基于CIMISS的地市州級氣象數據傳輸監控平臺設計與實現

2019-10-21 08:00:53陸艷楊曉明陳利芳張初江

農業災害研究 2019年5期

陸艷楊曉明陳利芳張初江

摘要針對目前數據監控主要以大監站為主，對區域自動站、雷達資料等都缺乏有效監控這一現狀，探索研發了以CIMISS平臺內氣象數據為數據源的氣象數據傳輸監控平臺，主要負責準確定位分析市級轄區內氣象綜合觀測設備故障原因，實現對故障信息及時準確告警的功能。平臺采用Windows7+Access為運行環境的服務器數據庫組合，以C/S為架構，利用 Visual C#語言開發實現平臺功能設計。通過測試，系統能達到設計所需，動態監視地市范圍內氣象裝備和數據異常情況，及時告警給相關工作人員。

關鍵詞 CIMISS;氣象觀測數據;傳輸監控;故障告警;平臺設計

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-054-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.022

Design and Implementation of Prefecture？鄄level Meteorological Data Tran？鄄smission Monitoring Platform based on CIMISS

LU Yan? et al（Fuzhou Meteorological Bureau of Jiangxi Province，Fuzhou，Jiangxi 344000）

Abstract With CIMISS，the prefecture-level meteorological data transmission monitoring platform for the current data monitoring is mainly based on the large monitoring station，and the lack of effective monitoring of regional automatic stations and radar data. The meteorological data transmission monitoring platform of the data source is mainly responsible for accurately locating and analyzing the fault cause of the meteorological comprehensive observation equipment in the municipal-level jurisdiction，and realizing the timely and accurate warning of the fault information. The platform adopts Windows7+Access as the server database combination of the running environment，and uses C/S as the architecture to realize the platform function design by using Visual C# language development. Through testing，the system can meet the design requirements，dynamically monitor the meteorological equipment and data anomalies in the city，and promptly alert the relevant staff.

Key words? ?CIMISS;Meteorological observation data;Transmission monitoring;Fault alarm;Platform design

隨著社會進步和經濟發展，社會公眾對氣象監測預報預警的準確率和精細化服務要求越來越高，氣象觀測資料作為預報預測的依據，也變得日益重要，在防災減災救災、應對氣候變化、提高氣象預報預測準確率和精細化水平、大氣科學、國民經濟建設、履行國際義務等方面都發揮著日漸重要的作用[1-3]。綜合氣象觀測系統作為氣象觀測信息和數據的重要來源，其作用不言而喻。當前，江西省氣象部門CIMISS數據庫雖包含本轄區范圍內所有氣象探測資料，但是數據監控主要以大監站為主，對區域自動站、雷達資料等都缺乏有效的監控。因此，亟待建立完善一套監控范圍廣、界面簡單易操作的基于CIMISS的地市級綜合性數據傳輸監控平臺，動態監視地市范圍內氣象裝備運行狀態，及時發現數據傳輸過程中可能存在的異常，通過告警發送相關故障信息進行補傳和解決。

1 系統需求分析

目前撫州市轄區內共有12類235個自動觀測設備。相較之前，除大監站外的其他各類觀測設備越來越多，特別是區域站布網越來越密集。在目前全省氣象部門工作環境中，對大監站資料傳輸和時效都有嚴格的要求，監控平臺和設備都很完善，加上觀測站與業務值班人員距離近，容易發現故障及時排查，而且每2年，省局大探中心還會對大監站傳感器和采集器進行檢定，每年汛期前市局大探中心和業務管理人員也會對大監站進行巡檢，因此觀測數據資料的傳輸得到充分保證[4-6]。而對于其他綜合觀測系統而言，特別建站數量龐大的區域自動站，不僅安裝位置偏遠，而且基本都是無人值守站，業務檢查頻率不高，對于本身就人員稀缺、任務繁重的臺站而言，盡管可以通過各種設備所屬的軟件監控平臺查看觀測數據上傳情況，但存在監控軟件龐雜、故障處理低效等問題，不能滿足監控工作的智能化需求。建設基于CIMISS的地市州級氣象數據傳輸監控平臺，不僅能實現地市一級監控平臺數據的標準化管理[7]，還可以觀測數據入庫及時性，監控設備運行以及進行數據質量控制，有效規避因監控平臺種類繁多而出現監控數據標準雜亂等問題，及時發現觀測設備和數據傳輸中的問題，以短信、微信和QQ的方式提醒基層臺站業務人員和維護人員，讓他們能隨時知曉故障情況，從而對故障源進行再分析，實現對設備故障的維護、維修，確保觀測資料數據準確，為氣象服務、預報預測、氣象防災減災救災及生態文明建設氣象保障提供良好的數據支撐。

2 系統設計

2.1 設計思路

平臺主要實現對轄區內的綜合氣象觀測設備運行狀態進行實時跟蹤，通過CIMISS系統內數據的讀取，對返回的數據文件及產品文件進行解析，完成設備運行情況觀測和數據異常情況監控。系統在設計之初，通過收集歷年來各觀測設備的歷史極值、通常設備容易出現故障和數據異常的情況來源，建立匹配的要素閾值算法設計，對入庫的數據進行判定后，能分辨出90%以上的異常數據產生的原因，通過代碼實現將異常告警信息推送至用戶，給其提供可靠的故障判定來源，能夠及時對異常情況進行處理。同時系統還要有效集約整合當前各分類監控平臺，實現監控平臺的一體化和集約化，直接為基層臺站業務值班人員、維護人員及管理人員提供直觀權威的監控管理數據。

2.2 系統工作流程

系統在數據采集調度控制下，將地面資料、農氣資料、雷達資料、大氣成分資料、高空資料等多項實時氣象數據通過CIMISS系統的氣象數據統一服務接口（MUSIC）提供的全國統一、標準、豐富的數據訪問服務和應用編程接口（API）進行提取[8-9]，然后對獲取后的資料數據進行序列化分類整理后，交由要素檢測閾值參數設置里面的算法來判斷是否有設備及數據存在異常情況，告警信息生成與分發模塊按照要素檢測閾值參數設置算法的判定結果生成異常告警信息，然后通過服務器設置，將異常信息按類別方式分發推送到用戶手中，用戶在收到異常描述信息提醒后，及時對異常情況進行處理[10]。管理人員如果需要更加詳細具體地了解實況，則訪問氣象數據傳輸監控平臺查看獲取數據資料。系統工作流程如圖1所示。

2.3 系統框架設計

系統的功能結構主要分為監控數據查詢、氣象數據傳輸監控、異常信息推送告警、系統參數設置、數據維護以及故障統計管理等6個部分。監控數據查詢模塊實現從CIMISS系統里獲取監控平臺所需監控的元數據，實現數據資料序列化分類處理后顯示，同時提供對各類或單站、全站讀取的數據情況進行查詢，方便用戶核對異常處理情況;氣象數據傳輸監控模塊對讀取的元數據利用算法進行監控，判定氣象監測設備和數據質量是否異常;異常信息推送告警模塊通過異常信息檢測，按照設置推送告知用戶;系統參數設置模塊實現提前設置需要查詢的站點信息（含站名、站號、資料時間、要素等），對要檢測的CIMISS系統的資料要素進行閾值參數設置，提前將CIMISS接口參數設置、服務器參數設置、需要發送告警的用戶錄入，讓系統實現數據傳輸監控功能，使之正常運行，該部分還可根據實際需要對告警方式進行選擇;數據維護模塊實現對異常數據的更正;故障統計管理模塊主要針對異常數據的日志管理，方便日后查詢統計，作為考核的參考依據。系統功能結構框架設計如圖2所示。

3 系統實現

綜合該平臺業務需求及江西省氣象局CIMISS接口調用手冊，從開發語言的適用性與靈活性、開發環境的友好程度等多方面因素考慮，該平臺通過調用CIMISS系統內氣象觀測數據，采用C#作為開發語言，基于Windows7+ Access為運行環境的服務器數據庫組合，通過C/S 模式為用戶提供服務[11]。根據實際業務需求和工作習慣，系統采用2臺 Windows 7（64bit）作為系統運行服務器，一臺用于專門從CIMISS系統中獲取數據，一臺用于開發監控平臺，使用人員為市級業務管理人員及保障人員[12]。系統主要分為傳輸監控、數據查詢、系統設置、數據更正以及日志管理5個部分。

3.1 傳輸監控菜單

該部分主要有CIMISS入庫檢測、網絡傳輸檢測、自動檢測3個子菜單，系統通常默認為自動檢測。CIMISS入庫檢測主要檢測當前時次應發各類資料傳輸情況實時監視、按資料類型傳輸情況以及特定類型資料傳輸情況監控等;網絡傳輸檢測主要用來檢測服務器及網絡是否暢通，通過系統自動運行鏈接到省局氣象數據業務監視網中，查看站點到報情況來檢查網絡是否暢通，是否出現堵塞等;自動檢測按照系統設定，每整點之后12 min按時從CIMISS系統中獲取資料進行監測，用戶可對全部站點信息進行監控，如果未讀取到數據，則報警。系統在監控到異常后，生成異常告警信息，再推送顯示在界面中，并發送至相關的用戶手中。用戶可在該界面獲取當前時段的所有故障信息，通過選擇故障的信息定位到故障站點，獲取的站點詳細數據元資料，也可對站點數據進行篩選顯示。

3.2 數據更正菜單

該部分為臨時性的補傳工具，主要是在獲取CIMISS系統數據庫的資料后，通過該系統對可更改的部分數據進行更正上傳。該功能只能對新升級改造數據上傳至市局中心數據庫的部分數據進行更改。

3.3 數據查詢菜單

該部分主要收集CIMISS系統里面監控的數據，通過對單個站點的數據進行序列化顯示，方便用戶查看，也向用戶提供數據資料查詢功能。

3.4 日志管理菜單

該部分主要記錄每天系統監測到的故障情況，同時生成TXT文本保存到系統內，作為日后考核的參考依據。

3.5 系統設置菜單

該部分主要對服務器、氣象要素閾值、站點維護和系統報警方式等進行基本參數設置。

3.6 故障信息告警接收端

告警接收主要有短信、企業微信號、手機QQ3種告警方式。QQ和企業微信號為主要告警方式，手機短信主要運用在汛期期間，在數據長時間缺失時，若報警超過4 h，通過短信平臺發送至該站點所屬縣局分管領導;報警超過6 h，發送至該站點所屬縣局主要領導;報警超過8 h，發送短信至市局業務管理人員和市局分管領導;超過24 h發送至市局主要領導。

4 系統應用

2018年6—12月，該系統安裝到市局氣象裝備與保障中心進行不間斷業務運行測試。通過測試該監控平臺各模塊均能正常使用。截取其中6—8月的運行結果進行分析，發現系統運行正常，監控效果良好。

該監控平臺總共發送故障及疑誤數據信息1 473條，其中疑誤數據信息387條，故障信息586條，缺測、未傳告警信息479條，無效信息21條。在告警信息中，有效告警1 317條，無效告警（含無效信息）156條，告警成功率為89.4%。

在實際應用中，系統的告警信息為維護人員及時維護起到積極作用。例如，市級裝備與保障中心雷達維護人員在收到告警信息“2018/08/16 T14：12：34：雷達基數據未上傳”后，迅速響應，在10 min內對雷達故障原因進行排查分析，并通過新一代多普勒雷達遠程智能系統重啟解決。

實際測試與應用情況表明，該平臺有效提升了業務質量，通過推送的故障信息可以準確定位故障來源、分析故障原因、實現故障信息及時報警，為值班人員及時發現和排除故障提供科學依據。

5 總結

基于CIMISS的地市州級氣象數據傳輸監控平臺實現自動檢測監控異常信息和自動推送告警的目標，并在業務試運行階段取得了一定的成績，動態監視全市氣象裝備運行狀態，及時發現和解決數據傳輸過程中存在的異常。該系統在應對汛期故障排查時的作用尤為凸顯，能及時發現各類探測設備故障和異常數據，能夠準確判斷以往因為電池電壓不足導致數據未上傳，或者傳感器、風向風速出現故障而不能及時上傳數據的站點故障信息，有效減少異常數據出現的概率，對提高觀測站點數據傳輸質量及觀測設備可用性，有著極大的幫助，為綜合氣象觀測資料更好地應用到氣象服務、預報預測、氣象防災減災救災、生態文明建設氣象保障等方面夯實了基礎。

參考文獻

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