孙通

运用智能硬件构建无人气象站监控系统的研究

孙通

（平顶山市新城区气象局，河南 平顶山 467000）

地面自动观测系统的稳定运行受诸多因素影响，及时发现和排除故障是保障业务质量的关键。作为无人自动气象站，每天例行巡视观测场和机房但不安排人员值班值守，对于故障的发现和排除相比有人值守台站具有一定滞后性。通过综合运用贵州省兴仁县气象局研发的“县级自动站监控系统”和当前市场上开发较为完善的智能家庭硬件，将自动站运行、供电、网络、消防、安防等状态报警以及环境温湿度调控和数据备份等工作全部纳入以智能手机为终端的无人自动气象站运行保障系统，实现无人气象站的监控自动化。从而保障业务稳定和数据安全，减轻人员压力，促进节能减排，进而提高工作效率和业务质量。

无人自动气象站；自动站监控系统；智能硬件；监控自动化

1 研究背景及设计思路

1.1 智能硬件的优势

地面自动观测系统的稳定运行是保障观测质量的前提和基础，随着大部分人工观测项目逐渐自动化，观测设备的结构越来越复杂，对运行环境的要求也越来越高。设备、软件、供电、网络、机房环境等任意环节出现故障，都会对观测质量造成影响。监控软件和连接到手机APP的温湿度传感器、智能插座、蓝牙网关等智能硬件相互配合，能够实现对各个节点24 h不间断监控，有效弥补人工监控的不足，提高工作效率和业务质量。

1.2 监控系统设计思路

自动站监控系统的设计思路是将所有的监控节点获取的故障信息推送到值班员手机上，可分为监控软件和监控硬件。软件以“县级自动站监控系统”为核心，对自动站运行过程进行监控，通过运营商以电话和短信的形式报警。硬件以“米家”APP为核心，对机房环境进行监控，通过互联网以手机APP消息推送的形式报警，同时能够远程开关值班室电器设备。以手机为终端的自动站监控系统设计思路如图1所示。

2 县级自动站监控系统

贵州省兴仁县气象局研发的“县级自动站监控系统”，主要用于监控与综合观测系统运行相关的供电、网络、软件、计算机等要素的状态，及时发现异常并通过多种途径报警提醒，确保台站管理人员准确定位故障点，第一时间到场处理。

图1 以手机为终端的自动站监控系统设计思路

该系统的硬件设备由UPS供电的自动站业务计算机（下称业务机）和市电供电的普通计算机通过交换机相连构成，利用2台计算机互相监测来判断对方计算机工作状态，每台计算机上挂接内置手机通讯卡的“GSM/GPRS MODEM”模块（下称短信猫），安装驱动程序后可以实现电话和短信报警功能。设置“双机监控”不仅能达到软件设计目标，还能使监控系统运行更为可靠。

2.1 供电异常监测

业务机通过扫描139号端口的方式监测市电计算机工作状态，市电计算机以同样的方式判断自动站主机是否正常工作。2台计算机在参数传递过程中，判断对方计算机上的监控程序是否正常运行。停电时市电计算机关机，当业务机连续次（可在检测标准中设置，数值越小越灵敏，下同）无法与市电计算机构成连接，则判定为“市电停电”，此时业务机会发出音乐报警，同时发送标注故障内容的报警短信给值班员和分管领导，并拨打值班员电话。

2.2 网络与软件异常监控

监控软件通过扫描服务器端口，检测业务计算机与省级报文传输服务器（IP：172.18.152.5）的连通状态，确定网络状态是否正常；通过检查ISOS软件所有功能是否在计算机任务进程中，检查分钟数据文件是否定时更新等方面，判断ISOS软件及采集器工作状态。如果ISOS软件未运行，将调用Process.Start命令启动软件。

2.3 自动切换3G无线网络

为保证有线网络中断情况下的数据传输，当监控软件检测到自动站与省级服务器的有线传输中断且报文发送目录中积压有未发送的文件后，会在一定时间内关闭有线网络适配器，同时通过Shell、Process.Start命令打开3G网上传报文。同时，为了避免有线网络恢复后仍然长期占用3G网卡，监控软件会在报上传后关闭3G并切换回有线传输。如果此时有线网仍未恢复则重复之前操作并再次报警通知值班员。

2.4 数据硬件备份

观测数据的硬件备份对保障数据安全有重要意义，监控软件采用增量备份的方式，利用相关控件对指定的报文生成目录进行监视，当发现被监视的目录中新增文件、文件属性（大小、修改时间等）发生变化时，就把相关文件复制到外接移动硬盘，对自动站数据有选择地实时备份。

2.5 报警与查询功能

监控系统将“短信猫”通过USB接口与计算机相连，运用AT指令控制短信猫收发短信和拨打电话。挂接外部独立通讯设备进行短信和电话报警能够确保系统在断网情况下仍然能够稳定运行。

3 智能硬件对机房环境的监控

随着智能家居硬件设备的发展，民用智能家庭监控设备逐渐完善，以小米生态链企业的智能硬件产品为例，将温湿度传感器、空调伴侣、烟雾报警器、人体感应器、智能摄像机等设备通过网关合理搭配，就能够运用手机APP实现对业务计算机、服务器工作环境的实时有效监控。

3.1 机房环境监控装置

计算机等电子设备持续在高温环境下运行容易出现死机、蓝屏等故障，同时环境温度过高也容易导致火灾发生。而机房内各类电子设备本身在运行过程中会不断散发热量，一旦机房空调在遇到停电后不能自动开启，机房温度就会迅速上升。将空调伴侣（网关版）与机房空调连接后，即使是在夜间无人值守状态下，也可以通过手机APP远程开闭、调节空调并随时监控其工作状态，再搭配温湿度传感器设置自动化程序，根据监测到的环境温湿度自动调节空调工作状态使环境调控更加智能。

3.2 烟雾报警装置

安装小米烟雾报警器实现火情监控，该装置通过CCCF认证，是具有国家消防强制性产品认证证书的专业火灾探测报警设备。当监控区域烟雾浓度达到报警值，设备会立即发出声、光报警信号，并通过空调伴侣网关推送至手机APP。

3.3 视频监控装置

安装云蚁360°智能摄像机作为室内安防监控，该设备采用双电机云台设计，可上下左右自由旋转，具备360°水平可视角度和96°垂直可视角度。配备64 G内存卡可存储8 d分辨率为1 080 p高清画质的监控视频，开通云存储后，移动视频自动上传至云端，避免因设备被破坏导致的视频证据丢失。同时具有夜视功能，F2.1大光圈和8颗940 nm红外补光灯使夜视通透性更强，细节更清晰。

4 无人值守计算机设置

4.1 断电重启设置

当确定为市电中断时，业务机正常工作，监控机处于关机状态，如果在市电恢复后不人工启动监控机，则由业务机发出的停电报警不会解除，因此要开启监控机断电后来电自动开机功能。设置方法为：进入BIOS的设置主界面，选择[POWER MANAGEMENT SETUP]→[PWR Lost Resume State]→[Turn On]项，代表停电后再来电时，电脑会自动启动。不同电脑主板设置步骤不完全相同，但总体是在[电源管理]选项中设置，要注意的是需要将安装在市电计算机上的监控软件加入开机自启动项。

4.2 计算机定时重启设置

由于ISOS业务系统和县级自动站监控系统均为24 h不间断运行，难免会出现原因未知的软件崩溃或观测成功率下降等情况，这些问题往往通过重启计算机就可以解决，因此每周定时重启计算机很有必要。为进一步减少值班人员工作量，适应无人站日常管理模式，可通过计划任务为业务机设置定时自动重启功能。

5 结论

综合运用县级自动站监控系统和智能硬件，搭建起以智能手机为终端的无人自动气象站运行保障系统，实现了基层台站的监控自动化，充分发挥了传感器和计算机24 h不间断工作的优势，不仅大大提高了监控质量和效率，减轻了台站管理人员的精神压力，还使得台站先于省级质控部门发现故障并做出反应，最大限度地确保观测系统稳定运行。

［1］彭显锋，王桥，杜龙彩.县级自动站监控系统研究［J］.贵州气象，2017，41（1）：81-84.

2095－6835（2020）10－0129－02

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.057

孙通（1991—），男，河南汝南人，本科，助理工程师，从事综合气象业务工作。

〔编辑：张思楠〕