摘要: 介紹了一款適合國家級觀測站無人值守輔助監控軟件的設計思路及功能實現。通過輔助監控軟件把現行的人工監控工作轉變為軟件自動監控，實現對軟件運行狀態及上傳報文的 24 小時連續監控，遇到突發情況能夠及時通過聲音和短信向值班員報警。該軟件適應新的業務流程，包含了氣候概況統計、業務規定查詢等輔助功能，實際使用效果好，及時解決了地面觀測轉型期的新問題，保證了觀測質量的穩定。

　　關鍵詞: 無人值守; 監控軟件; 質量控制; 到報檢查

　　0引言

　　推進國家地面氣象觀測站無人值守工作是加快觀測自動化，促進業務提質提效的重要舉措。"為達到無人值守的目標，必須要改變以往以觀測員為主的觀測模式，要最大化的利用計算機完成常規的觀測工作，把觀測員定位成應急和決策的角色，快速應對突發情況，快速排查故障過程。回無人值守的情況下可以更加合理的安排業務人員的工作，使業務運轉更加協調，進一步解放觀測員，推動觀測工作的規范化和現代化，達到一人多崗，一崗多責的目的。

　　覃愛金、丁志平國介紹了廣東和廣西兩個臺站無人值守運行的模式。參考了其他無人值守臺站的試點情況，發現很有必要開發出適合自己臺站的監控軟件來輔助正常的觀測工作。張偉奇 介紹了軟件設計模式在氣象觀測軟件開發中的應用。黃思源6，朱長樂2設計了可以監控ISOS軟件的程序。龍鳳翔國李艷、薛風國[設計了可以監控觀測數據和設備運行情況的程序。郭方[11、朱勃[2分別介紹了輔助監控軟件在機場氣象觀測工作中的運用。

　　本文以湖州市 4 個國家級觀測站為基礎，借鑒省內其他觀測站無人化試點的情況，整理了無人值守情況下科學高效的觀測流程，在此基礎上開發出高度集成的監控軟件。軟件采用了基于. Net Framework4. 5 微軟的 WPF ( Windows Presentation Foundation) 框架，用戶界面布局更加靈活，用戶體驗更加友好。軟件基本配置的數據存儲使用了 Sqlite 數據庫，更加輕量級，而且不需要安裝客戶端。針對氣象要素數據庫的特點，讀取數據庫時采用了 EF ( Entity Framework) 框架，提高了軟件的開發效率。本軟件可在 Framework4. 5 以上的環境中運行。軟件功能包括數據質量控制、觀測流程提醒、報文上傳檢查等。本軟件的設計初衷是減輕綜合崗業務中觀測工作的壓力，讓值班員更高效的工作，避免因無人值守而造成工作的遺漏。

　　1、業務需求

　　目前的綜合觀測質量考核不僅僅包括報文上傳及時率，還包括設備運行質量、觀測數據質量等。造成綜合觀測質量下降的主要原因是自動站設備故障、網絡中斷、計算機故障等突發情況，日常工作中主要依靠人工定時巡查、按時重啟計算機，省級網絡中心電話提醒等辦法解決。但上述辦法時效性不強，特別是夜間不守班期間，值班員不能及時收到報警通知，甚至可能造成夜間一直中斷沒人發現的情況。雖然集成版 ISOS 軟件對新型自動站采集器、傳感器故障造成的觀測數據缺測或異常有監控報警功能，但存在報警方式單一、監控數據種類不全等問題，還遠遠不能滿足實際工作的需求。本文探討的是利用編程語言，設計出一個“接地氣”的集成綜合監控平臺，當出現以上問題時及時提醒業務人員采取措施。還可以對臺站各類觀測數據有效進行監控，從而提高設備運行穩定率、報文上傳及時率和觀測數據可用率，極大改善由于發現問題不及時而導致業務質量下降的問題。

　　2 軟件特色

　　2. 1 軟件主界面

　　軟件主界面分為 4 個區域，分別是觀測事項提醒，交接班記錄，到報檢查結果和質量控制結果。如圖 1，軟件主要功能的運行結果均在首頁顯示。

　　2. 2 自動站分鐘及小時數據質量控制

　　為了保證數據的準確性，及時發現可疑數據。除了 ISOS 軟件自帶的質控方案全部勾選以外，在輔助監控軟件中增加了觀測數據的質量控制功能。自動站數據質量控制是本軟件的主要功能之一。軟件檢查的數據來自于市級觀測數據庫，數據庫每 5 min 更新一次，軟件的質檢周期默認設置成 5 min。質控檢查包括 3 個方面，第一是主要變化范圍檢查，除了常規站自帶的檢查項目以外，增加了小時蒸發量的最大值檢查，當小時蒸發量大于某個臨界值的時候，軟件會提醒值班員，臨界值可以在參數設置里進行修改。第二是空間一致性檢查，即常規站與備份站同一時間同一要素的數據對比。常規的質量控制中進行空間一致性檢查的要素只有氣溫，在此基礎上，本軟件增加了氣壓、風速、相對濕度、地表溫度、淺層地溫( 5、10、15、20 cm) 、深層地溫( 40、80、160、320 cm) 、小時降水量等要素。第三是時間一致性檢查，即常規站前后 5 min 數據的連續對比，包括氣溫、氣壓、相對濕度、地表溫度、淺層地溫( 5、10、15、20 cm) 、深層地溫( 40、80、160、320 cm) 等要素。圖 2 為數據質量控制的參數設置界面，不輸入閾值默認不進行該項質量控制。

　　2.3報文上傳監控

　　報文監控主要通過定時檢查省級傳輸目錄下有沒有本臺站規定時效內上傳的報文，如果沒有就發出報警信息，市級短信報警系統發現該報警信息后會自動往值班手機或指定的負責人手機發送提醒短信。圖3是軟件檢查報文傳輸狀態的流程。

　　參數設置時可以輸入待檢查報文名稱中含有的關鍵字符，如日數據的到報檢查可以輸入關鍵字符"DAY"。并輸入多個關鍵字符，用;，"隔開，如圖4，軟件通過參數設置的關鍵字符檢查報文的到報情況，確認上傳目錄里是否有最新的報文。這樣可以避免之前很多軟件只能進行一種報文檢查的局限性。觀測員通過參數設置可以設置檢查任何需要上傳的報文，除常規站的長 Z 文件，也包括酸雨、風廓線、大氣成分等其他的傳輸文件。

　　3 其他功能模塊介紹

　　1) 參數設置

　　參數設置包括鈴聲管理、人員管理、設備管理、氣候概況設置、質檢閾值管理、整編數據管理六個選項。其中報警鈴聲可以設置成語音合成的專屬提示音，使提醒更加直接。人員和設備根據臺站自身情況設置。整編數據管理和氣候概況設置一旦設置好，不允許輕易修改，作用是為了自動形成月報表里的氣候概況描述文字。質檢閾值管理中主站和備份站差值的報警閾值需要臺站根據自身情況設置，沒有統一標準。主站數據的連續變化報警閾值根據規范要求設置。

　　2) 提醒事項

　　提醒事項類似于鬧鐘，事先設置好每一步觀測流程的時間，到了對應的時間就會提醒，值班員必須手動點處理按鈕才會停止鬧鐘。軟件執行提醒事項的流程如圖 5 所示。

　　3) 氣候概況

　　增加這一功能的初衷是為了提高臺站制氣候概況的效率，避免人為計算的錯誤。通過參數設置，將當地的整編資料輸入軟件中，軟件通過讀取月報表文件里的數據，自動比對當月氣溫、降水、雨日和日照與 30 a 整編資料的差距，自動生成本月的基本氣候概況描述文字，制作人員可以在界面直接修改，如圖 5，然后復制到 MDOS 中去。

　　4) 巡查記錄

　　由于 ASOM 和 MDOS 中都要求記錄儀器巡查情況，本軟件主要以提醒為主，沒有要求更詳細的記錄，只是記錄了簡單的巡查時間和巡查人，方便值班員留痕。

　　5) 業務規定

　　專門用來存放業務規定，具有文件名關鍵字搜索功能，便于突發情況時快速找到需要的規范。

　　6) 應急聯系人

　　為了方便報告制度的實行，省去查閱電話簿的時間，提前將可能用到的電話錄入軟件中，以備不時之需。

　　4 實際應用情況

　　該監控軟件已經在少數臺站進行業務試運行，在運行過程中，程序的主要功能運行良好。首先能夠完成常規的報文傳輸監控功能，試運行階段遇到的報文上傳中斷情況均及時發出報警。特別是在夜間不守班期間，報文監控功能發揮了很大的作用。例如 8 月 14 日凌晨 03: 55 湖州站土壤水分中心站軟件突然自動關閉，造成 04 時整點文件未及時上傳，監控軟件于 4: 04 發出短信報警，值班員及時到達值班室處理，在規定時間之前上傳了文件，未造成逾限報。其次是雙套站數據對比效果明顯，能及時發現傳感器故障。此外，值班員對軟件其他的功能也比較滿意，試運行期間軟件制作的氣候概況與人工基本一致，未發現算法的錯誤。

　　試運行期間也發現了不足之處，參數設置錯誤導致的誤報警時有發生，后續初步打算簡化參數設置的內容。再根據臺站的需求增加一些常用的功能，使該軟件不斷優化，進一步滿足業務需求。

　　5 結 語

　　按照《綜合氣象觀測業務發展規劃( 2016— 2020 年) 》的要求，在不斷改革中全面提升綜合氣象觀測業務技術水平。無人值守是一種先進的業務運行模式，需要更高素質的業務人員通過更先進的軟硬件完成所有的觀測任務。本軟件從觀測員的實際需求出發，以整合碎片化的需求為目的，實現了一些“接地氣”的功能，操作簡單，可靠實用。軟件在投入業務運行的過程中，能正常實現所設計的功能，運行穩定，報警及時，讓觀測人員能夠及時采取有效措施處理故障，有效地保證了業務工作質量。

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