自动气象站实时监控系统的研究与设计

■韩贵香

（山东省博兴县气象局山东滨州256500）

自动气象站实时监控系统的研究与设计

■韩贵香

（山东省博兴县气象局山东滨州256500）

系统的研究与设计实现了对全区自动气象站的实时监控，具有价格低廉、体积小巧、操作便捷、实用性强等特点。自动气象站实时监控是自动气象站站网自我维护保障系统，通过实时监控，可以随时发现数据异常现象，并根据数据异常情况进行科学分析，作出系统故障预警，通过网络终端通信将故障信息发送到自动站技术维护部门。技术人员可以根据自动站提供故障信息，及时对故障进行处置，确保自动气象站正常运行。鉴于此，本文对自动气象站实时监控系统的研究与设计进行了分析探讨。

自动气象站数据库访问质量控制自动监控

1 系统功能的总体设计

在上层软件设计中，论述了数据质量控制理论和系统开发中的数据库查询优化技术。然后对自动站上传的气象要素值进行逻辑分析，即当前要素值存在且出现在合理范围内时，则认为设备运行正常；反之，如果检查出要素值缺测或超越常规值，达到示警条件时，异常信息自动在监控系统中告警提示，从而体现了整个系统的监控能力。

按照区气象局对测报业务的相关规定，国家级自动气象站正点后10分钟内（区域自动气象站正点后15分钟内），正点数据必须上传到区气象局中心站服务器上，否则数据计逾限，在本系统设计中计缺测。系统首先加载站点信息配置XML文件，然后以此信息去检索服务器中的数据，进而分析数据。其中，数据的检查分析是本系统功能的核心，包括获取当前整点小时数据与数据的对比、过滤与提取。最后对整点数据出现缺测或超越常规值时，将站点信息、站点号等编码后发送到监控报警系统。

2 下位机监控系统设计

2.1 下位机硬件设计

硬件系统的处理器选用当前非常成熟的STC90C51系列单片机，它具有高速、低成本、兼容性极好的特点，可以在3．3～5．5V范围内正常工作，工作频率范围0～40MHz，具有丰富的FLASH应用程序空间与1280字节的片上RAM，支持ISP与IAP等优点。为提高液晶的显示刷屏速度且要求与上位机串口通信的稳定性与可靠性，该系统选用的晶振频率为22．118 4MHz。上位机与下位机通信中，利用上位机通用的USB接口向下位机发送数据。USB转串口芯片选用CH340T，该芯片具有与WindoWs操作系统上的串口应用程序完全兼容、可以直接将USB转换TTL信号且外围元器件简单的特点。

2.2 下位机软件设计

在程序开始时，首先初始化液晶与串口，然后开启串口中断进入死循环，侦听串口是否接收到数据。当下位机侦听到数据传来时，通过其首字符是否是“＆”，来判断是否是上位机发来的自动气象站异常信息。如果是“＆”则将接收标志位置“1”，等待接收自动站异常信息；若有数据传来，则将接收到的数据存储到异常信息数组中；若再接收到字符“＆”时，将接收标志位清零，数据接收完成，并将存储到数组中的异常信息显示到液晶屏上，并发出报警警告。

3 系统实现

3.1 开发工具及开发环境

该系统采用VisualStudio2010在XP系统下开发。VisualStudio2010是微软推出的一款.NET平台上的经典开发工具。它具有以下特点：功能强大，高效灵活的全新IDE，开发效率高，代码质量高，支持VisualBasic、VisualC#、VisualC++、VisualF#4种程序语言，支持Azure平台，强化云计算能力，提升并行计算，应对多核趋势。

3.2 完善数据库

中心站接收的数据已经进行入库处理，其数据统一存储，数据库系统使用的是SQLServer2000。然而，它没有按行政区划区分各县市的站点，只是按站号（主键）统一存放流水数据。为此，监控平台在现有数据库中新增3个表，分别是station表、county表、sc_map表。station表用于存放站点信息，其键值有自动编号（主键）、站号、站名、地址等，coun-ty表用于存放本市各行政区划单位值，其键值有编号（主键）、名称、所属市等，sc_map表用于存放站号与行政区划单位编号对映关系的值，其键值有ID号（主键）、站号、coun-tyID等。由此关联3表，对于任意站号（唯一值）都可确立其所属行政区划单位。

3.3 站点状态信息与中心站同步功能

由于中心站软件没有提供站点的心跳信息文件，故站点的状态信息难以掌握。这里以站点发送给中心站的数据为切入点，进行分析。基于区域自动站每5分钟向中心站发送一次数据，监控系统以5分钟为时钟周期T，在T+1分钟时进行数据检测，如果检测到自动站发送回来数据，则将该站点标注为正常连接，并且标注第一次正常连接的时间戳，如果没有检测到自动站发送回来数据，则将站点标注为断开连接，并标注断开连接时间戳，同时通知维护人员该站点出现故障，维护人员可以及时出动维护。因此，理论上讲监控平台页面上显示的站点信息状态比中心站滞后一分钟，而且如果碰到网络堵塞导致中心站接收数据滞后，还会有一定的误差，但基本上已经与中心站同步。

3.4 站点空间分布图

以市县为单位，每个单位一个页面，在行政区划图上对应标注各站点位置。每个站点默认显示雨量数据，雨量数据以前一天20点至当天20点为起止时间，循环累计显示至当前时间的数据，并且用户可以设置数据告警临界值，雨量值默认告警值为50，超过50的数值将被标识为红色，以便监控人员引起警觉。

4 结束语

本设计侧重数据的实时监控与分析，充分利用XML结构的简单而高效的特点，通过．NET技术获取中心站的自动气象站基础数据，然后对数据进行分析，过滤，对异常站点信息进行自动获取存储，并将异常数据信息编码后发送到下位机。在下位机中实现异常数据信息的液晶显示与声光系统综合报警功能。

[1]王欢.基于PLC的黑木耳生长环境监控系统的设计 [D].东北农业大学,2014.

[2]毛昱力.基于Zigbee技术的自动扶梯实时监控系统的研究与设计 [D].辽宁师范大学,2014.

[3]田泓.自动山洪雨量站技术呼市地区应用的研究 [D].内蒙古大学,2014.

[4]韩雪盈.自动气象站质量监控系统设计应用分析 [J].北京农业,2014,24:157-158.

P41[文献码]B

1000-405X（2016）-6-422-1