Ver3.0.2.615版地面綜合觀測業務軟件應用及探討*

芮建文，李 娜，芮建梅

(新疆維吾爾自治區哈密市氣象局，新疆 哈密 839000)

0 引言

地面氣象觀測是氣象工作的基礎[1]，科技的發展讓地面氣象觀測方式發生了質的改變，由人工觀測逐步過渡為全自動觀測。20世紀80年代夏普PC-1500袖珍計算機走進了各業務臺站，實現了地面氣象觀測向半自動化的邁進。90年代286型計算機的到來和AHDM地面氣象測報軟件使用，加快了氣象觀測數據微機自動化處理的進程。2004年1月1日，哈密局所屬臺站啟用了無錫ZQZ-CⅡ型自動氣象站，率先實現氣壓、溫濕度、風向風速、液態降水、淺層深層地溫等氣象要素的觀測自動化，地面氣象觀測實現了歷史性的跨越。2005年1月1日，OSSMO2004版地面氣象測報業務軟件正式啟用，實現了實時數據文件調取、資料整理、數據文件上傳[2]，極大減輕了業務人員的工作壓力和工作強度，提高了工作效率。

隨著中國氣象局的布局，十三間房氣象站2015年1月1日起正式使用DZZ4型自動氣象站，并啟用全國版ISOS地面綜合觀測業務軟件；2017年8月24日啟用集成版ISOS軟件(即BUFR版)；2020年11月4日啟用Ver3.0.2.615版地面綜合觀測業務ISOS軟件(以下簡稱多溫多雨版ISOS軟件)。張志龍[3]、宋中玲等[4]對ISOS軟件的使用技巧進行了探討；王力等[5]、唐嘉佩等[6]對不同版本的業務軟件進行了差異分析；劉德強等[7]、李寶林[8]對集成版軟件應用過程中出現的問題及處理方法進行了匯總。由于多溫多雨版ISOS軟件應用時間較短，臺站業務人員對其軟件的功能和使用技巧略顯生疏，本文結合工作實際，介紹了多溫多雨版ISOS軟件在架構核心、業務應用、應急處理和日常使用等方面的應用技巧和注意事項，為廣大氣象工作者提供一定的參考和借鑒。

1 多溫多雨版ISOS軟件簡介

多溫多雨版ISOS軟件是在集成版ISOS軟件基礎上繼續保留地面分鐘、小時數據，輻射分鐘、小時數據，雨滴譜，狀態數據的BUFR數據格式傳輸，同時調整了項目掛接設置、文件格式、數據庫表及數據讀取質控規則，滿足新型自動氣象站接入氣溫、降水多傳感器標準系統的需求(觀測場內安置3支氣溫傳感器、3個SL3-1翻斗式雨量傳感器，區別于以往的單氣溫單雨量傳感器)，實現凍土、酸雨、天氣現象視頻智能觀測設備的掛接，對氣溫、降水、酸雨、凍土、天氣現象視頻智能觀測數據自動判斷和自動質控，為全面實現地面觀測自動化打下堅實基礎。

1.1 多溫多雨版ISOS軟件架構核心

多溫多雨版ISOS軟件作為最新的地面綜合觀測業務軟件，其通過氣溫、降水多傳感器標準控制器，實現3支氣溫傳感器和3個翻斗式雨量傳感器的融合算法，輸出氣溫和雨量相應的傳輸值、觀測值、標準值及設備工作狀態等。其架構核心如圖1。

圖1 多氣溫及降水傳感器架構示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-temperature and multi-precipitation sensor architecture

1.2 氣溫、降水多傳感器標準控制器的工作原理

氣溫多傳感器標準控制器將3支氣溫傳感器采集的觀測數據，通過標準控制算法和監控算法計算為標準值。其選取氣溫傳感器I的測量結果作為主站數據源，氣溫傳感器II和III的測量結果作為熱備份數據源，將3個傳感器的測量結果與標準值進行比對，若超出閾值±0.3 ℃，ISOS軟件自動報警并輸出相應狀態碼。當主站氣溫數據異常，標準控制器將自動切換至下一個狀態正常的熱備份氣溫數據源，切換順序為氣溫傳感器I、II、III、I依次切換，根據氣溫數據源形成氣溫傳輸值序列，若標準值缺測或3支溫度傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應狀態碼，與降水多傳感器原理同理。

1.3 多溫多雨版ISOS軟件參數設置

多溫多雨版ISOS軟件新增氣溫、降水多傳感器標準控制器、多溫多雨傳感器等設備的掛接。在硬件環境改造搭建完善的前提下，待軟件安裝完畢后，針對各臺站具體的觀測任務及設備情況逐一進行參數設置及觀測項目掛接。例如某基準站新增多溫多雨傳感器設備，其參數掛接如圖2所示。

圖2 氣溫、降水多傳感器參數掛接設置Fig.2 Multi-sensor parameter hookup settings for temperature and precipitation

2 多溫多雨版ISOS軟件的業務應用

為全面實現氣象觀測現代化要求，地面綜合觀測業務軟件從OSSMO2004版上線后不斷地修訂、升級，歷經數十次[9]，直到目前最新多溫多雨版ISOS軟件，其軟件功能已相當完善。業務員要緊跟時代步伐，熟練掌握軟件的各種功能和使用技巧。

2.1 軟件運行主界面

多溫多雨版ISOS軟件運行主界面簡單、直觀、清晰地展示了整個地面觀測業務系統的運行狀態。軟件主界面主要由主菜單欄、觀測項目掛接區和功能操作區3大部分組成。

2.1.1 主菜單欄 包括實時觀測、自定觀測項目、查詢與處理、設備管理、參數設置、計量信息、幫助等7個菜單項，方便對軟件進行各項管理。

2.1.2 觀測項目掛接區 處于軟件運行主界面左側區域，呈樹狀結構。通過該區域，業務值班員可以清晰看出在用、停用傳感器；獨立、非獨立掛接設備。鼠標右鍵可查看傳感器工作狀態、測量范圍和質控參數等，也可對該傳感器進行維護、停用、標定等操作。

2.1.3 功能操作區 該區包括首頁、質控警告、報警信息、要素顯示、實時觀測和測報通信與監控等6個標簽頁及常規要素實時數據顯示區域、數據統計信息區域、設備狀態監控區域，3個區域信息每分鐘自動刷新。

2.2 軟件報警功能的應用

ISOS軟件自帶報警設置功能，點擊主菜單欄參數設置→報警設置，可對環境、流程、質控、災害、狀態等5個方面進行報警功能設置，臺站應對其進行合理的設置，通過外接音箱設備和加載音樂文件，使其發揮報警提醒功能，減少工作中的疏漏(本文僅以蒸發水位設置為例，具體見圖3)。質控警告和報警信息標簽頁則顯示了警告、報警相關具體內容，臺站業務人員應定期做好數據參數的備份、導入導出、更新及校對，當軟件發出報警聲音提醒時，業務人員要及時查看報警內容并視情況進行故障判定與處理。

圖3 蒸發水位閾值報警參數具體設置Fig.3 Evaporative water level threshold alarm parameters specific settings

3 應急處理和日常使用技巧

為應對業務運行中由硬件、軟件、網絡故障等造成不可控現象的發生，臺站應制訂相應的應急預案，在日常工作中加強應急演練，提高業務值班員的業務水平。

3.1 硬件故障及處理方法

3.1.1 全部數據顯示缺測、采集失敗 首先全部數據缺測，要保證諸多采集器同時故障的可能性幾乎為零，第一時間排除了采集器異常的可能性；其次獨立掛接設備的數據也全部顯示缺測而它們之間的數據通道互不影響，排除了主采集器和串口服務器的故障；將主站計算機更換到備份機后，數據顯示仍不正常，排除計算機及軟件故障，重點排查串口服務器至計算機的通訊線路、室內室外的通訊轉化模塊、光電轉換模塊是否異常，問題即可解決。

3.1.2 部分數據顯示缺測、采集失敗 部分數據顯示正常，排除了計算機與ISOS軟件的問題。依據故障排除由簡到難、逐個排除、對等替換的原則，對故障現象進行逐一排查。首先檢查計算機通訊端口連接是否牢固，重啟計算機與業務軟件；若故障依舊，此時業務人員應重點排查串口服務器至計算機的通訊線路，若線路一切正常，則獨立掛接設備數據應顯示正常；再排查采集器至串口服務器之間的通訊線路，若線路有問題，則常規氣象要素應全部顯示缺測，如果部分要素有數據，則明確判斷某一傳感器故障，采取替換處理問題即可解決。另外，CF卡存儲空間過滿也會導致數據無法寫入的情況發生，業務人員要隨時對CF卡剩余空間進行監控并定期進行清理，確保有足夠的剩余空間。

3.2 計算機藍屏、黑屏、死機、軟件卡死情況下BUFR數據補發

多溫多雨版ISOS軟件除了地面小時、分鐘、雨滴譜等BUFR數據文件上傳，還實現氣溫、降水、凍土、天氣現象視頻智能觀測數據自動判斷、質控及上傳，導致軟件需要處理大量的數據，無形中增加了計算機的負擔，目前臺站業務計算機的配置普遍都不高，加大了出現以上問題的概率。

以某基準站2020年11月5日的數據為例：12時48分電腦藍屏(值班員13時05分查看數據時發現異常)，造成BUFR分鐘數據(12時48分—13時07分)、13時正點數據全部上傳失敗，MDOS和ASOM均未入庫。BUFR數據補發方法具體如下：

①重啟電腦→打開ISOS業務軟件→數據下載→下載歷史數據→選中新型自動站串口處理、能見度串口處理、天氣現象串口處理、日照串口處理、智能視頻觀測儀串口處理、凍土串口處理→覆蓋正常數據→選擇開始時間12時45分和結束時間13時10分(保險起見將時間區間擴大一些)→點擊開始下載(具體設置見圖4)，下載完畢后點擊計算機→D盤→ISOS→bin→send→sendbak→打開A.0001.0043.R005目錄→選擇并打開2020-11-05文件夾→選中Z_SURF_I_51234_20201105050000_O_AWS-MM_FTM.BIN文件→拷貝至D盤/ISOS/bin/send/Data文件夾中。由于MDOS和ASOM入庫規則，必須上傳原始的正點數據文件，否則再多的更正報也無法入庫。

圖4 手動下載歷史數據設置界面Fig.4 Settings interface for manually downloading historical data

②打開正點質控界面→選擇正確的日期及時間→點擊自動補調(分鐘、小時)數據→仔細校對數據后重新質控形成13時正點CCA數據文件→軟件自動上傳→數據查詢(MDOS中CCA文件及ASOM是否入庫)。

③點擊ISOS功能操作區中測報通信與監控標簽頁→BUFR數據發送標簽頁→地面分鐘標簽頁→點擊“BUFR數據補發”按鈕→彈出BUFR數據補發窗口→設定補發時間段2020年11月5日12時40分—2020年11月5日13時10分(此處時間區間≥故障時間段即可)→點擊“獲取補發文件”按鈕→獲取得到故障期間應該形成的BUFR數據文件→點擊“確認發送”按鈕，軟件自動上傳。

④上報業務故障單至市局、省局業務相關管理部門；并查看MDOS系統是否有疑誤信息反饋，如有則立即處理。

3.3 BUFR數據文件積壓的處理方法

現階段，新疆局下屬有人值守臺站均已實現氣象專線在網絡故障時自動切換，加上北斗系統的應用，因網絡不通造成BUFR數據無法上傳的情況基本不會發生。臺站傳輸客戶端軟件負責ISOS中BUFR數據文件傳輸，0.50版本由于網絡不穩定當日會生成大容量的日志文件，導致磁盤容量不足，軟件無法正常運行；另一方面軟件的傳輸穩定性差，會出現積壓的現象發生。遇到這種情況啟動任務管理器結束客戶端進程，重新啟動傳輸客戶端軟件即可；或者卸載傳輸客戶端軟件重新安裝一次，但是務必確保各參數卸載前安裝后保持一致。升級后的0.52版臺站傳輸客戶端軟件基本上沒有數據文件積壓的情況發生。

3.4 天氣現象、編碼記錄錯誤及其處理方法

業務軟件ISOS早已實現了天氣現象的自動判識與編報，現行業務規定夜間天氣現象不記錄起止時間(軟件可以查到具體的時間)，軟件在跨08時或20時的天氣現象輸入順序無法自動正確判別，常出現順序顛倒的現象；由于天氣現象的順序記錄錯誤造成7wwW1W2組中W1W2編碼錯誤也時常發生，需要業務值班員接班時，仔細查看20-20時天氣現象出現的時間并結合天氣實況進行人工判斷，編發正確的更正報文即可解決。以某基本站大風為例：1月5日11時，軟件記錄天氣現象為“(15,)15 0802-0929’0951-1054,.”,經值班員查詢5日夜間出現大風天氣，大風停止時間為07時54分，07時55分至08時01分期間沒有大風，08時02分開始又出現大風。07時55分—08時01分中間間隔為7 min<15 min(大風的起止時間，凡兩段出現的時間間歇在15 min或以內時，應作為一次記載[10])應合并記錄，所以11時正確報文應為“(15,)15 0800-0929’0951-1054,.”，重新質控11時正點數據上傳CCA文件。

3.5 各類數據、參數歸檔

由于多溫多雨版ISOS軟件掛接項目多，每天要采集大量數據，同時還會在相關目錄下形成設備、訂正、質控小時和分鐘數據及各類日志及狀態文件，所以定期的數據歸檔、主站備份機的備份顯得尤為重要。臺站通常采用以下幾種方法：一是利用軟件自帶功能：點擊查詢與處理→數據備份→選擇要備份到的目錄進行備份(此方法的體驗是速度慢、容易造成軟件假死)；二是通過目錄查找方式，將參數、數據文件進行手動拷貝(該方法要求業務人員熟知軟件各類參數、數據的保存目錄)；三是通過軟件導出導入功能進行參數備份(針對臺站參數歸檔該方法較為便捷)。在條件允許的情況下，建議雙備份(本地其它盤符和移動硬盤雙備份，并定期光盤刻錄相關數據文件)，認真做好主站備份機的備份、備站備份機的備份，以備隨時切換使用。

4 結語

隨著氣象現代化建設的推進，地面氣象觀測的發展日新月異，雖然該軟件運行時間較短，但是知識的更新瞬息萬變，地面氣象觀測向著模塊化、集成化、無人化的多方向多模式發展。我們只有不停地努力學習，才不會被時代淘汰，才能在工作中提高效率，不斷提升觀測數據質量與觀測業務水平，達到事半功倍的效果。