新型自動氣象站遠程診斷的實現與應用

曹凱明，董立亭，蘇 菲，楊 震

(貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550081)

1 引言

貴州省現有84個國家級地面氣象觀測站在2016年均已完成了新型自動氣象站的升級改造，并逐步增加了稱重降水、能見度、天氣現象和日照等的自動觀測設備。按照中國氣象局全面深入推進地面氣象觀測自動化改革的要求，在2018年底貴州省將完成國家地面觀測站觀測自動化整體切換工作，因此，對貴州省現有臺站技術保障人員的能力和要求也將更高。但臺站人員受技術水平、維修能力和備件所限，對獨立進行設備維修還有一定的差距，較復雜的維修工作主要還是由省、市州級的技術保障人員來完成，在整個維修過程中，用在路上和等待備件的時間占了很大比例，對自動站的維修時效有很大的影響，極大影響了觀測數據的可用性。

因此，進行新型自動氣象站故障遠程診斷功能的研究，開發相對應的應用系統，充分發揮省級和市州級保障中心的技術保障骨干作用，充分利用臺站網絡和設備的現有條件，遠程實現全省新型自動氣象站的故障診斷、維修指導和維護管理，快速定位故障原因，及時排除故障，進一步提升全省氣象裝備的維護維修水平和設備的維修時效。

2 實現原理和方法

通過研制一套遠程診斷設備，結構如圖1所示，串聯接入到新型自動氣象站采集器與臺站值班室計算機的通訊線路中，使得采集器、通信設備和用以遠程診斷的終端在同一局域網絡中，再通過配套的終端診斷軟件，遠程實現對新型自動氣象站診斷的各項操作。

圖1 新型自動氣象站遠程診斷結構圖Fig.1 Remote Diagnosis Structure of New Automatic Weather Station

2.1 遠程診斷設備

如圖1所示，該遠程診斷設備由串口服務器、光纖收發器、RJ45分線盒、無線路由器和一些配件等組成，主要起到遠程訪問新型自動氣象站的媒介作用。

2.1.1 串口服務器 串口服務器主要提供串口轉網絡功能，能夠將采集器的RS-232串口轉換成TCP/IP的網絡接口，實現RS-232串口與TCP/IP網絡接口的數據雙向透明傳輸，使得采集器的串口具備TCP/IP網絡接口功能，極大的擴展了采集器的通信距離。如圖2所示，通過設置串口服務器的IP地址，就可使串口服務器成為省市縣專網上的一個節點，從而使連接到該串口服務器的自動氣象站連接到以太網上，實現異構組網。設置過程簡述如下：

圖2 串口服務器網絡連接圖Fig.2 Serial Device Server Network Connection Diagrams

①將串口服務器設置為TCP Server模式，連接目標IP設置為該地面氣象觀測站分配的省市縣氣象專網空閑IP，默認網關設置為模塊所在局域網的網關，參照圖3所示進行設置。注意：TCP Server模式下，監聽的是串口服務器自身端口。

圖3 串口服務器TCP Server設置Fig.3 Serial Device Server TCP Server Settings

②遠程用戶通過工作在TCP Client模式下的程序，連接該地面氣象觀測站的串口服務器IP：192.168.0.7，從而控制串口服務器來實現對新型自動氣象站的遠程診斷，連接界面如圖4所示。

圖4 TCP Client遠程連接設置Fig.4 TCP Client Remote Connection Settings

2.1.2 光纖收發器 光纖收發器是一種將短距離的雙絞線(RJ45)電信號和長距離的光信號進行互換的以太網傳輸媒體轉換單元，也被稱為光電轉換器(Fiber Converter)。現貴州省新型自動氣象站與地面業務值班室計算機通訊的線路均為6芯多模光纖，其中數據傳輸占用了2路光纖，另外空閑的4路光纖則可用以進行遠程診斷使用，采用圖1所示的成對多模光纖收發器將遠程控制信號傳輸至遠程診斷設備中。

2.1.3 RJ45分線盒 RJ45分線盒用以將接入到遠程診斷設備的網絡進行星型拓撲布線，并起到網絡交換機的作用，分別連接遠程診斷設備的串口服務器和無線路由器，使得診斷設備中的遠程控制和遠程會商功能可以同時使用。

2.1.4 無線路由器 將地面氣象觀測站的省市縣專網有線信號，在觀測場上轉為無線信號，使得現場進行維修的保障人員，可以通過筆記本電腦、手機/平板等移動終端連接新型自動氣象站設備進行診斷和測試，同時也可以與省級保障中心和廠家的技術人員進行語音視頻會商，開展遠程指導。

2.2 遠程診斷系統與應用

遠程診斷系統是在省級保障中心建立中心站，通過Web的訪問方式與國家級地面氣象觀測站建立雙向連接，省級保障中心可以通過該系統，使用遠程診斷設備來獲取站點自動氣象站設備的各項信息，實現對自動氣象站的遠程控制和故障診斷，同時通過本系統的視頻會商功能對現場保障人員進行遠程指導，站點也可以通過移動終端登陸該系統對站點設備進行現場測試和診斷，以及查詢故障庫信息等。

本系統為BS架構，由設備遠程診斷、設備維護維修管理、故障庫管理、會商指導4個子系統和后臺管理構成，如圖5所示。

圖5 遠程診斷系統Fig.5 Remote Diagnosis System

2.2.1 遠程診斷 省級保障中心通過省市縣專用網絡向指定臺站的遠程診斷設備發送連接命令，就可使中心端服務器和遠程診斷設備進行鏈接，再通過遠程診斷設備連接到自動站采集器上，通過圖6所示實現對指定臺站自動站設備的遠程測試、分析和調試功能。

圖6 遠程連接Fig.6 Remote Connection

①發送命令

將各類自動站型號的不同命令預置在系統中，使用時以下拉菜單的方式進行選擇，系統預置中沒有的命令也可以通過手動進行輸入。通過將選定的命令發送給遠程的自動站設備來獲取自動站的各項信息。遠程檢測采集器的工作狀態如圖7所示。

圖7 遠程診斷命令Fig.7 Remote Diagnosis Command

②數據接收

系統接收指定自動站采集器返回的數據，根據返回的數據進行不同的展示，如：文字、表格和圖形等。系統能夠自動保存發送的每條命令和對應的返回數據，用于歷史的查詢調用。

圖8 遠程診斷顯示Fig.8 Remote Diagnostic Display

③遠程診斷歷史數據查詢

對自動站遠程診斷過程的歷史數據進行查詢，用以確認診斷過程中命令發送情況、數據獲取情況、參數設置和修改情況等。

圖9 遠程診斷記錄Fig.9 Remote Diagnostic Record

2.2.2 語音視頻會商 故障站點進行維修的保障人員通過終端設備(筆記本、手機或平板)連接到圖10所示框圖的遠程診斷設備上，即可使用安裝在終端上的客戶端軟件與省級保障中心進行語音視頻會商。

業務功能：

①故障查看和指導：省市級保障中心與故障站點保障人員使用本系統進行語音視頻，通過臺站保障人員的移動終端設備，實現遠程查看故障設備，如圖11所示，從而實現快速定位故障部件，指導臺站人員進行測量和維修的功能。

②維修演示：中心保障人員通過本軟件演示維修過程和測試方法(如通過操作對比設備)，現場維修的保障人員通過觀看視頻來進行維修。

③會商功能：具有多人多站點視頻會商功能，實現省級保障中心、廠家、臺站的會商，針對站點故障情況進行分析，制定維修方案。

技術功能：

①語音和視頻同步接收和發送。

②具有互相傳送文字、圖片和視頻等功能。

③錄像功能，可錄取現場維修或演示指導的過程，保存在本機目錄中，作為故障維修案例錄入到故障數據庫當中去，提供全省臺站參考使用。

④截圖功能，隨時截取視頻會話中的場景，保存在本機的指定目錄中。

圖10 語音視頻會商Fig.10 Voice and Video Consultation

圖11 遠程設備圖像顯示Fig.11 Remote Device Image Display

2.2.3 故障數據庫

①故障庫案例錄入

實現自動站故障案例的錄入，錄入的基本信息包括：通過下拉菜單選擇的有自動站類型、生產廠家、自動站型號、自動站部件和故障現象，手動輸入的項目有故障名稱、故障原因、故障現象描述、解決方案等，還可以添加維修的圖片和指導視頻。

圖12 故障庫案例錄入Fig.12 Fault library case entry

②故障庫審核管理

對錄入的故障案例和知識庫進行審核，分為審核通過和審核未通過兩種狀態，對審核未通過的要給出修改或補充建議(如故障解決方法不對，需補充說明和圖片等)，對審核通過的除給出審核意見，還會給出優、良、合格的評價，并可以對該故障案例設置為置頂或精華的優先級，在用戶瀏覽案例頁面時，優先進行排列。

3 總結

新型自動氣象站的遠程診斷對臺站開展維修保障具有更高的實用性，成本低、操作簡單、使用便捷。結合國家級觀測站無人值守要求，進行更深一步的開發應用，如監控、報警等功能的拓展。

3.1 成果

遠程診斷，實現對故障自動氣象站的遠程診斷和分析功能。通過遠程診斷設備實時獲取自動站的運行狀態、實時數據，從而分析該站的故障原因和快速定位故障部件，并能對自動站采集器進行多種遠程設置；遠程音視頻會商，突破空間限制，快速指導現場技術人員快速排出故障，并能通過省級保障中心的比對設備，向現場維修人員進行模擬演示；故障數據庫，建立全省自動氣象站故障數據庫，作為臺站現場維修查詢的參考資料，并且可以發動全省技術保障人員參與填報和補充，計劃今后作為獲取省級自動站保障資格證的一項指標。

3.2 效益

自動站維護管理及故障遠程診斷系統的建成和使用，可有效提高全省保障人員對自動站設備的維修效率，幫助保障人員提高維修技術水平。系統的應用對準確判斷故障部位、查找故障原因、制定維修方案等提供實時、客觀、準確的依據。明顯縮短故障持續時間和故障維修時間，提高全省自動站的可用性。