摘要: 介紹了一款適合國家級(jí)觀測站無人值守輔助監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)思路及功能實(shí)現(xiàn)。通過輔助監(jiān)控軟件把現(xiàn)行的人工監(jiān)控工作轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖詣?dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件運(yùn)行狀態(tài)及上傳報(bào)文的 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)控，遇到突發(fā)情況能夠及時(shí)通過聲音和短信向值班員報(bào)警。該軟件適應(yīng)新的業(yè)務(wù)流程，包含了氣候概況統(tǒng)計(jì)、業(yè)務(wù)規(guī)定查詢等輔助功能，實(shí)際使用效果好，及時(shí)解決了地面觀測轉(zhuǎn)型期的新問題，保證了觀測質(zhì)量的穩(wěn)定。

　　關(guān)鍵詞: 無人值守; 監(jiān)控軟件; 質(zhì)量控制; 到報(bào)檢查

　　0引言

　　推進(jìn)國家地面氣象觀測站無人值守工作是加快觀測自動(dòng)化，促進(jìn)業(yè)務(wù)提質(zhì)提效的重要舉措。"為達(dá)到無人值守的目標(biāo)，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(jì)算機(jī)完成常規(guī)的觀測工作，把觀測員定位成應(yīng)急和決策的角色，快速應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，快速排查故障過程。回?zé)o人值守的情況下可以更加合理的安排業(yè)務(wù)人員的工作，使業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)更加協(xié)調(diào)，進(jìn)一步解放觀測員，推動(dòng)觀測工作的規(guī)范化和現(xiàn)代化，達(dá)到一人多崗，一崗多責(zé)的目的。

　　覃愛金、丁志平國介紹了廣東和廣西兩個(gè)臺(tái)站無人值守運(yùn)行的模式。參考了其他無人值守臺(tái)站的試點(diǎn)情況，發(fā)現(xiàn)很有必要開發(fā)出適合自己臺(tái)站的監(jiān)控軟件來輔助正常的觀測工作。張偉奇 介紹了軟件設(shè)計(jì)模式在氣象觀測軟件開發(fā)中的應(yīng)用。黃思源6，朱長樂2設(shè)計(jì)了可以監(jiān)控ISOS軟件的程序。龍鳳翔國李艷、薛風(fēng)國[設(shè)計(jì)了可以監(jiān)控觀測數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行情況的程序。郭方[11、朱勃[2分別介紹了輔助監(jiān)控軟件在機(jī)場氣象觀測工作中的運(yùn)用。

　　本文以湖州市 4 個(gè)國家級(jí)觀測站為基礎(chǔ)，借鑒省內(nèi)其他觀測站無人化試點(diǎn)的情況，整理了無人值守情況下科學(xué)高效的觀測流程，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出高度集成的監(jiān)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(yàn)更加友好。軟件基本配置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用了 Sqlite 數(shù)據(jù)庫，更加輕量級(jí)，而且不需要安裝客戶端。針對(duì)氣象要素?cái)?shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，讀取數(shù)據(jù)庫時(shí)采用了 EF ( Entity Framework) 框架，提高了軟件的開發(fā)效率。本軟件可在 Framework4. 5 以上的環(huán)境中運(yùn)行。軟件功能包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、觀測流程提醒、報(bào)文上傳檢查等。本軟件的設(shè)計(jì)初衷是減輕綜合崗業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)需求

　　目前的綜合觀測質(zhì)量考核不僅僅包括報(bào)文上傳及時(shí)率，還包括設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等。造成綜合觀測質(zhì)量下降的主要原因是自動(dòng)站設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)中斷、計(jì)算機(jī)故障等突發(fā)情況，日常工作中主要依靠人工定時(shí)巡查、按時(shí)重啟計(jì)算機(jī)，省級(jí)網(wǎng)絡(luò)中心電話提醒等辦法解決。但上述辦法時(shí)效性不強(qiáng)，特別是夜間不守班期間，值班員不能及時(shí)收到報(bào)警通知，甚至可能造成夜間一直中斷沒人發(fā)現(xiàn)的情況。雖然集成版 ISOS 軟件對(duì)新型自動(dòng)站采集器、傳感器故障造成的觀測數(shù)據(jù)缺測或異常有監(jiān)控報(bào)警功能，但存在報(bào)警方式單一、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)種類不全等問題，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工作的需求。本文探討的是利用編程語言，設(shè)計(jì)出一個(gè)“接地氣”的集成綜合監(jiān)控平臺(tái)，當(dāng)出現(xiàn)以上問題時(shí)及時(shí)提醒業(yè)務(wù)人員采取措施。還可以對(duì)臺(tái)站各類觀測數(shù)據(jù)有效進(jìn)行監(jiān)控，從而提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定率、報(bào)文上傳及時(shí)率和觀測數(shù)據(jù)可用率，極大改善由于發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)而導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)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(gè)區(qū)域，分別是觀測事項(xiàng)提醒，交接班記錄，到報(bào)檢查結(jié)果和質(zhì)量控制結(jié)果。如圖 1，軟件主要功能的運(yùn)行結(jié)果均在首頁顯示。

　　2. 2 自動(dòng)站分鐘及小時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

　　為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)。除了 ISOS 軟件自帶的質(zhì)控方案全部勾選以外，在輔助監(jiān)控軟件中增加了觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制功能。自動(dòng)站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是本軟件的主要功能之一。軟件檢查的數(shù)據(jù)來自于市級(jí)觀測數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫每 5 min 更新一次，軟件的質(zhì)檢周期默認(rèn)設(shè)置成 5 min。質(zhì)控檢查包括 3 個(gè)方面，第一是主要變化范圍檢查，除了常規(guī)站自帶的檢查項(xiàng)目以外，增加了小時(shí)蒸發(fā)量的最大值檢查，當(dāng)小時(shí)蒸發(fā)量大于某個(gè)臨界值的時(shí)候，軟件會(huì)提醒值班員，臨界值可以在參數(shù)設(shè)置里進(jìn)行修改。第二是空間一致性檢查，即常規(guī)站與備份站同一時(shí)間同一要素的數(shù)據(jù)對(duì)比。常規(guī)的質(zhì)量控制中進(jìn)行空間一致性檢查的要素只有氣溫，在此基礎(chǔ)上，本軟件增加了氣壓、風(fēng)速、相對(duì)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(shí)降水量等要素。第三是時(shí)間一致性檢查，即常規(guī)站前后 5 min 數(shù)據(jù)的連續(xù)對(duì)比，包括氣溫、氣壓、相對(duì)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(shù)據(jù)質(zhì)量控制的參數(shù)設(shè)置界面，不輸入閾值默認(rèn)不進(jìn)行該項(xiàng)質(zhì)量控制。

　　2.3報(bào)文上傳監(jiān)控

　　報(bào)文監(jiān)控主要通過定時(shí)檢查省級(jí)傳輸目錄下有沒有本臺(tái)站規(guī)定時(shí)效內(nèi)上傳的報(bào)文，如果沒有就發(fā)出報(bào)警信息，市級(jí)短信報(bào)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該報(bào)警信息后會(huì)自動(dòng)往值班手機(jī)或指定的負(fù)責(zé)人手機(jī)發(fā)送提醒短信。圖3是軟件檢查報(bào)文傳輸狀態(tài)的流程。

　　參數(shù)設(shè)置時(shí)可以輸入待檢查報(bào)文名稱中含有的關(guān)鍵字符，如日數(shù)據(jù)的到報(bào)檢查可以輸入關(guān)鍵字符"DAY"。并輸入多個(gè)關(guān)鍵字符，用;，"隔開，如圖4，軟件通過參數(shù)設(shè)置的關(guān)鍵字符檢查報(bào)文的到報(bào)情況，確認(rèn)上傳目錄里是否有最新的報(bào)文。這樣可以避免之前很多軟件只能進(jìn)行一種報(bào)文檢查的局限性。觀測員通過參數(shù)設(shè)置可以設(shè)置檢查任何需要上傳的報(bào)文，除常規(guī)站的長 Z 文件，也包括酸雨、風(fēng)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(shù)設(shè)置

　　參數(shù)設(shè)置包括鈴聲管理、人員管理、設(shè)備管理、氣候概況設(shè)置、質(zhì)檢閾值管理、整編數(shù)據(jù)管理六個(gè)選項(xiàng)。其中報(bào)警鈴聲可以設(shè)置成語音合成的專屬提示音，使提醒更加直接。人員和設(shè)備根據(jù)臺(tái)站自身情況設(shè)置。整編數(shù)據(jù)管理和氣候概況設(shè)置一旦設(shè)置好，不允許輕易修改，作用是為了自動(dòng)形成月報(bào)表里的氣候概況描述文字。質(zhì)檢閾值管理中主站和備份站差值的報(bào)警閾值需要臺(tái)站根據(jù)自身情況設(shè)置，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。主站數(shù)據(jù)的連續(xù)變化報(bào)警閾值根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置。

　　2) 提醒事項(xiàng)

　　提醒事項(xiàng)類似于鬧鐘，事先設(shè)置好每一步觀測流程的時(shí)間，到了對(duì)應(yīng)的時(shí)間就會(huì)提醒，值班員必須手動(dòng)點(diǎn)處理按鈕才會(huì)停止鬧鐘。軟件執(zhí)行提醒事項(xiàng)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(tái)站制氣候概況的效率，避免人為計(jì)算的錯(cuò)誤。通過參數(shù)設(shè)置，將當(dāng)?shù)氐恼庂Y料輸入軟件中，軟件通過讀取月報(bào)表文件里的數(shù)據(jù)，自動(dòng)比對(duì)當(dāng)月氣溫、降水、雨日和日照與 30 a 整編資料的差距，自動(dòng)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(fù)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(xì)的記錄，只是記錄了簡單的巡查時(shí)間和巡查人，方便值班員留痕。

　　5) 業(yè)務(wù)規(guī)定

　　專門用來存放業(yè)務(wù)規(guī)定，具有文件名關(guān)鍵字搜索功能，便于突發(fā)情況時(shí)快速找到需要的規(guī)范。

　　6) 應(yīng)急聯(lián)系人

　　為了方便報(bào)告制度的實(shí)行，省去查閱電話簿的時(shí)間，提前將可能用到的電話錄入軟件中，以備不時(shí)之需。

　　4 實(shí)際應(yīng)用情況

　　該監(jiān)控軟件已經(jīng)在少數(shù)臺(tái)站進(jìn)行業(yè)務(wù)試運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，程序的主要功能運(yùn)行良好。首先能夠完成常規(guī)的報(bào)文傳輸監(jiān)控功能，試運(yùn)行階段遇到的報(bào)文上傳中斷情況均及時(shí)發(fā)出報(bào)警。特別是在夜間不守班期間，報(bào)文監(jiān)控功能發(fā)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(dòng)關(guān)閉，造成 04 時(shí)整點(diǎn)文件未及時(shí)上傳，監(jiān)控軟件于 4: 04 發(fā)出短信報(bào)警，值班員及時(shí)到達(dá)值班室處理，在規(guī)定時(shí)間之前上傳了文件，未造成逾限報(bào)。其次是雙套站數(shù)據(jù)對(duì)比效果明顯，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器故障。此外，值班員對(duì)軟件其他的功能也比較滿意，試運(yùn)行期間軟件制作的氣候概況與人工基本一致，未發(fā)現(xiàn)算法的錯(cuò)誤。

　　試運(yùn)行期間也發(fā)現(xiàn)了不足之處，參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致的誤報(bào)警時(shí)有發(fā)生，后續(xù)初步打算簡化參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容。再根據(jù)臺(tái)站的需求增加一些常用的功能，使該軟件不斷優(yōu)化，進(jìn)一步滿足業(yè)務(wù)需求。

　　5 結(jié) 語

　　按照《綜合氣象觀測業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃( 2016— 2020 年) 》的要求，在不斷改革中全面提升綜合氣象觀測業(yè)務(wù)技術(shù)水平。無人值守是一種先進(jìn)的業(yè)務(wù)運(yùn)行模式，需要更高素質(zhì)的業(yè)務(wù)人員通過更先進(jìn)的軟硬件完成所有的觀測任務(wù)。本軟件從觀測員的實(shí)際需求出發(fā)，以整合碎片化的需求為目的，實(shí)現(xiàn)了一些“接地氣”的功能，操作簡單，可靠實(shí)用。軟件在投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的過程中，能正常實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能，運(yùn)行穩(wěn)定，報(bào)警及時(shí)，讓觀測人員能夠及時(shí)采取有效措施處理故障，有效地保證了業(yè)務(wù)工作質(zhì)量。

　　相關(guān)期刊推薦：《氣象科技》Meteorological Science and Technology(雙月刊)創(chuàng)刊于1973年，由中國氣象局氣象探測中心、中國氣象科學(xué)研究院、北京市氣象局、國家衛(wèi)星氣象中心及國家氣象信息中心聯(lián)合主辦。氣象科技作為一份具有工程技術(shù)特色的氣象綜合技術(shù)期刊。有投稿需求的，可以咨詢?cè)诰€編輯。