基于Flask 的氣象裝備遠程維修指導系統設計與實現

姜小云，吳 俞，張永莉

（1.海南省氣象探測中心，海南海口 570203；2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南海口 570203；3.海南省氣象臺，海南 海口 570203；4.成都信息工程大學，四川 成都 610225）

Flask 框架是一個基于Python語言程序開發的輕量級、便捷Web 框架，它靈活、輕便、安全且容易上手，是目前主流的服務器框架之一，應用極其廣泛[1-16]。李相霏[2]利用Python 語言的Flask 框架等可視化技術完成疫情數據可視化，從多角度、多方面展示與分析疫情數據。胡釗[3]闡述了基于Python Flask 的溫度數據可視化方法，并通過ECharts 顯示溫度。燕妮[4]基于Flask 和爬蟲技術設計與實現了一個書籍循環平臺。宋永生[5]采用Python Flask 對學生學習成績進行分析及可視化。該文采用Flask 技術及Python 音視頻信息處理庫設計和實現了一個穩定可靠、方便簡潔的氣象裝備故障遠程維修指導系統。

1 設計方法簡介與系統設計

1.1 Flask框架簡介

Flask 是由Python 語言實現的一個微型Web 開發框架，因此，可以使用Python 語言來快速實現一個網站應用或Web 服務應用。

1.2 系統設計

如圖1 所示，基于Flask 的氣象裝備故障遠程維修指導系統設計主要由Flask 服務器和Web 瀏覽器組成。Flask 服務器一邊實時采集本地氣象裝備維修現場的視頻、聲音和電腦屏幕圖像信息，一邊實時為Web 瀏覽器客戶端提供連接請求服務。一旦有客戶端通過Web 瀏覽器請求連接到該Flask 服務器，Flask 服務器則接受該客戶端的連接請求，并發送氣象裝備維修現場的實時音頻、視頻和屏幕圖像信息給遠程客戶端瀏覽器。

2 系統實現關鍵代碼

Flask 服務器程序關鍵代碼如下：

3 系統實際運行效果

圖2 和圖3 為在一次國家級自動氣象站裝備維修實際業務過程中該系統的運行界面。在日前嚴重的“新冠肺炎”防控條件下，該遠程維修指導系統發揮了重要作用，它在遠端就可以讓維修專家針對本地氣象裝備故障維修活動提供實時音頻、視頻和電腦屏幕圖像的實時遠程技術指導。該系統的客戶端連接方式靈活，可以跨平臺，既可以采用計算機瀏覽器連接也可以通過手機瀏覽器連接使用。圖2 為計算機瀏覽器連接方式接入到本遠程裝備維修指導系統。通過html5 的音頻控件播放遠程實時氣象裝備故障維修音頻信息。圖3 為通過手機瀏覽器連接方式接入到本遠程氣象裝備故障維修指導系統的界面。通過html5 的圖片控件播放遠程實時氣象裝備故障維修計算機屏幕信息。通過該遠程氣象裝備故障維修指導系統可以方便地為氣象裝備維修專家和氣象裝備維修現場業務技術人員提供網上面對面的溝通交流，實現氣象裝備故障維修高效化、便利化，大大節省了氣象裝備維修專家人員流動差旅費用和時間成本，提高了氣象裝備故障排除時效。

圖2 氣象裝備維修遠程指導聲音通道界面

4 系統應用案例

4.1 萬寧國家天氣雷達系統一次故障排除案例

根據綜合氣象觀測系統監控平臺監控報警發現萬寧市氣象局天氣雷達站出現故障告警信息，各級氣象業務運行保障人員各司其職，首先是本站天氣雷達運維保障業務技術人員依靠自身技術力量承擔雷達設備故障排除任務。本站技術人員通過查看報警狀態和故障現象發現該故障為雷達發射機充電過流報警，發射機不能正常工作。

由于發射機系統涉及多個功能組件，系統結構復雜，又是大電流高功率器件，臺站技術人員無法順利維修，需要請求省級氣象裝備保障業務技術專家遠程指導。省級業務技術專家接到臺站設備維修請求后立即通過本氣象裝備遠程維修指導系統進行遠程指導。技術專家通過遠程指導系統音視頻信息向臺站維修業務技術人員傳達維修指導信息，同時臺站維修端的音視頻信息也反饋到省級遠程維修指導端。省級遠程維修指導端通過電腦屏幕通道分享維修技術原理圖和組件接線圖給臺站維修業務技術人員。整個維修過程就像臺站氣象裝備運維保障技術人員和省級氣象裝備運維保障技術專家身處同一個現場一樣，溝通交流方便快捷，大大縮短了維修時間。

最終發現是該雷達系統發射機開關組件的一塊充放電脈寬控制芯片841 損壞，更換該芯片后故障立即排除，天氣雷達系統運行正常穩定，順利排除該雷達系統發射機故障耗時才十多分鐘。其流程如圖4 所示。

圖4 萬寧雷達故障維修流程

4.2 儋州國家地面自動氣象站一次故障排除案例

根據綜合氣象觀測系統監控平臺監控報警發現儋州國家地面自動氣象站出現數據缺測故障，自動氣象站的常規要素數據均未到報，而降水現象儀和數字日照計采集的數據均按時到報。

接到綜合氣象觀測系統監控平臺報警信息后，各級氣象業務運行保障人員各司其職，首先是儋州市氣象局地面自動氣象站設備運維保障業務技術人員依靠自身技術力量承擔設備故障排除任務。

本站技術人員通過查看報警狀態和故障現象，發現自動氣象站主采集器串口是有數據輸出的，因此懷疑該故障為串口通信鏈路故障。由于臺站業務運行保障技術人員水平有限，對整個通信鏈路不是很熟悉，且通信鏈路較為復雜，其使用了光纖轉換模塊和光纖鏈路，還使用了一個集成的8 串口轉網絡服務器，中間環節較多，容易出現通信鏈路故障。

在臺站運維保障技術力量無法排除故障的情況下，請求省級氣象裝備保障業務技術專家進行遠程指導。省級業務技術專家接到臺站設備維修請求后立即通過本氣象裝備遠程維修指導系統進行遠程指導。技術專家通過遠程指導系統音視頻信息向臺站維修業務技術人員傳達維修指導信息，同時臺站維修端的音視頻信息也反饋到省級遠程維修指導端。省級遠程維修指導端還通過電腦屏幕通道分享自動氣象站維修技術原理圖和各級通信鏈路設備接線圖給臺站維修運維業務技術人員，使得臺站氣象裝備運維保障技術人員和省級氣象裝備運維保障技術專家身處同一虛擬現場，溝通交流方便快捷，大大縮短了自動氣象站設備故障維修時間。

最后發現是自動氣象站對應串口服務器上的端口接插不牢固導致的故障。將端口接插件緊固后故障立即排除，地面自動氣象站系統運行正常穩定，順利排除該故障耗時十余分鐘。其流程如圖5 所示。

圖5 儋州氣象站故障維修流程

5 結論

該文基于氣象探測裝備故障遠程維修指導需求，利用Python 語言編程技術和廣泛使用的Flask Web 開發微型框架技術設計和實現了一個穩定可靠、易于使用、跨平臺的氣象探測裝備故障遠程維修指導系統。詳細介紹了該系統的設計思路和方法，并給出了設計系統框圖和部分關鍵代碼。最后針對氣象臺站實際業務應用，給出了兩個典型的案例，說明了在臺站氣象探測裝備運維保障實際業務中該系統得到充分高效利用。并證明其效果良好，可以給全國其他氣象臺站氣象探測裝備運行維護保障業務技術人員提供參考和借鑒。