风廓线雷达2017至2018年运行状态评估①
2019-02-06周薇郭泽勇
周薇 郭泽勇
摘 要：为实现风廓线雷达故障的快速定位和维修工作，给出全面、准确和客观的评估，为设备保障、灾害监测和准确预报等方面提供更优质的服务。本文基于2017年8月1日至2018年7月31日的风廓线雷达维护维修数据，通过获取风廓线实验站点和纳入监控站点的75部风廓线雷达的运行指标进行评估分析，得到风廓线雷达总体业务运行指标及典型故障的分布特征等结论，以促进和推动我国风廓线雷达的维修能力和规范化管理，提升综合气象观测系统管理效能。
关键词：大气探测 风廓线雷达 运行状态 评估
中图分类号：S12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0131-02
综合气象观测系统是我国当前气象观测行业主流的气象数据来源和获取渠道[1]。中国气象局气象探测中心负责研发的综合气象观测系统运行监控平台（ASOM），建立了对气象雷达、探空系统和国家级自动气象站的监控保障功能，提供了可资原共享的数据平台[2-5]。截至2018年底，全国风廓线雷达纳入业务网监控共75部，主要包括3km风廓线雷达（L波段，1270～1375MHz）、8km风廓线雷达和16km风廓线雷达（P波段，445MHz）。
风廓线雷达网的建立弥补了常规高空探测站网空间密度和观测时次上的不足，在中小尺度灾害性天气的监测和数值预报模式中对短时风场预报误差的减小发挥了重要作用，然而在建设和运行过程中发现的一些新的问题也给风廓线雷达的监控和维修等保障工作带来了困难[6-8]，主要表现在以下一些方面：
（1）现有风廓线雷达生产厂家多，主要有安徽四创电子股份有限公司、北京敏视达雷达有限公司、南京恩瑞特实业有限公司和中国航天科工集团第二研究院23所共4家公司，型号和部件不统一，系统结构不一样，其产生的状态和参数也都不一致，文件的格式也不统一，甚至缺乏必要的参数信息，这些问题引起数据解析解译困难，无法提供雷达故障定位和运行状态信息，造成监控功能无法实现;
（2）基于风廓线雷达数据的质量控制仅依托于观测数据而缺乏与设备运行状态结合检验，这样得出的质控结果不够全面、准确和客观;
（3）目前未实现对风廓线雷达的运行监控工作，缺乏有效的评估方法和评估指标，对其业务运行能力无法进行客观准确评估，难于了解设备运行的实际情况。
由此可见，通过获取必要的运行状态信息，实现故障的快速定位和维修等工作，给出全面、准确和客观的评估，为设备保障、灾害监测和准确预报等方面提供更优质的服务，有助于促进和推动我国风廓线雷达系统结构、系统软件及设备参数的规范化管理。
1 风廓线雷达原理
风廓线雷达按照其设备系统结构，一般可分为天线分系统、发射分系统、接收分系统、信号处理分系统、监控分系统、标定分系统、通讯分系统、数据处理及应用终端分系统、电源（配电）分系统这九大分系统，按照多样化需求，部分风廓线雷达还包含RASS分系统，每一分系统中按照其功能结构，又可分为功能单元组，每一功能单元组下面包含若干最小可更换单元。风廓线雷达的所有分系统的所有最小可更换单元即构成了一套完整的、可运行的雷达系统，其工作原理框图，见图1。
2 风廓线雷达评估方法及评估指标
结合风廓线雷达维护维修情况，不考虑产品文件质量情况下，综合提出风廓线运行状态监控评估指标：业务可用性。业务可用性是系统能工作和不能工作有关的一种可用性参数，考察设备的实际可用能力，用Ao表示[9]（式1）。此處设备维护、巡检及可能遇到的一些特殊停机时的关机状态按设备可用处理。
（1）
其中：
Ton为风廓线雷达系统正常、系统可用两种状态的时间代数和;
Tpm为风廓线雷达进行业务维护、巡检等处于待机状态的时间;
Ts为业务规定的特殊停机时间，如：配套设施（设备）维修、雷达站搬迁和电磁环境检测等工作开展期间的停机;
Tt为业务规定的观测时间，由于风廓线雷达业务规定为24h不间断工作，所以此处为24h。
3 评估结果分析
3.1 评估时间段
2017年8月1日至2018年7月31日，一整年。
3.2 纳入监控站点评估情况分析
目前，业务上监控风廓下雷达的站点数为75部，统计所有雷达故障时长达393157min，业务可用总时长365×24×60×75即39420000min，那么业务可用性为99.0%，说明总体来说风廓线雷达的整体业务运行稳定可靠。
故障次数最多的分系统是数据处理及应用终端占45.4%，主要存在的故障现象是探测软件卡死、电脑中毒或者蓝屏，解决方法：重启工控机解决，说明厂家探测软件与操作系统兼容问题有待解决。
其次是通讯分系统占20.1%，主要存在的故障现象是电脑卡死、数据上传软件不工作，解决方法：重启工控机解决。说明各厂家开发的传输软件以及探测软件长时间运行极易导致电脑死机，如何解决软件不稳定带来的频繁停机，需要整改。
最后是发射分系统故障占14.9%，故障现象各式各样，没有特别频繁的故障现象，主要是发射功率降低或者没有。
通过各分系统故障时长和平均故障时长占比的统计，可以看出，监控分系统虽然所占故障次数不多，但是监控分系统重新恢复的时间是最长的，因此在台站存储备件的过程中应该加强监控系统备件的储备工作，以便能够大大减少解决雷达维修时长。
4 存在问题及分析
本研究在梳理目前已建设风廓线雷达设备结构的基础上，基于现有运行监控业务需求，制定了风廓线雷达运行评估方法及评估指标，通过判断风廓线雷达设备运行情况，提高风廓线雷达运行保障技术水平。
（1）风廓线雷达总体业务运行稳定可靠，业务可用率达到99%以上。
（2）风廓线雷达的主要故障在于软件系统稳定性方面，即非硬件故障造成雷达运行停机，各厂家在这方面应该对软件系统进行升级或者提出有效的解决办法，达到长期无人值守的要求。
（3）風廓线雷达的硬件故障主要存在于发射系统和监控系统，各雷达站点应该加强发射系统和监控系统雷达备件的储备，以便及时解决雷达故障。
参考文献
[1] 孟永红.综合气象观测系统运行监控平台（ASOM）设计[J].科学技术创新，2018（16）：81-82.
[2] 陈锐，马兴昌，任开智，等.ASOM及自动站运行监控记录查询分析系统工作原理[J].贵州气象，2011，35（5）：45-46.
[3] 李大为，胡士义，张浩.综合气象观测系统运行监控平台（ASOM）业务运行实施方案[J].科技风，2015（16）：108.
[4] 姚文静，吴航，孙尚东，等.综合气象观测系统运行监控平台（ASOM）应用[J].吉林农业月刊，2017（10）：98.
[5] 裴翀.综合气象观测系统运行监控平台（ASOM）设计[D].北京邮电大学，2012.
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[9] 徐鸣一，李峰，夏元彩，等.新一代天气雷达2009-2014年运行状态分析[J].气象，2017，43（3）：365-372.
