地面綜合觀測要素狀態監測及報警軟件研究

劉愷懌，郭 巍，張洪梅，隋亞男

（1.哈爾濱市氣象綜合保障中心，黑龍江 哈爾濱 150000;2.哈爾濱市氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 引言

近年來，氣候變化的影響日益加劇，各領域對天氣精細化預測預報服務提出了更高要求， 對氣象觀測質量需求也更為多樣化與細化， 綜合氣象觀測系統成為支撐氣象預測預報服務的主體[1]，保障地面觀測業務正常運行、數據穩定傳輸，保證數據正確，使其故障得到高效解決成為氣象事業發展的關鍵，因此推進地面氣象觀測業務智能化建設格外重要[2]。 多年來，我國一直積極推進氣象觀測自動化的建設，并在相關方面進行了深入研究， 目前全國地面氣象觀測設備密度不斷增大， 智能化自動氣象觀測技術也不斷發展[3]。 地面綜合觀測要素狀態監測及報警軟件以現代化的技術方式， 通過對地面氣象綜合觀測數據和質控信息實時監測， 以直觀顯示和異常短信報警方式，讓保障人員第一時間發現故障，便于保障人員及時響應處理，進一步提高保障效率，提升綜合氣象觀測裝備保障能力， 使地面綜合氣象觀測取得更好效果。

2 總體設計

地面綜合觀測要素狀態監測及報警軟件通過實時監測觀測要素數據傳輸及其質控信息， 顯示各要素狀態，遇數據逾限、缺測或出現異常質控信息，及時顯示并發送報警短信至保障人員。 軟件平臺主要在B/S 架構下研究， 此架構主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，開發與使用更方便、快捷、高效，用戶可通過瀏覽器進行訪問， 系統主要在Maven 環境下完成開發。

3 系統功能設計

系統功能包括觀測要素數據傳輸情況監控、質控信息監控、異常告警、報警短信發送記錄等功能，軟件信息流程如圖1 所示。

圖1 地面綜合觀測要素狀態監測及報警軟件信息流程圖

平臺獲取觀測要素數據和質控數據進行處理與存儲， 后臺對采集得到的數據進行一系列的分析和判別，得到數據診斷[4]，對由于設備故障、斷電、數據傳輸軟件異常、 網絡故障和質控問題等原因導致的觀測數據逾限、缺測、質控錯誤等觀測要素異常進行顯示（綠色為要素狀態正常，紅色為臺站有要素狀態出現異常），并且將故障信息以發送短信的形式推送給裝備保障人員，并保存故障記錄。 系統主要包括3個模塊：數據庫處理與存儲模塊、數據分析判別模塊和異常顯示及短信報警模塊[5]。

3.1 數據庫處理與存儲模塊

數據庫處理與存儲模塊通過網絡映射的方式，將臺站上傳的觀測數據及當前ISOS 軟件對觀測數據的質控數據存儲到數據庫。

3.2 數據分析判別模塊

按照各觀測要素數據采集間次（1 min、2 min、10 min、1 h 等）監測數據上傳至本地情況，進行數據分析，判斷是否存在數據逾限、缺測和質控信息（質控信息為ISOS 軟件自動生成的質控信息）等[6]，如果存在數據逾限、缺測、異常的質控信息等情況，說明該觀測站此觀測數據可疑，該觀測要素顯示紅燈，進行短信異常報警，通知保障人員并保存故障報警記錄，以便值班人員及時研判和處理。

3.3 異常顯示及短信報警模塊

平臺異常顯示及短信報警模塊主要利用阿里云短信，通過API/SDK 調用短信發送能力。首先注冊賬號與實名認證，開通短信服務，獲取AccessKey，通過AddSmsSign 添加短信簽名， 并通過AddSmsTemplate添加短信模板，配置環境變量，環境變量讀取訪問憑證，調用SendSms 接口發送短信。

4 系統實現

4.1 登陸及臺站信息顯示

臺站保障人員可通過值班手機號注冊并登錄平臺，登錄成功后可進入臺站信息頁面（圖2），顯示所在臺站詳細信息，并能夠增、刪、修改。

圖2 臺站信息頁面

4.2 觀測要素狀態監測

觀測要素狀態監測頁面可顯示觀測要素狀態（圖3），當觀測要素均正常時，指示燈為綠色，當觀測要素數據出現異常或檢測出異常的質控信息時，指示燈變為紅色，并發送報警短信。

圖3 觀測要素狀態監測頁面

4.3 觀測要素狀態短信報警記錄

觀測要素狀態短信報警記錄頁面中可顯示并查看每條報警短信的發送記錄、 發送時間、 發送結果等，如圖4。

圖4 觀測要素狀態短信報警記錄頁面

5 小結

地面綜合觀測要素狀態監測及報警軟件實現對地面氣象觀測要素狀態實時監測和狀態分析， 解決市縣級觀測裝備、儀器出現故障、數據異常不能及時發現和維修的實際問題， 大大縮短對觀測站設備故障和數據異常的響應時間， 同時也減輕基層臺站工作負擔， 為臺站值守、 地面綜合觀測監控業務提供智能、 高效的方法， 提升觀測儀器設備運行的穩定性和地面綜合觀測能力， 促進氣象觀測質量再上新臺階。