遵義新一代天氣雷達監控軟件的設計與實現

郭曉超，何周見，姚成勇，姚章福

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

遵義新一代天氣雷達監控軟件的設計與實現

郭曉超，何周見，姚成勇，姚章福

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

基于C/S軟件結構，使用Visual Studio 2010平臺、C#編程語言等技術，實現對雷達運行狀態和資料傳輸的監控與報警。軟件主要由監測模塊和報警模塊組成，監測模塊通過讀取二進制狀態文件實現對雷達狀態的監控，通過判斷文件生成時間和計算機系統時間的差值實現對資料生成和傳輸的監測，同時保存故障狀態用于分析故障原因。報警模塊主要實現語音、短信、微信、電話等多種報警方式。自2015年3月投入業務運行以來，軟件運行穩定可靠，故障提醒及時準確，極大地縮短值班人員的故障響應時間。同時，軟件監測生成的故障狀態信息有助于快速判斷雷達故障原因，有效提高雷達故障維修效率。

雷達監控；資料管理；多種報警方式；雷達維修

1 引言

近年來，遵義暴雨、冰雹等災害性天氣突發多發，新一代多普勒天氣雷達作為中小尺度天氣系統監測預警的工具，其重要性愈發凸顯[1,2]，因此，提高雷達系統的可用性，特別是保障重大天氣過程中雷達的正常運行，成為雷達機務保障人員的重要職責。雷達業務軟件眾多，單純依靠人工監控其運行狀態，容易導致效率低下，監控往往不及時，部分小故障可能由于沒有及時發現導致雷達長時間運行異常，對系統可用性產生重大影響[3]。同時，在維修雷達時，常常需要了解出現故障后的系統狀態，但是雷達狀態文件實時更新，只能看到當前狀態，不利于故障原因的快速診斷[4]。網絡暫時中斷會導致雷達廠家提供的實時處理程序(下文簡稱“實時處理程序”)停止運行，計算機和雷達系統出現問題也可能導致上述故障產生，實時監控和網絡連接狀態對于判斷網絡問題引起的雷達故障非常重要。為提高雷達業務監控的智能化水平，及時發現故障，快速判斷故障原因，保障雷達的正常運行，減輕值班人員的工作壓力，開發了新一代多普勒天氣雷達監控軟件(下文簡稱“監控軟件”)。軟件主要實現對雷達運行和資料傳輸情況的自動監控，并可通過語音、短信、電話、微信等多種方式進行報警，提高雷達故障發現的及時性和維修速度，同時對雷達資料進行管理，保證雷達業務軟件在無需人工干預的情況下長時間穩定運行。

2 軟件簡介

2.1 軟件界面

監控軟件主界面如圖1所示。

圖1 軟件界面Fig.1 The software interface

為保證軟件運行穩定流暢和及時監測雷達故障，在軟件界面上僅保留必要的顯示項目：工具欄、故障狀態顯示區域和狀態信息條。工具欄包括檢測和配置兩個按鍵，檢測鍵用于設置監控軟件是否檢測，當軟件啟動時，默認為檢測狀態。配置鍵用于調用配置文檔(如圖2所示)，需要設置的參數分為8個項目：①“基數據生成”、“基數據傳輸”、“產品傳輸”、“狀態傳輸”和“拼圖傳輸”等5個項目均包括“路徑”、“時間”、“是否刪除”和“保留文件數”等4個參數，其中“路徑”為相應資料文件的路徑，“時間”用于判斷是否有新文件生成，“是否刪除”指示是否刪除該路徑下的文件，“保留文件數”指定需要保留最新文件個數；②“狀態文件”項目只包含一個“路徑”參數，設置雷達原始狀態文件路徑，用于檢測雷達系統運行狀態；③“網絡測試IP”項目只包含1個“IP”參數，設置為雷達采集機子系統的IP，用于判斷雷達終端與雷達系統之間網絡連接是否正常；④“Archive文件”項目包含“路徑”和“是否刪除”2個參數，“路徑”設置為經RPG轉換后的雷達基數據文件路徑，“是否刪除”指示是否定時刪除基數據。

圖2 參數設置界面Fig.2 The parameter setting interface

故障狀態顯示區域分為“傳輸”和“狀態文件”兩列，均以紅綠燈的方式顯示。“傳輸”列共有6個指示燈，分別表征5種資料傳輸情況和1個網絡連接情況，正常狀態為綠燈，當對應模塊出現故障時，相應指示燈顯示為紅色。“狀態文件”列有5個指示燈，正常狀態為綠燈，當沒有找到狀態文件時，“文件”指示燈為紅色；狀態文件中包含“伺服”、“接收”、“發射”和“整機”4個子系統的狀態，當某個子系統出現故障時，對應指示燈顯示為紅色。

狀態信息條顯示最新檢測信息，包括檢測時間和檢測狀態，其中檢測狀態分為“開始檢查”和“檢查結束”兩種。該狀態信息條用于值班人員判斷監控軟件運行是否正常，軟件檢測速度是否滿足要求。

2.2 主要實現功能

監控軟件主要實現以下功能：雷達運行狀態監控、資料生成和傳輸的監控、網絡監控、資料管理、雷達故障信息的本地化存儲和多種方式報警。檢測時間間隔設置為30 s，單次檢測需要的時間在2 s左右，檢測到故障時本地化存儲，如果連續5次檢測到故障，通過多種方式報警，從雷達出現故障到報警的時間差在130 s左右(包括4個檢測間隔和5次檢測時間)。雷達系統常常存在能自動修復的小故障，故障時間一般在2 min以內，如果檢測到故障立即報警，會導致報警頻繁，而大部分故障不需要處理；設置為連續5次檢測到故障時報警，可使故障提醒更加準確有效。

2.3 技術方法

軟件基于.NET 4.0，使用C#語言開發而成，可在Windows XP、Windows 7、Windows Server 2003等操作系統下運行。由于監控是其最重要的功能，必須滿足運行穩定、狀態檢測快速準確、界面簡潔等要求，因此采用基于C/S模式的軟件體系結構，雷達故障狀態和系統設置均以文本文件方式存儲[5]。自2015年3月投入業務運行以來，運行穩定流暢，檢測速度快，故障提醒及時準確，雷達故障記錄信息有助于快速判斷故障原因，提高雷達維修速度。

3 各部分功能的實現

3.1 雷達運行狀態監控

實時處理程序將各子系統的運行狀態實時同步到終端顯示，并以二進制形式存儲于狀態文件status.dat中。監控軟件通過讀取狀態文件來監控雷達狀態，監控內容具體分為伺服子系統、接收子系統、整機系統、發射子系統等，各子系統狀態的判斷相互獨立，監控流程如圖3所示。

圖3 雷達運行狀態監控流程Fig.3 The monitoring process of radar operation

雷達狀態文件中不同子系統狀態信息占用字節固定，每個位的值(0或1)表示相應雷達狀態是否正常。為提高文件解析速度，首先將發射子系統、接收子系統、伺服子系統和整機系統狀態分別作為整體進行檢測，如果正常則不需要對每個位進行檢測，只有存在故障時才對每個位進行檢測，如接收報警信息占用兩個字節，使用BinaryReader. ReadUInt16()函數讀取并賦值給一個UInt16變量，該變量在正常情況下取值為65535(二進制為“1111111111111111”)，如果存在故障時再對每個位進行檢測并記錄故障，如果連續5次檢測均存在故障，則通過多種方式報警。

接收機位狀態檢測的關鍵代碼如下：

public void receiverErrRecord(UInt16 receiver)

{

UInt16 comp = 1;

string[] statusName = new string[]{ "0", "0", "0", "0", "0", "0" ,"頻綜故障","0","0", "0", "接收-5V電源故障", "0","接收+24V電源故障","接收+15V電源故障", "接收+5V 3A電源", "接收+12V電源故障"};//每位對應的雷達故障狀態

for (int i = 0; i < 16; i++)

{

if ((statusName[i] != "0") & (receiver & comp) == 0)

{

string text = DateTime.Now.ToString() + statusName[i] + "故障!";

RecordWrite(text);//保存雷達故障狀態

}

receiver = (UInt16)(receiver >> 1);

}

}

3.2 資料傳輸監控

遵義新一代多普勒天氣雷達體掃模式為VCP21，6 min左右生成一個基數據，軟件檢測最新基數據文件生成時間與計算機系統時間的時間差Td，當Td大于閾值T(默認為10 min)時，認為沒有新文件生成，如果連續5次檢測都沒有新文件生成，則通過多種方式進行報警，并在軟件界面相應位置顯示紅燈并記錄故障信息，監控流程如圖4所示。

基數據、產品、狀態文件在傳輸之后在本地保存有備份文件，通過檢測最新備份文件時間與計算機系統時間的時間差來判斷文件是否正常傳輸，流程與基數據生成監控相同。

圖4 雷達資料傳輸監控流程Fig.4 The monitoring process of radar data transmission

資料生成和傳輸監控的關鍵代碼如下：

bool datacheck(string item, string type)

{

bool isnew = false;//指示是否有新文件生成

string filepath=ReadconfigValue(item, "路徑");文件路徑

if (Directory.Exists(filepath))

{

FileInfo[] files = new DirectoryInfo(filepath).GetFiles(type);//產品目錄

if (files.Length > 0)

{

List listFile = new List(files);

listFile.Sort(new Comparison(delegate(FileInfo a, FileInfo b)

{

return a.CreationTime.CompareTo(b.CreationTime);

}));//文件按時間順序排序

if(listFile.Last().CreationTime.AddMinutes(10) > DateTime.Now)

{

isnew = true;

}

}

return isnew;

}

}

3.3 網絡連接監控

雷達實時處理程序停止運行在雷達故障中占有較大比例，其故障原因較多，可能是網絡延遲太大或暫時中斷引起，也可能是計算機軟硬件故障引起，還可能是雷達系統故障引起。網絡延遲太大或暫時中斷這類網絡問題常常在一段時間后網絡會自動恢復正常，而雷達則需要重啟實時處理程序之后才能恢復正常。造成網絡延遲大和暫時中斷的原因很多，包括某個網絡節點交換機性能不穩定、計算機病毒和局域網被攻擊等，此類故障的處理也較為困難。因此，實現對網絡連接狀態的自動監控并對網絡故障實時記錄和報警非常重要。雷達監控軟件每隔1 s檢測網絡連接情況，網絡不通時實時記錄，當網絡斷開時間大于2 min時，通過多種方式進行報警。

3.4 雷達資料管理

為保證雷達業務軟件的正常運行，防止大量歷史資料造成軟件運行速度變慢，甚至軟件運行異常，需要對多余的垃圾文件及時清理。需要管理的資料主要有：原始雷達基數據、格式轉換后的存檔雷達基數據、基數據傳輸后的本地備份文件、23類雷達產品傳輸后的本地備份文件、雷達狀態文件傳輸后的本地備份等，各類資料單獨管理，軟件可通過配置文件設置是否需要刪除及需要保留的文件數。格式轉換后的存檔雷達基數據以“archive2.***”為文件名存儲，其中“***”從001開始從低到高依次變化，當到達999之后，將不再生成格式轉換后的存檔基數據，導致上傳不成功。由于存檔基數據需要實時上傳，如果刪除時間太頻繁會影響資料傳輸，因此設置為每天08時30分定時刪除。為防止監控軟件出現故障導致資料未能及時刪除，在每個檢測時段檢測存檔基數據文件個數，如果文件個數大于800時，刪除全部存檔基數據文件。對雷達原始基數據、產品和傳輸資料的備份文件則在每個檢測時段檢測文件個數，當文件數大于設置個數N時，僅保留最新的N個文件，其它文件刪除。

3.5 多種報警方式

雷達業務值班人員由于精力有限，無法實時查看各部分雷達軟件的運行情況，甚至不能實時通過監控軟件界面查看雷達運行狀態。通過多種方式報警是及時發現故障最直接、最及時、最穩妥的方式。雷達監控軟件實現了語音、短信、微信、電話等多種報警方式，可確保值班人員及時掌握雷達故障。

3.5.1 語音報警 語音報警是通過調用本地計算機的音頻文件來實現語音提醒功能，其好處是簡單、快捷，但要求值班人員必須在現場。

3.5.2 云端與本地互相監控 利用西部數碼公司的云服務器實現與業務相關的互聯網服務，在云服務器上開通ftp服務，將本地的監控狀態文件實時傳送到ftp服務器，同時在云端對雷達狀態進行監控，當沒有狀態文件上傳到ftp服務器時，提示可能存在網絡故障，從而保證在局域網出現故障時，監控仍然可用。同時，本地的監控軟件實時檢測與云服務器的網絡連接情況，網絡不通時報警。

3.5.3 電話和短信報警 傳統的電話自動呼叫功能開發較為繁瑣，需要實現文字到語音的轉換、電話呼叫邏輯程序編寫、modem與運營商線路的對接等功能，開發成本高，時間長，且無法獲取通話的狀態信息。即時通訊云是近年來發展較快的通訊云服務，以通信為核心，連接各個應用，與傳統通訊系統無縫對接，開發者在無需部署任何通訊硬件的情況下，僅用幾行代碼即可實現電話、短信、視頻等功能，極大地提高了開發效率。在報警內容方面，考慮到“從文本到語音”(TTS)相關軟件使用費用較高，監控軟件采用固定報警內容的方式，使用免費的語音詞條來實現。關鍵代碼如下：

string ret = null;

CCPRestSDK.CCPRestSDK api = new CCPRestSDK.CCPRestSDK();

bool isInit = api.init("服務地址", "服務端口號");

api.setAccount("用戶名", "密碼);

api.setAppId("應用編碼");

if (isInit)

{

Dictionary retData = api.LandingCall("呼叫對象電話號碼", "詞條", "外顯號碼");

ret = getDictionaryData(retData);

}

else

{

ret = "初始化失敗";

}

3.5.4 微信報警 微信是最為常見的手機APP之一，通過微信報警可以提高監控軟件的可用性。實現微信報警功能有兩個技術方案：第1個方案是通過微信公眾號向值班員賬號發送報警信息，該方式需要獲取公眾號的開發權限，并且需要通過運營服務器中轉；第2個方案是在微信APP中開啟“QQ郵箱提醒”功能，同時將微信與QQ郵箱關聯，通過向QQ郵箱發送報警郵件的方式實現。本監控軟件使用第2個方案實現，即在監測到雷達或者網絡異常時，發送郵件到值班員的QQ郵箱，微信會第一時間在相關聯的值班員賬戶上進行提醒，達到報警的目標。

關鍵代碼：

System.Net.Mail.SmtpClient client=new System.Net.Mail.SmtpClient("smtp.163.com");//確定smtp服務器地址。實例化一個Smtp客戶端

string strFrom = string.Empty;

strFrom = "發送郵件地址";//生成一個發送地址

MailAddress from = new MailAddress(strFrom, "發件人", Encoding.UTF8);//構造一個發件人地址對象

MailAddress to = new MailAddress("收件人郵箱地址", "收件人", Encoding.UTF8);//構造一個收件人地址對象

MailMessage message = new MailMessage(from, to);//構造一個Email的Message對象

//添加郵件主題和內容

message.Subject = "郵件標題";

message.SubjectEncoding = Encoding.UTF8;

message.Body = "報警內容i";

message.BodyEncoding = Encoding.UTF8;

client.DeliveryMethod = SmtpDeliveryMethod.Network;

message.BodyEncoding = System.Text.Encoding.UTF8;//設置郵件的信息

message.IsBodyHtml = true;//如果服務器支持安全連接，則將安全連接設為true。

//gmail支持，163不支持，如果是gmail則一定要將其設為true

client.EnableSsl = false;

//設置用戶名和密碼。

//string userState = message.Subject;

client.UseDefaultCredentials = false;

string username = "發件人郵箱";

string passwd = "發件人郵箱密碼";

NetworkCredential myCredentials = new NetworkCredential(username, passwd);//用戶登陸信息client.Credentials = myCredentials;

client.Send(message);//發送郵件

MessageBox.Show("發送成功!");//提示發送成功

4 結語

及時發現雷達故障并快速處理是雷達值班機務人員的重要職責，雷達業務軟件眾多，通過人工監控雷達運行狀態的方式易導致發現故障不及時、值班人員工作壓力大等問題，監控軟件實現對雷達運行狀態、資料傳輸情況和網絡連接狀態進行自動監控，在2015年3月投入業務運行以后，報警信息及時準確，減少了雷達故障響應時間，減輕了值班人員的工作壓力。雷達和網絡故障記錄信息是分析故障原因的重要依據，而雷達系統生成的原始狀態文件只保留最新的雷達狀態信息，監控軟件實時保存雷達和網絡故障信息，有助于快速判斷故障原因，提高雷達維修速度。雷達業務軟件眾多，基數據和資料傳輸后的本地備份文件長時間累積會造成業務軟件運行速度變慢，甚至運行異常，本監控軟件具有資料管理功能，實現了在沒有人工干預的情況下各業務軟件的長時間穩定運行。氣象部門業務系統繁多，如CMACast、遵義氣象手機客戶端等，如何保證這些系統的正常運行，及時發現故障，本監控軟件的開發可為其提供一定的參考。

[1] 張騫, 陳海燕, 呂慶利, 等. 新一代天氣雷達集成監控平臺開發[J]. 現代雷達, 2016, 38(8):80-83.

[2] 郭春輝, 袁微, 周彥. CINRAD雷達運行狀態監控系統的設計與應用[J].廣東氣象, 2016, 38(3):74-76.

[3] 張玲, 周紅根, 郭一飛, 等.多普勒雷達實時數據傳輸監控與報警系統的研究[J].氣象水文海洋儀器, 2015,33(3):22-25.

[4] 陳關清,王麗,甑廷忠,等. 新一代天氣雷達質量考核與故障信息共享系統[J].貴州氣象, 2013, 37(6):42-44.

[5] 張玲, 周紅根, 郭一飛, 等.多普勒雷達實時數據傳輸監控與報警系統的研究[J].氣象水文海洋儀器, 2015,33(3):22-25.

Design and implementation of a new generation weatherradar monitoring system in Zunyi

GUO Xiaochao,HE Zhoujian,YAO Chengyong,YAO Zhangfu

(Zunyi Meteorological Service, Zunyi 563002, China)

In order to timely monitor and alarm the radar running and data transmission status, based on the C/S software structure, radar monitoring system was designed by using C# programming language with Microsoft Visual Studio 2010 platform. The software is mainly composed of a monitoring module and alarm module, monitoring module monitor the radar running state by reading the binary state file, monitoring the data generation and transmission by the difference of file generation time and computer system time, at the same time, fault state was saved to analyze failure cause. Alarm module mainly realizes multiple alarm of voice, SMS, WeChat, telephone. Since it was put into operation in March 2015, the operation of the software is stable and reliable, and the alarm is prompt and accurate, which greatly shortens the response time of the personnel on duty. At the same time, the fault state information generated by the software monitoring can help to judge the cause of the radar fault and improve the efficiency of radar fault maintenance.

radar monitoring; data management; multiple alarm; radar maintenance

1003-6598(2017)01-0064-05

2016-09-29

郭曉超(1983—)，男，工程師，主要從事雷達機務保障和雷達產品應用工作,E-mail:gxiaochao@163.com。

雷達和雨量計聯合估測降水技術研究(黔氣科合KF[2015]03號)、遵義市冰雹監測預警技術研究(遵氣科合KF[2016]01號)和遵義市暴雨預報物理量指標研究(遵氣科合KF[2016]04號)。

TP311.52

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