行業所用技術裝備管理的信息化應用水平的提高。

（2）實現各省氣象局對其物資裝備全生命周期的跟蹤監控，高速有效地統計出各省氣象局物資裝備的情況，能夠對整體的設備運行情況有宏觀的把握。

（3）自上而下建立一套完整的氣象物資裝備保障電子化業務信息管理體系，將全國氣象物資裝備統一納入虛擬的網絡化邏輯儲備庫。

主要參考文獻

［1］QXT 6-2001，氣象儀器型號與命名方法［S］.2001.

［2］QXT 7-2001，氣象儀器系列型譜［S］.2002.

［3］薛華成.管理信息系統［M］.北京：清華大學出版社，1999.

［4］施伯樂，丁寶康.數據庫系統教程［M］.北京：高等教育出版社，1999.

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.07.039

TN915.04

A

1673-0194（2015）07-0073-04

2015-01-12

中國氣象局關鍵技術集成與應用重點項目（CMAGJ2013Z19）。

方海濤（1977-），男，安徽霍邱人，安徽省大氣探測技術保障中心高級工程師，博士，主要研究方向：氣象電子技術、大氣光學探測技術。