国家级观测站无人值守监控软件设计*

胡景波 邱杰 郁雪文 陈峰云

(1.湖州市气象局,浙江 湖州 313000;2.温州市气象局,浙江 温州 325000)

0 引 言

推进国家地面气象观测站无人值守工作是加快观测自动化,促进业务提质提效的重要举措。[1]为达到无人值守的目标,必须要改变以往以观测员为主的观测模式,要最大化的利用计算机完成常规的观测工作,把观测员定位成应急和决策的角色,快速应对突发情况,快速排查故障过程。[2]无人值守的情况下可以更加合理的安排业务人员的工作,使业务运转更加协调,进一步解放观测员,推动观测工作的规范化和现代化,达到一人多岗,一岗多责的目的。

覃爱金[3]、丁志平[4]介绍了广东和广西两个台站无人值守运行的模式。参考了其他无人值守台站的试点情况,发现很有必要开发出适合自己台站的监控软件来辅助正常的观测工作。张伟奇[5]介绍了软件设计模式在气象观测软件开发中的应用。黄思源[6],朱长乐[7]设计了可以监控ISOS软件的程序。龙凤翔[8]李艳[9]、薛风国[10]设计了可以监控观测数据和设备运行情况的程序。郭方[11]、朱勍[12]分别介绍了辅助监控软件在机场气象观测工作中的运用。

本文以湖州市4个国家级观测站为基础,借鉴省内其他观测站无人化试点的情况,整理了无人值守情况下科学高效的观测流程,在此基础上开发出高度集成的监控软件。软件采用了基于.Net Framework4.5微软的WPF(Windows Presentation Foundation)框架,用户界面布局更加灵活,用户体验更加友好。软件基本配置的数据存储使用了Sqlite数据库,更加轻量级,而且不需要安装客户端。针对气象要素数据库的特点,读取数据库时采用了EF(Entity Framework)框架,提高了软件的开发效率。本软件可在Framework4.5以上的环境中运行。软件功能包括数据质量控制、观测流程提醒、报文上传检查等。本软件的设计初衷是减轻综合岗业务中观测工作的压力,让值班员更高效的工作,避免因无人值守而造成工作的遗漏。

1 业务需求

目前的综合观测质量考核不仅仅包括报文上传及时率,还包括设备运行质量、观测数据质量等。造成综合观测质量下降的主要原因是自动站设备故障、网络中断、计算机故障等突发情况,日常工作中主要依靠人工定时巡查、按时重启计算机,省级网络中心电话提醒等办法解决。但上述办法时效性不强,特别是夜间不守班期间,值班员不能及时收到报警通知,甚至可能造成夜间一直中断没人发现的情况。虽然集成版ISOS软件对新型自动站采集器、传感器故障造成的观测数据缺测或异常有监控报警功能,但存在报警方式单一、监控数据种类不全等问题,还远远不能满足实际工作的需求。本文探讨的是利用编程语言,设计出一个“接地气”的集成综合监控平台,当出现以上问题时及时提醒业务人员采取措施。还可以对台站各类观测数据有效进行监控,从而提高设备运行稳定率、报文上传及时率和观测数据可用率,极大改善由于发现问题不及时而导致业务质量下降的问题。

2 软件特色

2.1 软件主界面

软件主界面分为4个区域,分别是观测事项提醒,交接班记录,到报检查结果和质量控制结果。如图1,软件主要功能的运行结果均在首页显示。

图1 软件主界面

2.2 自动站分钟及小时数据质量控制

为了保证数据的准确性,及时发现可疑数据。除了ISOS软件自带的质控方案全部勾选以外,在辅助监控软件中增加了观测数据的质量控制功能。自动站数据质量控制是本软件的主要功能之一。软件检查的数据来自于市级观测数据库,数据库每5 min更新一次,软件的质检周期默认设置成5 min。质控检查包括3个方面,第一是主要变化范围检查,除了常规站自带的检查项目以外,增加了小时蒸发量的最大值检查,当小时蒸发量大于某个临界值的时候,软件会提醒值班员,临界值可以在参数设置里进行修改。第二是空间一致性检查,即常规站与备份站同一时间同一要素的数据对比。常规的质量控制中进行空间一致性检查的要素只有气温,在此基础上,本软件增加了气压、风速、相对湿度、地表温度、浅层地温(5、10、15、20 cm)、深层地温(40、80、160、320 cm)、小时降水量等要素。第三是时间一致性检查,即常规站前后5 min数据的连续对比,包括气温、气压、相对湿度、地表温度、浅层地温(5、10、15、20 cm)、深层地温(40、80、160、320 cm)等要素。图2为数据质量控制的参数设置界面,不输入阈值默认不进行该项质量控制。

图2 质检阈值参数设置

2.3 报文上传监控

报文监控主要通过定时检查省级传输目录下有没有本台站规定时效内上传的报文,如果没有就发出报警信息,市级短信报警系统发现该报警信息后会自动往值班手机或指定的负责人手机发送提醒短信。图3是软件检查报文传输状态的流程。

图3 到报检查软件流程

参数设置时可以输入待检查报文名称中含有的关键字符,如日数据的到报检查可以输入关键字符“DAY”。并输入多个关键字符,用“,”隔开,如图4。软件通过参数设置的关键字符检查报文的到报情况,确认上传目录里是否有最新的报文。这样可以避免之前很多软件只能进行一种报文检查的局限性。观测员通过参数设置可以设置检查任何需要上传的报文,除常规站的长Z文件,也包括酸雨、风廓线、大气成分等其他的传输文件。

图4 到报检查参数设置

3 其他功能模块介绍

1)参数设置

参数设置包括铃声管理、人员管理、设备管理、气候概况设置、质检阈值管理、整编数据管理六个选项。其中报警铃声可以设置成语音合成的专属提示音,使提醒更加直接。人员和设备根据台站自身情况设置。整编数据管理和气候概况设置一旦设置好,不允许轻易修改,作用是为了自动形成月报表里的气候概况描述文字。质检阈值管理中主站和备份站差值的报警阈值需要台站根据自身情况设置,没有统一标准。主站数据的连续变化报警阈值根据规范要求设置。

2)提醒事项

提醒事项类似于闹钟,事先设置好每一步观测流程的时间,到了对应的时间就会提醒,值班员必须手动点处理按钮才会停止闹钟。软件执行提醒事项的流程如图5所示。

3)气候概况

增加这一功能的初衷是为了提高台站制气候概况的效率,避免人为计算的错误。通过参数设置,将当地的整编资料输入软件中,软件通过读取月报表文件里的数据,自动比对当月气温、降水、雨日和日照与30 a整编资料的差距,自动生成本月的基本气候概况描述文字,制作人员可以在界面直接修改,如图5,然后复制到MDOS中去。

图5 气候概况界面

4)巡查记录

由于ASOM和MDOS中都要求记录仪器巡查情况,本软件主要以提醒为主,没有要求更详细的记录,只是记录了简单的巡查时间和巡查人,方便值班员留痕。

5)业务规定

专门用来存放业务规定,具有文件名关键字搜索功能,便于突发情况时快速找到需要的规范。

6)应急联系人

为了方便报告制度的实行,省去查阅电话簿的时间,提前将可能用到的电话录入软件中,以备不时之需。

4 实际应用情况

该监控软件已经在少数台站进行业务试运行,在运行过程中,程序的主要功能运行良好。首先能够完成常规的报文传输监控功能,试运行阶段遇到的报文上传中断情况均及时发出报警。特别是在夜间不守班期间,报文监控功能发挥了很大的作用。例如8月14日凌晨03:55湖州站土壤水分中心站软件突然自动关闭,造成04时整点文件未及时上传,监控软件于4:04发出短信报警,值班员及时到达值班室处理,在规定时间之前上传了文件,未造成逾限报。其次是双套站数据对比效果明显,能及时发现传感器故障。此外,值班员对软件其他的功能也比较满意,试运行期间软件制作的气候概况与人工基本一致,未发现算法的错误。

试运行期间也发现了不足之处,参数设置错误导致的误报警时有发生,后续初步打算简化参数设置的内容。再根据台站的需求增加一些常用的功能,使该软件不断优化,进一步满足业务需求。

5 结 语

按照《综合气象观测业务发展规划(2016—2020年)》的要求,在不断改革中全面提升综合气象观测业务技术水平。无人值守是一种先进的业务运行模式,需要更高素质的业务人员通过更先进的软硬件完成所有的观测任务。本软件从观测员的实际需求出发,以整合碎片化的需求为目的,实现了一些“接地气”的功能,操作简单,可靠实用。软件在投入业务运行的过程中,能正常实现所设计的功能,运行稳定,报警及时,让观测人员能够及时采取有效措施处理故障,有效地保证了业务工作质量。