吳信明　吳嘉偉　鮑磊磊

摘? 要：針對南通市各種氣象災害多發(fā)的狀況，提升其應急處置的能力，構(gòu)建大型、可移動氣象臺系統(tǒng)十分必要。本文以先進技術(shù)為導向，以科學、合理、實用為原則，提出付諸實踐的設(shè)計思路。系統(tǒng)由載車平臺分系統(tǒng)、電子信息分系統(tǒng)和綜合保障分系統(tǒng)，外加固定衛(wèi)星地面站四部分構(gòu)成。一旦有應急處置需要，合二為一的“氣象臺”及“指揮所”將迅速移至指定位置，展開相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞：應急移動氣象臺;載車平臺;電子信息系統(tǒng);綜合保障系統(tǒng)

中圖分類號：TP311.52 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）23-0009-03

Design and Research of Large Emergency Mobile Meteorological Station

System in Nantong City

WU Xinming，WU Jiawei，BAO Leilei

（Nantong Meteorological Bureau，Nantong? 226006，China）

Abstract：In view of the frequent occurrence of various meteorological disasters in this city，it is necessary to improve its emergency response capability and build a large-scale and mobile meteorological observatory system. In this paper，guided by advanced technology and based on the principles of science，reasonableness and practicality，the design idea of putting it into practice is put forward. The system consists of vehicle platform subsystem，electronic information subsystem and integrated support subsystem，and external reinforcement of fixed satellite ground station. Once the emergency response needs，the integrated “meteorological station” and “command post” will be quickly moved to the designated location to start related matters.

Keywords：emergency mobile meteorological station;car platform;electronic information system;integrated support system

0? 引? 言

南通市濱江臨海，每年臺風、暴雨、干旱、寒潮、大風等氣象災害和次生災害頻現(xiàn)，短時超強降水、龍卷風等局地性天氣事件時有發(fā)生。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，南通市全域，特別是沿江、沿海范圍，對氣象服務的精準度要求越來越高。為此，加強應對各種氣象災害及事件的應急響應和處置能力，構(gòu)建南通市大型應急移動氣象臺系統(tǒng)十分必要。

1  系統(tǒng)功能和設(shè)計原則

1.1? 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有兩大功能。從氣象業(yè)務意義上講，大型應急移動氣象臺具有一個標準化的氣象臺的所有業(yè)務能力。從各類災害的應急處置上講，它是一個現(xiàn)場指揮平臺。這兩大功能，通過以下八項子功能來具體實現(xiàn)。

（1）4G（5G）通信功能：采用4G通信，構(gòu)建計算機網(wǎng)絡，融入公網(wǎng)和國家氣象內(nèi)網(wǎng)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的傳輸與共享。4G通信是本系統(tǒng)的主要通信方式。待5G通信商用，系統(tǒng)提供5G擴充升級。

（2）衛(wèi)星通信功能：通過亞洲九號衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，建立衛(wèi)星鏈路，實現(xiàn)衛(wèi)星通信功能。衛(wèi)星通信是本系統(tǒng)的備用通信方式，在現(xiàn)場4G通信不可用的情況下啟用該通信，其帶寬不小于2Mbps，基本實現(xiàn)4G通信方式下的所有功能。

（3）氣象數(shù)據(jù)采集及分析功能：實時監(jiān)測現(xiàn)場溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量等氣象要素。通過自動分析，發(fā)出實時警報、預警，提供決策參考依據(jù)。

（4）氣象預報服務功能：現(xiàn)場業(yè)務操作平臺是全市氣象業(yè)務網(wǎng)的一個網(wǎng)絡節(jié)點，配備有標準化氣象臺的所有業(yè)務軟件，共享大數(shù)據(jù)，分析、生成各類氣象預報，生成并分發(fā)氣象服務信息。

（5）網(wǎng)間互聯(lián)功能：車載有線、無線局域網(wǎng)絡，在車內(nèi)及車周圍百米內(nèi)進行網(wǎng)絡覆蓋。本應急移動氣象臺與縣級等其他移動氣象臺間進行互聯(lián)，與省、市局指揮中心間進行互聯(lián)。

（6）視音頻會商（會議）功能：與各級氣象會商室、應急指揮中心、其他移動氣象臺等網(wǎng)間節(jié)點之間進行實時視頻會商（會議）。

（7）衛(wèi)星語音通話功能：在衛(wèi)星通信模式下，構(gòu)建衛(wèi)星電話系統(tǒng)，與普通電話、手機建立通話。

（8）標準會議室功能：利用大型應急移動氣象臺的擴展方艙，構(gòu)建可容納20人的現(xiàn)場會議室。

1.2? 系統(tǒng)設(shè)計原則

依據(jù)系統(tǒng)功能，確定設(shè)計的如下原則。

（1）先進性。包括技術(shù)和功能的先進性，采用最新通信、網(wǎng)絡、計算機、氣象業(yè)務系統(tǒng)、大型車輛改裝等技術(shù)，打造國內(nèi)先進、全省領(lǐng)先的大型應急移動氣象臺系統(tǒng)。

（2）標準化。采用標準化設(shè)施、設(shè)備。在網(wǎng)間互聯(lián)、大數(shù)據(jù)共享、硬軟設(shè)施及接口配套等方面符合標準化或行業(yè)公認的要求。

（3）可靠性。在內(nèi)陸和沿江、沿海等地點的任何氣象條件下，整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。

（4）安全性。在行駛和駐地過程中，在惡劣的條件下，確保車輛、設(shè)施和人員的安全。

（5）可擴展性。系統(tǒng)中的各個功能部分，特別是在通信、網(wǎng)絡、氣象業(yè)務等方面，在確保整體結(jié)構(gòu)不受影響的前提下，可按需擴展或增加系統(tǒng)功能，滿足最新技術(shù)的應用要求。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

南通市大型應急移動氣象臺系統(tǒng)由市級應急移動氣象臺和衛(wèi)星地面站組成，如圖1所示。

2.1? 載車平臺分系統(tǒng)

2.1.1? 車輛底盤

選用奔馳2536L二類底盤作為運載車輛，為6×6全時驅(qū)動方式，有較好的越野性能和可靠的動力性能，既便于在通常路面行駛，又滿足擴展方艙安裝和系統(tǒng)設(shè)施、設(shè)備集成。車身尺寸為11.256m（長）×2.5m（寬）×3.481m（高）。前輪距離為2.036m，后輪距離則為1.804m，發(fā)動機型號則為奔馳OM501LA，V型6缸渦輪增壓中冷智能控制柴油發(fā)動機，排量11.946L。在車輛總重量達到40t時，爬坡性能為39.0%，設(shè)計最高車速為112km/h。

2.1.2? 擴展方艙

在車輛底盤上安裝雙側(cè)拉（兩邊各1m）擴展方艙，艙體尺寸為4.9m（長）×2.5m（寬）×2.2m（高）。在與艙體對應的底盤下方四角各安裝1支液壓支腿，以保障車輛在工作時的平穩(wěn)。在車體右側(cè)安裝一套手動抽拉式登艙梯，登艙梯收起后可鎖緊。在車體后部左右兩側(cè)設(shè)置空調(diào)通風窗和發(fā)電機通風窗。在車體后部設(shè)置帶有鎖緊裝置的空調(diào)檢修門和發(fā)電機檢修門。在車體后上部中間位置安裝倒車攝像機。車體后端下方設(shè)置防撞梁，在防撞梁上安裝汽車轉(zhuǎn)向燈、霧燈和行車照明。

在艙體前端和后端安裝照明燈和攝像機。在車頂整體鋪設(shè)鋁合金防滑板，四周安裝不銹鋼護欄。在艙頂平臺中部安裝4只號角揚聲器，分別朝向4個方向;在艙頂平臺合適位置安裝超短波吸盤天線。在艙頂后部安裝一套1.5m衛(wèi)星天線。在車尾背負式安裝1根10m電動升降桿，用于安裝現(xiàn)場氣象要素探測傳感器。

方艙雙側(cè)拉擴展后，內(nèi)部是20人位的小型標準會議室（會商、指揮區(qū)），簡潔、美觀。

2.2? 電子信息分系統(tǒng)

2.2.1? 視頻會商子系統(tǒng)

子系統(tǒng)包括信息采集、指揮控制子系統(tǒng)。關(guān)鍵設(shè)備選用寶利通高清視頻會議終端PolycomHDX 8000-720P，含4點MCU，配EagleEye高清攝像機以及索尼H100S車內(nèi)攝像機。

會議室（會商、指揮區(qū)）配備1臺65寸主顯和2臺32寸輔顯、高保真話筒和音響設(shè)施。。

2.2.2? 通信子系統(tǒng)

（1）衛(wèi)星和4G通信。大型應急移動氣象臺系統(tǒng)設(shè)計以移動4G（可升級5G）通信為主，衛(wèi)星通信為備的方式。

一是經(jīng)過市局固定衛(wèi)星地面站，鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛(wèi)4號-中網(wǎng)衛(wèi)星主站-亞衛(wèi)4號-市局固定衛(wèi)星地面站-地面站路由-市局內(nèi)網(wǎng)。此方式可在移動4G和地面專線均不正常的緊急情況下啟用，實現(xiàn)移動氣象臺和市局之間的網(wǎng)絡通信。

二是不經(jīng)過過市局固定衛(wèi)星地面站，鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛(wèi)4號-中網(wǎng)衛(wèi)星主站-中網(wǎng)與省局的地面專線-省局機房路由-氣象內(nèi)網(wǎng)-市局內(nèi)網(wǎng)。此方式可在移動4G不正常，但所有地面專線正常時啟用，實現(xiàn)移動氣象臺和市局之間的網(wǎng)絡通信。

三是SCPC點對點鏈路。以上兩種鏈路方式采用的是星狀網(wǎng)衛(wèi)星通信模式，若采用SCPC點對點衛(wèi)星通信模式，其鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛(wèi)4號-市局固定衛(wèi)星地面站-地面站路由-市局內(nèi)網(wǎng)。此種方式使用條件與第一種星狀網(wǎng)方式相同，但由于信號是單跳傳輸，固信號時延小，其即開即用性稍差一些，衛(wèi)星租用費用稍高些，供權(quán)衡采用。

（2）超短波集群。超短波集群的主要作用是負責以應急移動氣象臺為中心的現(xiàn)場無線語音通話任務。系統(tǒng)配置了超短波車載臺和手持式對講機，可確保短時間內(nèi)在應急現(xiàn)場形成小型的機動通信網(wǎng)，通信示意圖如圖2所示。超短波車載電臺之間的通信距離應在15km以上，手持對講機與車載臺的通信距離則應在1km以上。需要引起注意的是超短波車載電臺與手持對講機之間可以組合成網(wǎng)狀網(wǎng)。車載站電臺發(fā)射信息時的功率在25W左右，頻率范圍則在450～470M之間。可在車載站上配置多個手持對講機。超短波集群的組成包括車載臺、手持機。車載、手持機配合使用，也可以與其他政府部門互聯(lián)互通，可進行單點私密呼叫，或者加入群組廣播。

2.2.3? 計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)

子系統(tǒng)配置了計算機、多功能辦公一體機等辦公設(shè)備，用于系統(tǒng)內(nèi)的信息處理、操作控制、各類軟件運行、數(shù)據(jù)存儲等。配置硬盤錄像機等信息存儲設(shè)備，對傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)的圖像/聲音信號進行記錄存儲。配置衛(wèi)星、有線通信設(shè)備、路由器等對外連接設(shè)備，方便車內(nèi)網(wǎng)絡系統(tǒng)與外界其他網(wǎng)絡系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2.2.4? 氣象探測子系統(tǒng)

子系統(tǒng)主要由車載自動氣象站構(gòu)成。該站含氣壓、氣溫、相對濕度、風向、風速和降水量六個氣象要素傳感，對這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測并處理分析。氣象站主要由四部分組成，分別為傳感器、采集器、微機系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。傳感器獲取現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的模擬氣象要素值后，交由采集系統(tǒng)進行數(shù)字化處理。采集系統(tǒng)是自動氣象站的核心部件，主要作用是進行模擬轉(zhuǎn)換，形成規(guī)范數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)定時存儲。微機系統(tǒng)下載和處理采集器中儲存的數(shù)據(jù)，得到溫濕度、風向風速、氣壓、降水量可用數(shù)據(jù)。供電系統(tǒng)為自動氣象站運行提供電力供應，配有可充電儲能電源，可連續(xù)工作15天。

2.2.5? 氣象預報服務業(yè)務平臺

移動氣象臺可通過上述多種方式進入氣象內(nèi)網(wǎng)，完成與后方各端（遠端）的網(wǎng)間互聯(lián)，共享國家、省、市氣象內(nèi)網(wǎng)上的各種數(shù)據(jù)和資源。從氣象業(yè)務角度看，它就是一個小型標準化氣象臺，為業(yè)務人員提供一個作業(yè)平臺。平臺上配有氣象預報、服務、產(chǎn)品分發(fā)等各類業(yè)務軟件，業(yè)務人員在此環(huán)境下，完成一般氣象臺的各項業(yè)務工作。

2.3? 綜合保障分系統(tǒng)

2.3.1? 供配電子系統(tǒng)

系統(tǒng)配備了完整、安全的車內(nèi)外交直流配電系統(tǒng)，總功率可以基本滿足全車滿負荷情況下正常運行的要求，同時還有將近20%的余量。系統(tǒng)供電具有市電、自備柴油發(fā)電機、UPS三種供電方式。其中供配電系統(tǒng)主要由五部分組成，分別為柴油發(fā)電機、車載配電控制器、UPS、電源模塊和自動配電線路。由于系統(tǒng)供電方式有三種，可實現(xiàn)自動切換。供電設(shè)備在保持了市電優(yōu)先不間斷供電能力的同時，在轉(zhuǎn)換電源的過程中可有效確保信息的完整性和準確性水平，并可實現(xiàn)對外供電。在有市電的情況下，車載系統(tǒng)可以通過市電220V、380V供電給設(shè)備使用，以380V為優(yōu)先級。在野外沒有市電的情況下，車載系統(tǒng)可以通過車內(nèi)配備的柴油發(fā)電機發(fā)電，供車內(nèi)所有設(shè)備使用。UPS則是在市電供電或柴油機供電的狀況下，起到穩(wěn)壓凈化系統(tǒng)電源的目的。在沒有市電和柴油機供電的情況下，借助于UPS則可以確保計算機、網(wǎng)絡等設(shè)備有充足的時間對之前未保存的文件、數(shù)據(jù)等信息進行儲存。

2.3.2? 環(huán)境保障子系統(tǒng)

系統(tǒng)提供正常工作中需要的冷、暖設(shè)備。充分考慮空調(diào)出水及出風口的滴水問題，配備強制排水功能，防止風道內(nèi)積水。設(shè)備機柜上方安置回風口。出風道和回風道具有降噪設(shè)計。空調(diào)系統(tǒng)啟動時，保證車內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)正常工作?？紤]到車載及固定安裝，系統(tǒng)配置兩臺天鵝軍用7kW風道空調(diào)（保證制冷功率大于10689W，制熱功率大于7571W）。

2.3.3? 安全子系統(tǒng)

由于大型應急移動氣象臺往往在惡劣天氣時進行野外作業(yè)，安全顯得尤為重要。為了確保其在雷雨天氣下可以正常使用，設(shè)計時考慮電源避雷、信號避雷和車體避雷。車體避雷采用在車頂最高處安裝避雷針的方法，以達到整體防雷的目的。所有避雷系統(tǒng)接地可靠。

接地銅棒選用3根ERITECH銅分子接合棒，其中一根與車體接地端直接相連，另兩根與之采用爪型方法接地。ERITECH銅分子接合接地銅棒容易打入地下，銅皮不破裂不脫落，可以有效防止腐蝕，且提供最低接地電阻。

2.3.4? 接口

車輛改裝外部接口分別設(shè)置電源接口窗、信號接口窗、桌面信息盒、艙壁接口板四種。

2.3.5? 配套設(shè)施

配套設(shè)施包含電源線纜和土木工具。其中電源線纜包括50m的220V電源線，一端為軍用航空插頭;50m的380V電源線，一端為軍用航空插頭;25m的接地線，為帶外皮的扁平蛇皮線纜。土木工具分別包含一把鎬、鐵錘、鐵鍬、多用斧頭。

3? 結(jié)? 論

綜上所述，通過對南通市大型應急移動氣象臺設(shè)計的研究，解決了多類關(guān)鍵技術(shù)問題，給出了一套先進、科學、合理、實用、較為完整的設(shè)計方案。依據(jù)本方案，南通市氣象局于2017年建成了南通市大型應急移動氣象臺系統(tǒng)，達到了國內(nèi)先進、全省領(lǐng)先的水準。在近兩年的省、市、縣演練與實戰(zhàn)中，較好地完成了各種氣象災害及其次生災害的應急處置任務，為氣象服務于經(jīng)濟社會的發(fā)展發(fā)揮了非常積極的作用。

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作者簡介：吳信明（1962-），男，漢族，江蘇如皋人，工程師，本科，研究方向：氣象探測裝備。