王建莊，余秀娟

（佛岡縣氣象局，廣東佛岡 511600）

新型自動(dòng)氣象站業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控工具的開(kāi)發(fā)

王建莊，余秀娟

（佛岡縣氣象局，廣東佛岡 511600）

采用C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了基于新型站的業(yè)務(wù)監(jiān)控工具，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控、數(shù)據(jù)補(bǔ)傳，對(duì)上傳文件進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯實(shí)時(shí)檢查、新型站業(yè)務(wù)軟件卡死后重啟等功能，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)備份臺(tái)站參數(shù)及數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)近半年的試運(yùn)行，證實(shí)能較大程度改善臺(tái)站新型站觀測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用；自動(dòng)氣象站；新型站；數(shù)據(jù)質(zhì)控；運(yùn)行監(jiān)控

本研究從臺(tái)站參數(shù)自動(dòng)讀?。▽?shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)不同的臺(tái)站觀測(cè)任務(wù)）、上傳數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯檢查、“傳輸”程序假死狀態(tài)檢測(cè)及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等3個(gè)方面分別說(shuō)明，程序以VC++2010開(kāi)發(fā)，代碼部分用類(lèi)C語(yǔ)言偽代碼說(shuō)明。

1 設(shè)計(jì)架構(gòu)與工作原理

考慮到程序執(zhí)行效率，采用VC++2010開(kāi)發(fā)，利用C++11標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL，Standard Template Library）中的容器及內(nèi)置算法來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的檢測(cè)功能，主要分為臺(tái)站參數(shù)讀取模塊、數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊、網(wǎng)絡(luò)切換及數(shù)據(jù)備份模塊等，主要功能放在數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊上。長(zhǎng)Z文件檢測(cè)是在其上傳前1 min從AWSNET目錄讀取，并檢測(cè)，如果數(shù)據(jù)有缺測(cè)或沒(méi)有質(zhì)控等則給予提示。網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)是每5 min讀取業(yè)務(wù)“傳輸”軟件的日志，分析是否已經(jīng)上傳。如果沒(méi)有當(dāng)前上傳文件的傳輸記錄則先檢測(cè)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是否暢通，暢通則重啟“傳輸”軟件，否則啟動(dòng)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，其流程如圖1所示。

圖1 監(jiān)控工具的流程圖

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 自適應(yīng)不同臺(tái)站觀測(cè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)

國(guó)家級(jí)臺(tái)站按臺(tái)站類(lèi)型分為基準(zhǔn)站、基本站和一般站，不同類(lèi)型的臺(tái)站觀測(cè)任務(wù)不同，臺(tái)站配備的觀測(cè)儀器也有差別。因此監(jiān)控工具實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)讀取臺(tái)站參數(shù)，根據(jù)不同的臺(tái)站配置實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)任務(wù)。新型站業(yè)務(wù)軟件分為3個(gè)部分，分別為“臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件_業(yè)務(wù)”（MOI）、“臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件_傳輸”（MoiFtp）、“臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件_采集”（SMO）。3個(gè)程序分別簡(jiǎn)稱(chēng)新型站“業(yè)務(wù)”軟件、“傳輸”軟件和“采集”軟件［3］。3個(gè)軟件安裝目錄不同，均有自己的配置參數(shù)，因此需要分別讀取3個(gè)程序的參數(shù)配置。采用了枚舉進(jìn)程的辦法獲取這3個(gè)軟件的安裝目錄，然后分別讀取3者的參數(shù)配置，從而獲取臺(tái)站的類(lèi)型、觀測(cè)任務(wù)等。

1）通過(guò)程序進(jìn)程獲取測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件安裝目錄。

利用進(jìn)程快照，枚舉出所有進(jìn)程，然后根據(jù)傳入的進(jìn)程名字來(lái)獲取進(jìn)程的目錄。新型站業(yè)務(wù)軟件采集、業(yè)務(wù)、傳輸?shù)?個(gè)進(jìn)程名字分別為“臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件_采集.exe”、“MOI.exe”、“MoiFtp.exe”，因此編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)讀取這3個(gè)程序的目錄。

2）參數(shù)的讀取。

新型站業(yè)務(wù)軟件的參數(shù)均采用了XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）文件保存，因?yàn)閂C++沒(méi)有自帶XML解析器，而且配置文件體積不大，監(jiān)控工具只是在啟動(dòng)時(shí)才讀取參數(shù)，所以采用了直接讀取解析的方法。按文本文件的格式打開(kāi)XML文件，根據(jù)需要解析出所需參數(shù)，通過(guò)傳入不同節(jié)點(diǎn)名字實(shí)現(xiàn)了通用。以讀取“傳輸”軟件的正點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為例，獲取在正點(diǎn)后幾分幾秒上傳，以便于在此時(shí)間點(diǎn)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯檢查。

2.2 上傳數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)時(shí)檢查

目前新型站上傳的數(shù)據(jù)主要是地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)文件，簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)Z文件”，該文件除包含自動(dòng)觀測(cè)項(xiàng)目外，還包含了人工觀測(cè)項(xiàng)目，在定時(shí)觀測(cè)時(shí)間需要人工質(zhì)控，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確［3］。“長(zhǎng)Z文件”是目前天氣預(yù)報(bào)中主要的地面觀測(cè)資料來(lái)源，也是MDOS（氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)）生成地面月報(bào)表的數(shù)據(jù)來(lái)源。因此對(duì)長(zhǎng)Z文件實(shí)時(shí)質(zhì)控是非常重要的。由于長(zhǎng)Z文件會(huì)定時(shí)上傳，所以需要在文件上傳前完成數(shù)據(jù)檢測(cè)，才不至于事后再發(fā)更正報(bào)文。

業(yè)務(wù)邏輯檢查主要實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)Z文件的缺測(cè)檢查、定時(shí)觀測(cè)時(shí)次的人工質(zhì)控檢查，對(duì)受降水影響造成的自動(dòng)蒸發(fā)異常、日上傳數(shù)據(jù)缺測(cè)、深層地溫膠管進(jìn)水造成深層地溫變化趨勢(shì)異常等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

1）定時(shí)觀測(cè)時(shí)次未人工質(zhì)控的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

在國(guó)家基本站及基準(zhǔn)站每天北京時(shí)08：00、11：00、14：00、17：00、20：00需要輸入人工觀測(cè)項(xiàng)目，如果未輸入人工項(xiàng)目，新型站“業(yè)務(wù)”軟件會(huì)生成1份有缺測(cè)字符的長(zhǎng)Z文件上傳，造成MDOS系統(tǒng)反饋錯(cuò)誤。所以需要在文件上傳前完成檢測(cè)，方法是在文件上傳前檢測(cè)文件的質(zhì)控碼及總低云量等人工項(xiàng)目。一般情況下，臺(tái)站設(shè)置了正點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳時(shí)間，如04：30定時(shí)上傳，因此需要讀取臺(tái)站的上傳時(shí)間設(shè)置，在該時(shí)間點(diǎn)提前1 min來(lái)檢測(cè)。其實(shí)現(xiàn)的偽代碼為：

2）蒸發(fā)異常及深層地溫進(jìn)水檢查。

蒸發(fā)量與溫度、濕度、風(fēng)速等要素有關(guān)，但如果當(dāng)時(shí)有降水，即使風(fēng)速很大，小時(shí)自動(dòng)蒸發(fā)量如果偏大還是要按異常來(lái)處理，需要值班員人工處理并上傳更正報(bào)。而如果在沒(méi)降水的情況下，風(fēng)速大、濕度低、溫度高則允許蒸發(fā)量大點(diǎn)，所以如果檢測(cè)小時(shí)蒸發(fā)大于指定值則需判斷并給出錯(cuò)誤或可疑的警告，其實(shí)現(xiàn)偽代碼為：

深層地溫膠管如果進(jìn)水了（膠管連接處沒(méi)有密封造成），深層地溫表現(xiàn)為變化趨勢(shì)異常，但相鄰2 min的變化不明顯，所以一般的質(zhì)控程序難以發(fā)現(xiàn)。采用滑動(dòng)60 min時(shí)間內(nèi)最大值與最小值之差來(lái)檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)趨勢(shì)異常（已經(jīng)排除相鄰分鐘變化異常）。采用C++的標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL）中的“隊(duì)列”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是數(shù)據(jù)先入先出（FIFO）［4］，不到60 min則入隊(duì)，超過(guò)60 min則最先入隊(duì)的數(shù)據(jù)出隊(duì)，從而保證最新的60 min的數(shù)據(jù)隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)趨勢(shì)異常檢測(cè)。其偽代碼為：

3）日數(shù)據(jù)缺測(cè)檢查。

目前的新型站軟件上傳日數(shù)據(jù)時(shí)間為當(dāng)日24：00后，目的是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)視程障礙天氣現(xiàn)象的跨日界的綜合判別。但無(wú)論是廣東省還是其他省份，都存在著日數(shù)據(jù)缺測(cè)現(xiàn)象，表現(xiàn)為上傳日數(shù)據(jù)文件20：00—08：00、08：00—20：00雨量、天氣現(xiàn)象等要素缺測(cè)，并造成MDOS疑誤反饋，影響臺(tái)站數(shù)據(jù)上傳及時(shí)率及可用率（圖2）。所以只要根據(jù)日數(shù)據(jù)的文件格式，在指定時(shí)間去檢測(cè)該文件相關(guān)字段是否為缺測(cè)符號(hào)，即可給出判斷。在第2天值班交接時(shí)給予提示，及時(shí)發(fā)送更正報(bào)，避免MDOS發(fā)送疑誤反饋，提高臺(tái)站數(shù)據(jù)可用率。

圖2 日數(shù)據(jù)缺測(cè)的MDOS提示

2.3 雨量記錄與天氣現(xiàn)象矛盾的檢測(cè)

滯后降水及異常降水主要體現(xiàn)在有降水量沒(méi)有降水時(shí)間記錄。目前新型站“業(yè)務(wù)”軟件不能識(shí)別，MDOS也不能及時(shí)識(shí)別，只能人工判別或等到報(bào)表審核時(shí)才能查出。所以如果能在定時(shí)觀測(cè)時(shí)次給予及時(shí)檢測(cè)，對(duì)滯后或異常降水給予提醒，則能避免上述問(wèn)題。為了節(jié)省空間，采取了“位”（bit）存儲(chǔ)，每分鐘占一位，因?yàn)橐归g不記錄起止時(shí)間，所以?xún)H檢測(cè)白天的記錄。采用C ++11版本STL的bitset容器。bitset為內(nèi)含bit或BOOL值的固定大小的數(shù)組，支持“與”、“或”、“非”等位運(yùn)算，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了all（）、any（）等位檢測(cè)算法［4］。在天氣現(xiàn)象記錄中，有降水現(xiàn)象的記錄，其分鐘置為“0”，沒(méi)有降水現(xiàn)象的，分鐘置為“1”；在原始分鐘數(shù)據(jù)中，有降水則置為“1”，無(wú)降水則置為“0”。如果沒(méi)有降水記錄，但兩者經(jīng)過(guò)“與”運(yùn)算（0＆1==0，1＆1== 1）后為“1”的話(huà)，則說(shuō)明有滯后或異常降水，其關(guān)鍵代碼為：

2.4 “傳輸”程序假死狀態(tài)檢測(cè)及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

在新型站3個(gè)程序中，“傳輸”軟件會(huì)監(jiān)控“采集”、“業(yè)務(wù)”軟件是否運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有運(yùn)行會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。但在業(yè)務(wù)中發(fā)現(xiàn)“傳輸”程序每10 s檢測(cè)一次網(wǎng)絡(luò)，以判斷網(wǎng)絡(luò)是否暢通。但檢測(cè)頻率太高，偶爾網(wǎng)絡(luò)堵塞時(shí)會(huì)造成“傳輸”軟件假死，但此時(shí)網(wǎng)絡(luò)還是通的。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不能上傳時(shí)先檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通則重啟“傳輸”軟件，否則就啟動(dòng)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)［6］。考慮目前臺(tái)站普遍為每5 min上傳一次數(shù)據(jù)，所以在每5 min檢測(cè)上傳情況，檢測(cè)時(shí)間滯后1 min即可，其偽代碼為：

為了方便快速切換到備份計(jì)算機(jī)，新型站監(jiān)控工具實(shí)現(xiàn)了一鍵備份臺(tái)站參數(shù)，包含了新型站“采集”、“業(yè)務(wù)”、“傳輸”3個(gè)軟件的所有參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了定時(shí)備份原始數(shù)據(jù)的功能，可以實(shí)現(xiàn)快速切換備份計(jì)算機(jī)，或拷貝安裝新的業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)所需數(shù)據(jù)，程序截圖如圖3所示。因?yàn)闄z測(cè)任務(wù)是根據(jù)臺(tái)站參數(shù)而設(shè)定不同的檢測(cè)功能，而且適配了中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，所以也適用于其他省份的新型自動(dòng)氣象站。

圖3 監(jiān)控工具的運(yùn)行界面

3 運(yùn)行效益

該程序從2016年開(kāi)始在本站試運(yùn)行，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)故障，能對(duì)上傳文件進(jìn)行指定的業(yè)務(wù)邏輯檢查，有效避免了目前業(yè)務(wù)軟件的缺陷，提高了臺(tái)站的數(shù)據(jù)可用率、來(lái)報(bào)率及MDOS的反饋及時(shí)率。從MDOS系統(tǒng)查詢(xún)清遠(yuǎn)全市2016年1月1日到4月12日為止的反饋率，可以看到佛岡站12 h的反饋率為100%，疑誤數(shù)據(jù)查詢(xún)數(shù)為43個(gè)，為全市最少，如圖4所示。

圖4 2016年1—4月清遠(yuǎn)市MDOS疑誤查詢(xún)

目前，新型自動(dòng)氣象站已經(jīng)在全省各級(jí)臺(tái)站普及，通過(guò)每月廣東省信息探測(cè)中心下發(fā)的觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況表可以發(fā)現(xiàn)，每月均有業(yè)務(wù)“傳輸”軟件因網(wǎng)絡(luò)阻塞而造成的數(shù)據(jù)遲發(fā)問(wèn)題。在MDOS系統(tǒng)上也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)日數(shù)據(jù)缺測(cè)情況，所以針對(duì)這些問(wèn)題而開(kāi)發(fā)監(jiān)控工具是非常及時(shí)且必要的，可切實(shí)提高臺(tái)站的業(yè)務(wù)質(zhì)量。但對(duì)觀測(cè)業(yè)務(wù)自動(dòng)化的趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，僅及時(shí)提醒還不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求，在正點(diǎn)數(shù)據(jù)缺測(cè)的情況下，實(shí)現(xiàn)前后10 min數(shù)據(jù)自動(dòng)代替，在日數(shù)據(jù)缺測(cè)的情況下自動(dòng)生成日數(shù)據(jù)并上傳等功能還需要繼續(xù)完善。

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圖2 2010—2014年各月累計(jì)采集器維修次數(shù)

由于篇幅的限制，區(qū)域自動(dòng)氣象故障情況分析沒(méi)有給出各個(gè)縣的故障情況，同樣是山區(qū)，同樣是沿海，采集器故障率可以最高，也可以最低，說(shuō)明區(qū)域自動(dòng)站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、防雷工程存在不同程度的問(wèn)題［7］，不同地市的故障率，有些逐年增加，有些逐年降低，而降低的地市大都進(jìn)行過(guò)硬件改造。本研究中各地市得出的信息能較全面反映各地區(qū)故障維護(hù)的特點(diǎn)，能為各地市的裝備保障工作提供一定的指示［8］。就裝備保障工作而言，除了完善和提高設(shè)備本身的性能之外，要降低區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障率，可以通過(guò)科學(xué)安排、加強(qiáng)管理、增加培訓(xùn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是要加強(qiáng)對(duì)外包公司的培訓(xùn)和提高要求。區(qū)域自動(dòng)氣象站采集器內(nèi)部器件情況的分析，能為今后電路的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意見(jiàn)，通過(guò)不斷完善設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性、優(yōu)化設(shè)備的性能，以期不斷提高裝備保障效率。

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10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.018目前，新型自動(dòng)站已經(jīng)在廣東省所有國(guó)家級(jí)氣象自動(dòng)站運(yùn)行，較之II型站在硬件上有較大提升，如在傳感器接入方面有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力。在新型站業(yè)務(wù)軟件方面，較之II型站也變化較大，在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控有較大提升［1-2］。但在地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中，發(fā)現(xiàn)存在不少問(wèn)題，而且這些問(wèn)題在全國(guó)范圍內(nèi)普遍存在，如不定期生成空白（表現(xiàn)為全部缺測(cè)）的日上傳數(shù)據(jù)、FTP傳輸間斷性卡死等。針對(duì)上傳數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯檢查也尚不完備，如定時(shí)觀測(cè)時(shí)次未人工質(zhì)控不會(huì)警告、雨量與天象記錄矛盾不會(huì)提示等。因?yàn)樾滦驼具\(yùn)行不久，目前國(guó)內(nèi)未找到類(lèi)似工具或項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。因此，針對(duì)業(yè)務(wù)需求，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的業(yè)務(wù)監(jiān)控工具，能顯著改善因此類(lèi)問(wèn)題而影響的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2016-03-15

廣東省氣象局2013年度項(xiàng)目“在臺(tái)站一級(jí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)質(zhì)量控制（編號(hào)2013B36）”

王建莊（1979年生），男，工程師，大專(zhuān)，現(xiàn)主要從事站網(wǎng)管理工作。E-mail：25936342@qq.com

王建莊，余秀娟.新型自動(dòng)氣象站業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控工具的開(kāi)發(fā)［J］.廣東氣象，2016，38（5）：69-73.