崔炳俭　崔灿　董卫红

【摘 要】目前县级的区域自动站气象装备运行状态、数据缺乏有效提取与监控，无法掌握装备的实时状态，不利于县局及时解决出现的故障以及排除可能出现的故障隐患，各个区域自动雨量站观测探测设备疏散分部，数据上传到省级，没有形成省市县一体化观探测网络，影响了整个基层气象保障工作的效率，采用县局区域雨量监控系统可以对现场运行的设备进行监视和控制，以实现数据采集、资料应用、设备控制、测量参数调节以及各类报警等各项功能。

【关键词】县级；雨量站；观测设备；监控系统；研究设计

0 引言

目前县局的区域自动站气象装备运行状态、数据缺乏有效提取与监控，无法掌握装备的实时状态，不利于县局及时解决出现的故障以及排除可能出现的故障隐患，各个区域自动雨量站观测探测设备疏散分部，数据上传到省级，没有形成省市县一体化观探测网络，影响了整个基层台站气象保障工作的效率，观测数据与网络系统及数据库存储中需要的格式不统一，影响了数据的有效传送。

1 系统整体设计

县级实时监控系统将探测終端、台站服务器、监控系统连接在一起，组成观探测监控网络，能够实现所有观探测设备状态的实时采集，完成历史和实时状态数据和观探测数据的有效汇集、存储，并且能够在县站端对所有设备运行状态和观探测数据进行有效的监控，提高了保障的效率和安全性。系统主要具有以下五个功能：数据采集、数据上传、数据分析、实时监控、实时数据的存储。

从物理结构上，系统可划分为观探测采集终端、站级服务器、监控终端。

从软件结构上可划分为数据采集模块、通信模块、终端监控模块，数据库模块。数据采集模块对设备状态和观探测数据进行采集，数据通过处理后，转换为适合网络传输和计算机处理的格式。通信模块将转换后的数据进行加密并汇集到通信服务器，数据经过解密、分析、处理后存储到台站数据库服务器。台站终端监控模块通过对数据库资料的访问，实现实时监控和历史资料的显示。

2 系统实现

2.1 数据采集模块的实现

数据数据模块是系统的基础模块，完成数据的采集工作。数据采集模块分为两个部分实现，气象要素探测数据的采集和设备实时运行状态的采集。

观测数据的采集：自动气象站探测设备对气象要素进行探测，获得气象数据，将气象数据以产品的形式保存在探测终端的计算机内，产品采集文件的形式进行保存，数据采集模块将自动气象站产品专有的文件格式转换为文本格式，保存在指定的路径，并且为通信模块提供接口，便于文件的读取和传输。

自动气象站设备实时运行状态参数的采集：每个自动气象站探测设备都有自身的控制和操作系统，但是对外缺乏提供信息的接口，无法获取状态参数信息，数据采集模块在不同型号设备原有的控制软件系统的基础上，开发设备控制系统中的软件接口，将实时的状态参数信息导处，并将数据转换为文本形式，保存在探测终端计算机上，对通信模块提供接口，便于上传信息。

2.2 通讯模块的实现

通讯模块是基于台站探测的软件，主要是将设备终端的数据汇集到台站，并交付给数据模块。它包括设备终端数据的读取、数据的编码与解析、数据上传与下载、数据同步、数据加密与解密、数据压缩与解压缩、通信安全以及网络监视等功能。

实现上述功能，首先应该对分离的各个探测设备进行组网，观测设备监控系统采集用无线网络技术和有线网络对设备进行连接，网络的逻辑结构采用星型结构，以台站服务器为中心，各个观测设备为节点，组成观测网络，和不同设备相连接的无线网络通信设备通信频道的设置应该按照系统的规定和要求，避免影响通信质量。观测网络连接方式如图2。

通信模块包括台站端通信程序和探测设备端通信程序。通讯模块采用TCP/IP软件基于 windowssocket规范开发。探测设备端口通信程序以一分钟为间隔，实时对探测设备状态参数日子文件进行扫描读取，并且保存文件指针，便于后续读取，数据读取后进行加密，然后启动台站端口通信socket与服务器连接，等待响应，服务器响应请求，建立连接，加密后传输数据，若发现数据出错，则写告警日志，通信程序支持数据续传功能，在网络出现故障时保证数据的无差错传输。

台站端通信程序采用多线程机制，并且为每个设备终端通信程序分配端口地址，通过各个线程的进行，扫描对应各个设备端的通信端口，在扫描的过程中，程序监听判断是否有连接请求的到来，如果没有，则继续对下一个设备端口扫描，当发现某个设备的通信端口有连接请求到来时，则相应连接，建立会话socket，读取来自终端的数据，台站端通信程序在接收到设备端传来的数据时，解密后交付数据库模块进行处理。

2.3 数据库模块

数据库模块将汇集到台站的各种数据进行处理，然后利用数据库技术对探测设备的监控数据进行储存、查询和输出，为气象保障提供监控和决策支持信息，数据库的建立主要按照所需信息的不同类别进行区分储存，分为设备状态信息数据库（实时数据参数和历史参数，包括三大设备状态数据；故障历史数据库，包括故障设备编号，故障分类，故障日期，故障值；探测数据共享数据库，包括各类探测设备探测所得的历史和实时气象要素数据）。

2.4 台站终端监控模块

台站终端监控模块提供即时完整的动态监控功能。按照观测设备分类类别，进行时间区段等要素访问数据库，对被监控的设备状态进行查询，统计通过列表，图形文字声音图标等方式显示监控数据，反眏实时趋势显示及事件报警，通过屏幕画面图表及报表的配合使用，从整体和细节两个方面对设备进行监控，使整个监控状态可以以地图形式显示在屏幕上。

3 关键技术

3.1 无线网络传输技术

无线局域网使用于疏散分布在不同地点的探测设备的组网，无线局域网标准，将WLAN的传输速率由目前的54mbps提高到500mdbps同时，利用MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）技术，不仅使用传输速率得到极大提升，并且提高了传输质量，多种设备的探测数据和设备自身的状态参数数据庞大，为保证数据的高效传输，并且确保通信质量，所以使用无线局域网络技术。

网络通信的协议采用TCP/IP协议，TCP/IP协议是物理网上的一组完整的网络协议，Socket就是应用程序实现TCP/IP的一种编程界面，在网络中每一个Socket用一个三元组描述：协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口。每个Socket都有一个本地唯一的Socket号，有操作系统分配。

考虑到气象网络通信要求高可靠性，所以本系统采用面向连接的方式，Socket接口提供了一种可靠的面向连接的服务，实现无差错无重复的顺序数据传输，它通过内置的流量控制解决了数据的拥塞，将数据当作字节流，应用程序可以发送任意长的数据这符合系统对数据的要求。

4 结语

实现了县级气象探测设备的实时监控和各类观测数据的汇集，利用无线网络技术，现场总线技术，数字化通信技术等，实现了县级气象站观测网络的一体化，实现了装备实时状态参数的有效提取，为气象装备运行管理提供了有效的监控手段，提高了气象装备管理的效率，由此实现了气象装备保障的体系化，对历史和实时的气象数据进行了汇集和储存，为气象保障工作提供更多可靠的决策信息。

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[责任编辑：王伟平]