張媛媛++賈樹(shù)澤++屈興之++趙現(xiàn)綱++馬友++田思維

摘要：風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)為衛(wèi)星業(yè)務(wù)正常運(yùn)行提供著可靠支撐，風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星資料應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為提高風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星及地面應(yīng)用系統(tǒng)異常發(fā)現(xiàn)和處理的時(shí)效性，降低運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度，在現(xiàn)有風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的運(yùn)維輔助系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星；地面應(yīng)用系統(tǒng)；運(yùn)維輔助系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161708

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）009006002

基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（2011AA12A104）

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：張媛媛（1986-），女，山東棗莊人，博士，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心工程師，研究方向?yàn)闃O軌氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理。

0引言

風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星是我國(guó)第二代極軌氣象衛(wèi)星，其衛(wèi)星資料已廣泛應(yīng)用在天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、環(huán)境和自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)[12]。

地面應(yīng)用系統(tǒng)作為風(fēng)云氣象衛(wèi)星工程大系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分， 對(duì)衛(wèi)星應(yīng)用效益的發(fā)揮起著重要的作用[2]。一直以來(lái)，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心（簡(jiǎn)稱為衛(wèi)星中心）承擔(dān)著我國(guó)氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行管理和維護(hù)工作。自風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星入軌以來(lái)，風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)）已經(jīng)并正在為衛(wèi)星業(yè)務(wù)的運(yùn)行提供著可靠支撐。在日常運(yùn)維中，運(yùn)維人員利用這個(gè)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地進(jìn)行衛(wèi)星資料接收質(zhì)量評(píng)價(jià)、產(chǎn)品生成狀況判斷、相關(guān)異常定位以及服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等。然而，這些工作仍然需要運(yùn)維人員進(jìn)行較復(fù)雜與繁瑣的操作，尤其在數(shù)據(jù)異常、生成產(chǎn)品缺失、服務(wù)器文件系統(tǒng)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)時(shí)，運(yùn)維人員需要在大量的后臺(tái)文件中進(jìn)行查找、判斷與分析，往往耗費(fèi)大量時(shí)間。針對(duì)以上問(wèn)題，本文以日常運(yùn)維為出發(fā)點(diǎn)，以現(xiàn)有風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)為支撐，以高時(shí)效性為目標(biāo)，針對(duì)當(dāng)前一些需大量人工介入的運(yùn)維工作，提出一種高效的運(yùn)維輔助系統(tǒng)，對(duì)提高異常應(yīng)對(duì)的時(shí)效性和降低運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義。

1系統(tǒng)需求

風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)工作流程如圖1所示，運(yùn)行控制系統(tǒng)每天定時(shí)生成運(yùn)行作業(yè)時(shí)間表，自動(dòng)發(fā)往計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)外地面站，各站按時(shí)間表接收獲取風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星資料。國(guó)內(nèi)外地面站將接收到的衛(wèi)星資料經(jīng)譯碼、解包和質(zhì)量檢驗(yàn)后形成數(shù)據(jù)包文件，并通過(guò)廣域網(wǎng)鏈路送到計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)作業(yè)調(diào)度流程，首先對(duì)各站資料進(jìn)行去重復(fù)處理和質(zhì)量控制，然后啟動(dòng)預(yù)處理生成一級(jí)產(chǎn)品，最后由產(chǎn)品生成系統(tǒng)生成二級(jí)產(chǎn)品和三級(jí)產(chǎn)品[34]。其中運(yùn)行控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都位于衛(wèi)星中心。

為保證風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行，運(yùn)維人員需要了解該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，并對(duì)某些文件進(jìn)行存儲(chǔ)，以便進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列分析，并在異常發(fā)生時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決，在最大程度上保證衛(wèi)星產(chǎn)品的完整性和時(shí)效性。由于衛(wèi)星中心無(wú)法直接訪問(wèn)國(guó)外地面站資料接收相關(guān)的服務(wù)器，所以本文只對(duì)國(guó)內(nèi)地面站資料接收情況和數(shù)據(jù)包文件積壓情況進(jìn)行監(jiān)視。

（1）衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)監(jiān)視。風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中有對(duì)衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)的監(jiān)視，原理為監(jiān)視相關(guān)參數(shù)數(shù)值是否在正常域值內(nèi)，但是對(duì)于很多參數(shù)在域值范圍內(nèi)還具有一定特性，如具有一定變化規(guī)律，在運(yùn)維工作中存在某些參數(shù)數(shù)值雖然在正常域值內(nèi)，但變化規(guī)律不正常，而目前對(duì)衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)的監(jiān)視不涉及相關(guān)參數(shù)變化規(guī)律，常常需一級(jí)產(chǎn)品處理出來(lái)后才能發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星載荷異常，因此如果增加對(duì)相關(guān)參數(shù)變化規(guī)律的監(jiān)視可進(jìn)一步提高衛(wèi)星異常的發(fā)現(xiàn)時(shí)效。

（2）地面站資料接收情況監(jiān)視。風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)國(guó)內(nèi)地面站使用主備兩套設(shè)備同時(shí)接收衛(wèi)星資料，當(dāng)主機(jī)收到的衛(wèi)星資料所生成的數(shù)據(jù)包文件質(zhì)量差時(shí)，則需回放備機(jī)中的數(shù)據(jù)包文件。目前，衛(wèi)星中心對(duì)主備機(jī)數(shù)據(jù)包文件質(zhì)量好壞的判斷需查找后臺(tái)，步驟相對(duì)繁瑣，不僅運(yùn)維的工作強(qiáng)度大，而且當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，繁瑣的查找需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。

（3）地面站文件積壓情況監(jiān)視。風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)采用文件傳輸對(duì)帳單、地面?zhèn)鬏敱O(jiān)視頁(yè)面等手段監(jiān)視地面站數(shù)據(jù)包文件傳輸情況，但數(shù)據(jù)包文件未正常傳輸時(shí)，可能是網(wǎng)絡(luò)或通信進(jìn)程異常造成數(shù)據(jù)包文件積壓在地面站相關(guān)服務(wù)器、地面站接收異常或衛(wèi)星異常造成的數(shù)據(jù)包文件缺失等原因?qū)е?。雖然數(shù)據(jù)包文件未正常傳輸大多是網(wǎng)絡(luò)或通信進(jìn)程異常造成的，但是業(yè)務(wù)無(wú)小事，針對(duì)每個(gè)異常都需要人工確認(rèn)原因，若能由系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視地面站數(shù)據(jù)包文件積壓情況，一方面可以提高網(wǎng)絡(luò)或通信進(jìn)程異常處理的時(shí)效，另一方面若系統(tǒng)能自動(dòng)處理通信進(jìn)程異常，則可大大降低運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度。

（4）衛(wèi)星中心接收文件情況監(jiān)視。在使用文件傳輸對(duì)帳單、地面?zhèn)鬏敱O(jiān)視頁(yè)面等工具監(jiān)視衛(wèi)星中心是否收到國(guó)內(nèi)外地面站傳輸?shù)男l(wèi)星資料時(shí)，該工具在數(shù)據(jù)包文件未按時(shí)到達(dá)或相關(guān)參數(shù)文件未正常寫(xiě)入等情況下則認(rèn)為數(shù)據(jù)包文件沒(méi)有到達(dá)衛(wèi)星中心，這時(shí)需要運(yùn)維人員在后臺(tái)查找所有相關(guān)文件目錄，確認(rèn)數(shù)據(jù)包文件是否延時(shí)到達(dá)，工作量大。

（5）各級(jí)產(chǎn)品生成狀況監(jiān)視。風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)視作業(yè)流運(yùn)行情況來(lái)監(jiān)視產(chǎn)品生成情況，當(dāng)某個(gè)產(chǎn)品發(fā)生缺失時(shí)，需人工后臺(tái)定位缺失產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的軌道號(hào)等信息，然后根據(jù)軌道號(hào)等信息查找相關(guān)作業(yè)流確定產(chǎn)品缺失原因。由于很多產(chǎn)品每日數(shù)量很多，定位過(guò)程較復(fù)雜，所需時(shí)間較長(zhǎng)，若系統(tǒng)能自動(dòng)定位缺失產(chǎn)品，在降低工作強(qiáng)度的同時(shí)，更能提高異常處理的時(shí)效性。

（6）服務(wù)器文件系統(tǒng)使用情況監(jiān)視。衛(wèi)星中心運(yùn)維人員每天對(duì)數(shù)據(jù)匯集、預(yù)處理、產(chǎn)品生成等所使用的服務(wù)器文件系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便觀察各文件系統(tǒng)使用情況變化，從而保證服務(wù)器工作狀態(tài)正常，運(yùn)維人員對(duì)各文件系統(tǒng)使用情況的統(tǒng)計(jì)需要在后臺(tái)進(jìn)行查找，工作量大。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)前運(yùn)維中可以進(jìn)一步提高工作效率的環(huán)節(jié)，建立相關(guān)的運(yùn)維輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.1遙測(cè)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為進(jìn)一步滿足衛(wèi)星載荷工作狀態(tài)監(jiān)視需求而設(shè)計(jì)。

以業(yè)務(wù)要求的正常閾值為參照標(biāo)準(zhǔn)，該子系統(tǒng)對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)與特征分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，將異常數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫(kù)并將異常信息發(fā)送至風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星關(guān)鍵業(yè)務(wù)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警[5]。該子系統(tǒng)還可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的異常數(shù)據(jù)，對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)異常發(fā)生規(guī)律進(jìn)行科學(xué)分析，對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)異?？赡芤l(fā)的后續(xù)產(chǎn)品異常進(jìn)行報(bào)警。

對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)異常發(fā)生規(guī)律的具體分析如下：①數(shù)據(jù)異常分布的時(shí)間特征分析?；跉v史異常數(shù)據(jù)，尋找數(shù)據(jù)異常發(fā)生的時(shí)間規(guī)律，進(jìn)而在時(shí)間尺度上建立數(shù)據(jù)異常發(fā)生的概率分布；②不同遙測(cè)數(shù)據(jù)異常之間的關(guān)聯(lián)特征分析。通過(guò)兩種類型異常在時(shí)間規(guī)律上的相似性度量，確定一種異常發(fā)生時(shí)是否有其它異常可能發(fā)生，進(jìn)而在空間尺度上建立數(shù)據(jù)異常發(fā)生的概率分布；③遙測(cè)數(shù)據(jù)異常的趨勢(shì)特征分析。通過(guò)對(duì)整體遙測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征分析，并基于所提出的數(shù)據(jù)異常的時(shí)間特征和關(guān)聯(lián)性特征，分析正常數(shù)據(jù)到異常數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)，用以預(yù)測(cè)將來(lái)可能發(fā)生的異常。

2.2地面站接收與傳輸管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進(jìn)一步滿足對(duì)地面站衛(wèi)星資料接收情況、地面站數(shù)據(jù)包文件積壓情況的監(jiān)視需求而設(shè)計(jì)，涉及的地面站只包括國(guó)內(nèi)地面站。

當(dāng)衛(wèi)星中心收到的數(shù)據(jù)包文件異?；蛉笔r(shí)，可自動(dòng)檢查地面站相關(guān)服務(wù)器存儲(chǔ)目錄下接收的主備機(jī)數(shù)據(jù)包文件情況，對(duì)主備機(jī)數(shù)據(jù)包文件進(jìn)行對(duì)比分析以便運(yùn)維人員快速判斷異常原因并處理。同時(shí)，定時(shí)查看地面站相關(guān)服務(wù)器傳輸目錄下該地面站向中心所傳遞數(shù)據(jù)包文件的詳細(xì)信息，若一段時(shí)間內(nèi)該傳輸目錄下數(shù)據(jù)包文件個(gè)數(shù)不為0且沒(méi)有減少，則可判斷發(fā)生了數(shù)據(jù)包文件積壓，自動(dòng)重啟相關(guān)通信進(jìn)程，以免通信進(jìn)程異常導(dǎo)致數(shù)據(jù)包文件積壓。

2.3衛(wèi)星中心接收情況查詢子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進(jìn)一步滿足快速準(zhǔn)確確定衛(wèi)星中心是否接收到國(guó)內(nèi)外地面站衛(wèi)星資料而設(shè)計(jì)。該子系統(tǒng)根據(jù)軌道號(hào)和接收地面站站標(biāo)信息，可以自動(dòng)查找衛(wèi)星中心相關(guān)服務(wù)器的存儲(chǔ)目錄，并自動(dòng)顯示在該存儲(chǔ)目錄存儲(chǔ)下某地面站接收的某軌衛(wèi)星資料所生成的所有數(shù)據(jù)包文件，如果衛(wèi)星中心未收到該軌衛(wèi)星資料，則顯示內(nèi)容為空。

2.4衛(wèi)星產(chǎn)品管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進(jìn)一步滿足各級(jí)產(chǎn)品生成狀況監(jiān)視的需求而設(shè)計(jì)。根據(jù)各產(chǎn)品特點(diǎn)能夠自動(dòng)分析各級(jí)衛(wèi)星產(chǎn)品的生成情況，并根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)自動(dòng)快速判斷產(chǎn)品是否缺失，以及缺失產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的軌道號(hào)等相關(guān)信息。例如可見(jiàn)光紅外掃描輻射計(jì)云檢測(cè)產(chǎn)品的特點(diǎn)是五分鐘段（亦稱塊）[6]，即每5分鐘便生成一個(gè)產(chǎn)品，若某個(gè)5分鐘沒(méi)有生成相應(yīng)的產(chǎn)品，可判斷該產(chǎn)品生成失敗，并將缺失的產(chǎn)品的相關(guān)信息顯示出來(lái)。

2.5服務(wù)器狀態(tài)批量檢測(cè)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是為了進(jìn)一步滿足服務(wù)器文件系統(tǒng)使用情況監(jiān)視的需求而設(shè)計(jì)。衛(wèi)星中心所負(fù)責(zé)的服務(wù)器包括負(fù)責(zé)衛(wèi)星資料匯集、處理和產(chǎn)品生成多個(gè)服務(wù)器。運(yùn)維人員需每日對(duì)這些服務(wù)器文件系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并記錄，以監(jiān)視服務(wù)器文件系統(tǒng)狀態(tài)變化，因此該子系統(tǒng)的功能是將運(yùn)維工作所涉及到的服務(wù)器文件系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)值按約定的格式輸出，從而降低運(yùn)維人員工作強(qiáng)度。

3結(jié)語(yǔ)

為進(jìn)一步提高對(duì)衛(wèi)星、地面站接收等異常的發(fā)現(xiàn)和處理時(shí)效，并降低運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)，本文設(shè)計(jì)了風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)維輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)以風(fēng)三地面應(yīng)用系統(tǒng)已采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)加入自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析、告警等功能，并設(shè)計(jì)各子系統(tǒng)的功能。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1]范天錫. 風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的特點(diǎn)和作用[J]. 氣象科技， 2002，30（6）：321327.

[2]許健民， 鈕寅生， 董超華， 等. 風(fēng)云氣象衛(wèi)星的地面應(yīng)用系統(tǒng)[J]. 中國(guó)工程科學(xué)， 2007，8（11）：1318.

[3]盧乃錳， 董超華， 楊忠東，等. 我國(guó)新一代極軌氣象衛(wèi)星（風(fēng)云三號(hào)）工程地面應(yīng)用系統(tǒng)[J]. 中國(guó)工程科學(xué)，2012，14（9）：1019.

[4]楊軍， 董超華等. 新一代風(fēng)云極軌氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社， 2010：1729.

[5]謝利子， 趙現(xiàn)綱， 郭強(qiáng)，等. 風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星關(guān)鍵業(yè)務(wù)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2012，32（z2）：192195.

[6]楊軍， 董超華等. 新一代風(fēng)云極軌氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社， 2010：1729.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：陳福時(shí)）