運用智能硬件構建無人氣象站監控系統的研究

孫通

運用智能硬件構建無人氣象站監控系統的研究

孫通

（平頂山市新城區氣象局，河南 平頂山 467000）

地面自動觀測系統的穩定運行受諸多因素影響，及時發現和排除故障是保障業務質量的關鍵。作為無人自動氣象站，每天例行巡視觀測場和機房但不安排人員值班值守，對于故障的發現和排除相比有人值守臺站具有一定滯后性。通過綜合運用貴州省興仁縣氣象局研發的“縣級自動站監控系統”和當前市場上開發較為完善的智能家庭硬件，將自動站運行、供電、網絡、消防、安防等狀態報警以及環境溫濕度調控和數據備份等工作全部納入以智能手機為終端的無人自動氣象站運行保障系統，實現無人氣象站的監控自動化。從而保障業務穩定和數據安全，減輕人員壓力，促進節能減排，進而提高工作效率和業務質量。

無人自動氣象站；自動站監控系統；智能硬件；監控自動化

1 研究背景及設計思路

1.1 智能硬件的優勢

地面自動觀測系統的穩定運行是保障觀測質量的前提和基礎，隨著大部分人工觀測項目逐漸自動化，觀測設備的結構越來越復雜，對運行環境的要求也越來越高。設備、軟件、供電、網絡、機房環境等任意環節出現故障，都會對觀測質量造成影響。監控軟件和連接到手機APP的溫濕度傳感器、智能插座、藍牙網關等智能硬件相互配合，能夠實現對各個節點24 h不間斷監控，有效彌補人工監控的不足，提高工作效率和業務質量。

1.2 監控系統設計思路

自動站監控系統的設計思路是將所有的監控節點獲取的故障信息推送到值班員手機上，可分為監控軟件和監控硬件。軟件以“縣級自動站監控系統”為核心，對自動站運行過程進行監控，通過運營商以電話和短信的形式報警。硬件以“米家”APP為核心，對機房環境進行監控，通過互聯網以手機APP消息推送的形式報警，同時能夠遠程開關值班室電器設備。以手機為終端的自動站監控系統設計思路如圖1所示。

2 縣級自動站監控系統

貴州省興仁縣氣象局研發的“縣級自動站監控系統”，主要用于監控與綜合觀測系統運行相關的供電、網絡、軟件、計算機等要素的狀態，及時發現異常并通過多種途徑報警提醒，確保臺站管理人員準確定位故障點，第一時間到場處理。

圖1 以手機為終端的自動站監控系統設計思路

該系統的硬件設備由UPS供電的自動站業務計算機（下稱業務機）和市電供電的普通計算機通過交換機相連構成，利用2臺計算機互相監測來判斷對方計算機工作狀態，每臺計算機上掛接內置手機通訊卡的“GSM/GPRS MODEM”模塊（下稱短信貓），安裝驅動程序后可以實現電話和短信報警功能。設置“雙機監控”不僅能達到軟件設計目標，還能使監控系統運行更為可靠。

2.1 供電異常監測

業務機通過掃描139號端口的方式監測市電計算機工作狀態，市電計算機以同樣的方式判斷自動站主機是否正常工作。2臺計算機在參數傳遞過程中，判斷對方計算機上的監控程序是否正常運行。停電時市電計算機關機，當業務機連續次（可在檢測標準中設置，數值越小越靈敏，下同）無法與市電計算機構成連接，則判定為“市電停電”，此時業務機會發出音樂報警，同時發送標注故障內容的報警短信給值班員和分管領導，并撥打值班員電話。

2.2 網絡與軟件異常監控

監控軟件通過掃描服務器端口，檢測業務計算機與省級報文傳輸服務器（IP：172.18.152.5）的連通狀態，確定網絡狀態是否正常；通過檢查ISOS軟件所有功能是否在計算機任務進程中，檢查分鐘數據文件是否定時更新等方面，判斷ISOS軟件及采集器工作狀態。如果ISOS軟件未運行，將調用Process.Start命令啟動軟件。

2.3 自動切換3G無線網絡

為保證有線網絡中斷情況下的數據傳輸，當監控軟件檢測到自動站與省級服務器的有線傳輸中斷且報文發送目錄中積壓有未發送的文件后，會在一定時間內關閉有線網絡適配器，同時通過Shell、Process.Start命令打開3G網上傳報文。同時，為了避免有線網絡恢復后仍然長期占用3G網卡，監控軟件會在報上傳后關閉3G并切換回有線傳輸。如果此時有線網仍未恢復則重復之前操作并再次報警通知值班員。

2.4 數據硬件備份

觀測數據的硬件備份對保障數據安全有重要意義，監控軟件采用增量備份的方式，利用相關控件對指定的報文生成目錄進行監視，當發現被監視的目錄中新增文件、文件屬性（大小、修改時間等）發生變化時，就把相關文件復制到外接移動硬盤，對自動站數據有選擇地實時備份。

2.5 報警與查詢功能

監控系統將“短信貓”通過USB接口與計算機相連，運用AT指令控制短信貓收發短信和撥打電話。掛接外部獨立通訊設備進行短信和電話報警能夠確保系統在斷網情況下仍然能夠穩定運行。

3 智能硬件對機房環境的監控

隨著智能家居硬件設備的發展，民用智能家庭監控設備逐漸完善，以小米生態鏈企業的智能硬件產品為例，將溫濕度傳感器、空調伴侶、煙霧報警器、人體感應器、智能攝像機等設備通過網關合理搭配，就能夠運用手機APP實現對業務計算機、服務器工作環境的實時有效監控。

3.1 機房環境監控裝置

計算機等電子設備持續在高溫環境下運行容易出現死機、藍屏等故障，同時環境溫度過高也容易導致火災發生。而機房內各類電子設備本身在運行過程中會不斷散發熱量，一旦機房空調在遇到停電后不能自動開啟，機房溫度就會迅速上升。將空調伴侶（網關版）與機房空調連接后，即使是在夜間無人值守狀態下，也可以通過手機APP遠程開閉、調節空調并隨時監控其工作狀態，再搭配溫濕度傳感器設置自動化程序，根據監測到的環境溫濕度自動調節空調工作狀態使環境調控更加智能。

3.2 煙霧報警裝置

安裝小米煙霧報警器實現火情監控，該裝置通過CCCF認證，是具有國家消防強制性產品認證證書的專業火災探測報警設備。當監控區域煙霧濃度達到報警值，設備會立即發出聲、光報警信號，并通過空調伴侶網關推送至手機APP。

3.3 視頻監控裝置

安裝云蟻360°智能攝像機作為室內安防監控，該設備采用雙電機云臺設計，可上下左右自由旋轉，具備360°水平可視角度和96°垂直可視角度。配備64 G內存卡可存儲8 d分辨率為1 080 p高清畫質的監控視頻，開通云存儲后，移動視頻自動上傳至云端，避免因設備被破壞導致的視頻證據丟失。同時具有夜視功能，F2.1大光圈和8顆940 nm紅外補光燈使夜視通透性更強，細節更清晰。

4 無人值守計算機設置

4.1 斷電重啟設置

當確定為市電中斷時，業務機正常工作，監控機處于關機狀態，如果在市電恢復后不人工啟動監控機，則由業務機發出的停電報警不會解除，因此要開啟監控機斷電后來電自動開機功能。設置方法為：進入BIOS的設置主界面，選擇[POWER?MANAGEMENT?SETUP]→[PWR Lost?Resume?State]→[Turn?On]項，代表停電后再來電時，電腦會自動啟動。不同電腦主板設置步驟不完全相同，但總體是在[電源管理]選項中設置，要注意的是需要將安裝在市電計算機上的監控軟件加入開機自啟動項。

4.2 計算機定時重啟設置

由于ISOS業務系統和縣級自動站監控系統均為24 h不間斷運行，難免會出現原因未知的軟件崩潰或觀測成功率下降等情況，這些問題往往通過重啟計算機就可以解決，因此每周定時重啟計算機很有必要。為進一步減少值班人員工作量，適應無人站日常管理模式，可通過計劃任務為業務機設置定時自動重啟功能。

5 結論

綜合運用縣級自動站監控系統和智能硬件，搭建起以智能手機為終端的無人自動氣象站運行保障系統，實現了基層臺站的監控自動化，充分發揮了傳感器和計算機24 h不間斷工作的優勢，不僅大大提高了監控質量和效率，減輕了臺站管理人員的精神壓力，還使得臺站先于省級質控部門發現故障并做出反應，最大限度地確保觀測系統穩定運行。

［1］彭顯鋒，王橋，杜龍彩.縣級自動站監控系統研究［J］.貴州氣象，2017，41（1）：81-84.

2095－6835（2020）10－0129－02

TP277

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.057

孫通（1991—），男，河南汝南人，本科，助理工程師，從事綜合氣象業務工作。

〔編輯：張思楠〕