基于聊城国家基本气象站无人值守模式的探讨

2023-06-07宋波李楠李雪源王坦帅

河南科技 2023年10期

宋波李楠李雪源王坦帅

摘要：【目的】随着我国气象事业的发展，未来气象台站无人值守模式将逐步全面推广实施，对现有的国家级地面气象观测站无人值守模式进行优化和提升非常有必要。【方法】在对聊城市国家基本气象站无人值守模式现状的分析基础上，分析和探讨国家气象观测站无人值守模式的技术方法和保障措施。【结果】重点介绍了国家气象观测站无人值守下的保障系统和网络传输设计模式，并对无人值守模式下的新要求做了分析总结。【结论】无人值守并不意味地面测报不需要业务人员，而是将业务员从烦琐的人工数据监控中解脱出来，使之转型为业务保障、数据应用分析等综合型人才。因此，要实现无人值守模式下台站的长期稳定高效运行需要技术的支持，同样离不开业务人员的努力。

关键词：聊城市；国家气象基本站；无人值守；保障系统；网络传输设计模式

中图分类号：P412.1 文獻标志码：A 文章编号：1003-5168（2023）10-0101-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.021

Abstract： [Purposes] With the reform and development of China's meteorological cause，the unattended mode of meteorological stations will be gradually popularized and implemented in the future. Therefore， it is necessary to optimize and improve the unattended mode of national ground observation stations. [Methods] Based on the analysis of the status quo of the unattended mode of the national basic weather station in Liaocheng city， this paper summarizes and discusses the technical methods and safeguard measures of the unattended mode of the national meteorological observation station.[Findings] The design mode of unattended support system and network transmission of national meteorological observation station is introduced， and finally analyzes and summarizes the new requirements under the unattended mode. [Conclusions] Unattended mode does not mean that business personnel is unneeded. However， it puts forward higher requirements for the business personnel， asking them to become more comprehensive talents who can conduct tasks like business support and data application analysis， rather than just processing cumbersome manual monitoring data. Therefore， in order to realize the long-term stable and efficient operation of the station in unattended mode， it not only needs technical support， but also needs the efforts of business personnel.

Keywords： Liaocheng City; national meteorological basic station; unattended operation; support system; network transmission design model

0 引言

随着气象现代化发展，我国地面自动化观测系统形成了以台站为基础、省局为管理、国家局为统筹的三级综合观测业务组织系统模式。2016年，中国气象局提出实施全国地面气象观测站无人值守试点工作，揭开了中国地面气象观测业务运行管理模式变革的帷幕。现如今，地面气象观测无人值守模式已在我国获得了长足的发展，但是要实现真正意义上的台站无人值守仍需解决很多实际问题，无人值守模式的推广仍面临很多挑战。2022年12月，聊城市气象局完成了辖区内7个国家气象观测站升级国家基本气象观测站的工作。本研究对聊城国家气象基本站无人值守状态下气象观测模式进行分析和探讨。

1 聊城市地面气象观测业务现状

2017年8月，山东省气象局观测处发布《山东省国家级地面气象观测站无人值守工作实施细则（试行）》的函及山东省国家级地面气象观测无人值守业务工作流程，无人值守工作在山东省国家一般气象站开展试点，并将根据自动化推进和无人值守运行评估情况适时推广到国家基本气象站。

山东省气象局提出，实现无人值守应以“保证观测业务质量”为基本前提，以“增强县级综合业务能力、提高业务运行保障能力、提升观测数据质量”为宗旨，促进监测智能化发展和监测服务由观测信息收集向工作维护、质量管理、统计分析的转变。针对现阶段中国地面气象观测业务的实际运行状况，仍需要部分观测人员同时担负着数据收集、服务管理以及运营保障等职责。

目前，聊城市共有国家基准气候观测站1个，国家基本气象观测站7个，分布在聊城市区和下属7个县区，其中聊城国家基本气象站处于局站分离但有测报业务人员值守的状况，其余7个台站处于局站同址的状况，同全市107个区域自动气象观测站（其中14个站属于国家层级管理）、24个生态气象监测站、5个GNSS/MET水汽观测站，2个天气雷达站共同承担着全市综合气象观测任务。市、区（县）局业务人员通过山东省气象信息共享平台、综合气象观测业务运行信息化平台和山东省统一版监控运维平台等对观测站的傳输情况进行实时监控，缺测信息会通过短信息的方式发送至相应的值班和管理人员的手机。聊城地面观测站数据传输流程如图1所示。

聊城国家基本气象站位于山东省聊城市李海务办事处，站点海拔高度36.1 m，隶属于聊城市气象局气象综合保障中心管辖，建站时间为1957年1月，2020年因探测环境问题，站址由聊城市东昌府区湖南路凤凰苑迁移至现址，目前有4名业务人员轮班进行业务值班值守。

2 业务监控和报警系统设计

2.1 供电电源系统设计

要实现台站无人值守，设备自动化正常运行，稳定的供电是基础。目前台站普遍采用的模式是市电供电、UPS保障、自启动式后备电源供电系统。观测站所有在用业务设备全部接入不间断UPS供电电源，同时将UPS电源接入网络系统，通过软件进行实时的监控，以便发生故障时能自动触发报警，及时启动备用的发电机进行供电，当供电恢复正常时，备用发电机自动断电，保证设备24 h不间断的持续运行。

在备用发电机组的建设方面，根据地区差异采用不同方式的备用供电系统设计。目前主要采用的方式是以柴油发电机组为基础，配置双电源自动切换装置ATS和专用的智能配电柜，ATS自动切换柜可以实现两路电源的全自动转换，即当主电源停电或发生故障时，备用电源自动投入，主电源恢复正常时，再恢复到主机电源供电。ATS配电柜不仅可以实现市电和柴油发电机组的自动切换，也可以实现对观测场自动观测设备和业务电脑的远程供电管理操作［1］。

在一些高寒高海拔偏远地区，例如以西藏、新疆等地区为代表的艰苦台站，主要采用太阳能供电站和小型风能供电站的方式进行主备份电源系统的建设。大功率的太阳能电源系统作为主供电，较低功率的太阳能发电站和小型的风力发电系统则作为自动转换或临时备份应急使用［2］，两套系统之间也要保持无间隙的自动切换。

2.2 业务监控和防护系统

山东省气象局观测处关于《山东省国家级地面气象观测站无人值守工作实施细则（试行）》的函规定气象观测站申请无人值守的基本条件之一是必须具备高清的视频监控系统。对于局站分离的台站，还应配备星光级超低照度摄像机，以适应异地监测天气现象及其他重要气象要素的业务需要。视频监测系统的设置不干扰设备的信息收集，并可以完成对观测现场全部设备、值班室、气象监测场所的实时监控。降雪、结冰、冰雹、凝结等自然天气现象和龙卷等重要的气象活动均需要采用地面视频监测设备在观测站地的视区内辅助观测并进行监测记录。降水类天气现象、视程障碍类型的天气现象、雪深情况等在地面自动监测数据出现异常或缺测情形后，也可以通过视频监控系统［3］测量结果和地面自动气象观测站的信号，对所监测地的天气现象进行评价与质控，并作为人工辅助信息进行记录。同时，需要建立在业务电脑上的平台控制软件，能够完成对监控仪器的控制以及监控地信息的即时收集、保存与备份。另外，视频监控系统还需要承担台站整体环境安全问题的实时监控。

聊城市气象局采用安之源AZY-DCMS数据中心综合监控系统，对市局和聊城国家气象基本站的业务机房、UPS电源［4］、空调等运行状态进行全方位的实时监控，可实现机房设备运行管理的无人值守，极大地提高了资源利用率和设备运行管理水平。通信供电系统及机房环境监视系统，简称动环监控系统，如图2所示。该系统是对布置在各机房的与电源箱、UPS、空调、蓄电池组等的各种动力设备，以及门电、红外、窗破、水浸、环境温湿度、烟感温度等相关的设备用房状态的各种信息，进行远程监视、遥信、遥调和遥控等，实时监控设备的工作参数，及时检测并解决问题，记录分析有关信息，并对其实施集中控制和集中保护。

3 传输模式设计

在无人值守模式下，如果网络出现故障，将无法保障无人值守气象观测站的正常运转，因此必须保证网络的实时通畅［5］。

3.1 “主备+4G”的网络传输模式

目前无人值守的自动气象观测站基本均采用“一主一备+4G”的网络保障传输模式。市、区（县）观测站采用双通信线路（移动与联通）铺设两个不同运营商的互联网专线，移动线路出现故障时可以自行转移至联通备用专线。双串口服务器利用双路光缆直达台站值班室，并互为热备。在两个专线设备均发生故障时，自动启动4G无线网络通信，实现了移动、联通和备用4G无线网络数据传输相互间的自动切换，确保了无人值守情况下数据不间断传输。由于传输模式相对稳定，全国大部分台站均采用此种模式。

3.2 交换机双机设计

聊城市国家基本气象站配置的是两台华三LS-5560X，将两台同型号的物理设备虚拟成一台逻辑设备，逻辑和管理上看，就只是一台设备，配置自动同步，切换快速，可同时开展业务。交换机的堆叠可以通过DAC高速线缆、光模块或者专门用于堆叠的线缆来实现，网络拓扑结构如图3所示。

堆叠主交换机是负责管理堆叠备交换器的核心交换机，保存整个交换机堆栈的所有运行与配置文件。使用者能够直接透过该堆叠主交换机进入堆叠系统中，并对堆叠系统的整个交换机进行统一分配与管理。一旦主交换机出现故障，堆叠系统便会在备交换器中选择当前最新的堆叠主交换机，但并不影响整个网络的整体性能。

4G无线路由设置，MSR2600路由器通过4G网络作为备份链路，当联通和移动同时断开时，可以通过4G网卡将数据传输至省气象局。由于无线接入控制器上可以同时执行多种动态路由协议，就存在着不同路由协议间路由信号共享与选择的问题。此时要给每一条路由协议都设定一条优先权，当不同协议都发现了同一条路径时，优先权最高的路径就被优先通过。此指令主要是为了确定对OSPF协议路径的优先权。通过选择Route-Policy参数，可以给所指定的路径设置优先权。

为进一步完善网络管理，进行实时设备工作情况的即时可视化监测［6］，聊城市气象局通过在市局搭建了一台专用服务器安装Esight软件（Esight监控界面如图4所示），实时监测网络设备的连接情况和网络运行状况，对网络传输过程出现异常状况进行即时监测报警。软件中包括告警信息查询、报警管理、报告规则设置、告警远程通知、手机短信息等功能，以便互联网管理人员及时采取措施，恢复互联网正常工作。

远程监测人员可通过由软件产生的拓扑图查看设备的颜色、数量以及链路的通断状况等，掌握各物理装置的工作状态，从而完成对各物理装置的监测，进行快速定位并处理故障。

4 台站完善应急保障措施

台站无人值守是业务高效运行必然结果，其目的是要在科技的辅助下达到气象观测站安全、运行减人增效，但并不是真的“无人”，个别观测项目仍需值班人员参与观测［7］。无人值守一方面有助于业务人员脱离烦琐的数据监控，但另一方面要求其进行数据的保障和应用分析，对业务人员提出了更高的素质要求。

业务人员要严格按照气象观测无人值守业务工作流程进行日常的监控和操作，熟练使用各项软硬件设备。市、区（县）局和台站要根据实际情况，针对无人值守下可能出现的各种问题和保障、维护、维修措施制定规范化的操作守则和要求［8］，并在今后的实际工作中不断完善。

在专业能力方面，业务人员除了必须具备良好的地面观测理论和仪器设备保养维修能力外，还必须具备服务应用的网络故障排除能力。当地面探测地点发生网络数据传输故障时，必须能够使用基本的互联网指令完成故障的排查，确保以最快的速度查找问题节点，保证气象数据传输的持续性、准确性。

实施无人值守后，对于某些通过软件或者远程操控无法解决的问题，仍然需要业务人员临时到岗到位，及时排除故障，并在短时间内恢复人工值守状态。

参考文献：

［1］卢舟，彭柏池，赵丛丽，等.地面气象观测无人值守实现及保障方法研究［J］.气象水文海洋仪器，2020，37（2）：14-18.

［2］姚作新.基于北斗卫星通信短信通信方式的无人值守自动气象站网［J］.气象科技2012，40（3）：340-344.

［3］沈瑱，王冰梅，邹超，等.无人值守地面气象观测站的设计与实现［J］.信息技术与信息化，2020（5）：212-216.

［4］吴晓，岳勇，薛培珍，等.气象台站无人值守存在的安全隐患及对策［J］.气象水文海洋仪器，2022，39（1）：117-120.

［5］计舒怀.基层气象台站的网络维护［J］.河南科技，2017（23）：15-16.