楊禮敏 胡平 王亞東

（上海市氣象信息與技術(shù)支持中心，上海 200030）

0 引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和在氣象部門的廣泛應(yīng)用，越來越多以IT技術(shù)和氣象信息為支撐的業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運而生，并逐漸成為現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)，保障各業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行成為信息中心的主要工作內(nèi)容[1]。氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可靠性有賴于綜合全面的監(jiān)控和高效運維，為適應(yīng)這一需求，本文建立氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集監(jiān)控、展示于一體的綜合系統(tǒng)，在充分利用原有資源的基礎(chǔ)上，收集多源數(shù)據(jù)，融合異構(gòu)信息，將大數(shù)據(jù)分析的方法應(yīng)用到故障檢測中，以動態(tài)、直觀的方式對處理后的信息進行集中顯示，輔助工作人員更加高效的完成運維工作[2]。

1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀與需求分析

一體化氣象信息與大數(shù)據(jù)支撐平臺涵蓋了資源、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)3個主要方面工作，主要承擔(dān)氣象數(shù)據(jù)的搜集、處理、入庫到數(shù)據(jù)的共享情況，以及氣象數(shù)據(jù)共享平臺、高性能計算機、氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、氣象數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品加工制作、網(wǎng)絡(luò)與安全的支撐。2012年，上海市氣象局建成了基于云架構(gòu)的數(shù)字化視音頻管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能和展現(xiàn)效果得到大幅提升，展示內(nèi)容主要有氣象信息實時業(yè)務(wù)監(jiān)視系統(tǒng)、全國綜合氣象信息共享平臺監(jiān)視系統(tǒng)（MCP）和各類網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控管理系統(tǒng)、大氣探測網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)、觀測信息、預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品等，基本可以滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。但隨著氣象事業(yè)的飛速發(fā)展，已經(jīng)不能滿足更加全面和精細化的監(jiān)控需求，主要的不足之處有：

1）體系結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)基本都是孤立的系統(tǒng)，資料傳輸監(jiān)控、機房環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控等系統(tǒng)都是自立門戶，自成一體的封閉系統(tǒng)，業(yè)務(wù)監(jiān)控一直以來主要依靠專業(yè)技術(shù)人員通過讀取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算設(shè)備、專業(yè)氣象設(shè)備上的系統(tǒng)日志來判斷系統(tǒng)故障點，這樣不僅時效性不強，而且對于系統(tǒng)維護造成了比較大的困難；數(shù)據(jù)格式各異，互操作困難，值班員工作量大，使用不便，隨著設(shè)備數(shù)量和種類的不斷增加，運維的壓力也越來越突出，如何能迅速提高運維效率，解決設(shè)備報警的集中監(jiān)控就成為亟須解決的問題。

2）視覺體驗：現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，人機交互界面有待優(yōu)化，操控不夠簡潔，報警不夠智能；反映時間較長，體驗流暢性不足；信息獨立、分散，實時性不強、展示度不夠。目前急需能夠直觀表現(xiàn)各種設(shè)備故障點并且具有故障預(yù)警功能的大屏顯示系統(tǒng)來減輕運維壓力，提高運維管理水平。

3）系統(tǒng)功能：氣象資料監(jiān)控不夠及時，時效性有待提高；統(tǒng)計分析能力不足；對氣象資料傳輸?shù)谋O(jiān)視，只是監(jiān)控傳輸?shù)慕Y(jié)果，即數(shù)據(jù)到了還是沒有到，沒有監(jiān)視傳輸?shù)恼麄€流程節(jié)點，系統(tǒng)缺少整體性、功能缺乏可控性。

4）技術(shù)體系：現(xiàn)在的監(jiān)視系統(tǒng)多數(shù)都是基于傳統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，數(shù)據(jù)格式各異，要想整合和擴展非常不方便。

隨著硬件設(shè)備數(shù)量的不斷增加和業(yè)務(wù)流程復(fù)雜性的不斷增大，日常運維工作也發(fā)生了重大改變，系統(tǒng)運維的壓力變得越來越突出。為更好地完成運維工作，工作人員需清楚地了解關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)與相關(guān)軟、硬件資源的對應(yīng)關(guān)系，變被動運維為主動運維，并且從只關(guān)注一點的運維模式轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注整個業(yè)務(wù)流程。目前，運維管理的業(yè)務(wù)需求可總結(jié)為以下幾個方面：1）硬件設(shè)施（包括信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、氣象探測設(shè)備以及高性能計算機等）的位置信息、配置信息、狀態(tài)信息需要集約化管理，支撐運維管理的高效；2）隨著監(jiān)控管理的發(fā)展，目前已部署各監(jiān)控系統(tǒng)、運維管理平臺等監(jiān)控信息需要進行有效整合，改變在分散的操作界面上進行查看和分析不利于日常運維工作的開展和故障排查的局面；3）需要充分發(fā)揮超寬拼接大屏和音、視頻云平臺的顯示能力，實現(xiàn)在展示效果上形成統(tǒng)一的整體。具體的業(yè)務(wù)需求分析如圖1。

圖1 業(yè)務(wù)需求分析圖 Fig. 1 Diagram of the operational demands analysis

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

業(yè)務(wù)和應(yīng)用監(jiān)控提供一體化的實時業(yè)務(wù)運行狀態(tài)及關(guān)鍵性能指標的業(yè)務(wù)監(jiān)視，包括骨干網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖等動態(tài)實時的展示，以動畫形式顯示實時的網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，以及局域網(wǎng)接入層、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)的連通性、總流量等。借鑒國外探測裝備質(zhì)量管理先進思路，地面自動氣象站網(wǎng)監(jiān)控不僅體現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)接收到報率情況統(tǒng)計，同時對設(shè)備傳感器狀態(tài)、數(shù)據(jù)通信鏈路、觀測要素質(zhì)量和計量檢定日程做全流程監(jiān)控管理；天氣雷達和風(fēng)廓線雷達展現(xiàn)硬件系統(tǒng)重要部件的各項體征指標實時狀態(tài)；對高性能計算的主要設(shè)備可用率、使用率和節(jié)點狀態(tài)的展現(xiàn)；虛擬服務(wù)器和存儲系統(tǒng)的空間使用率、訪問性能等；可視會商系統(tǒng)連通狀態(tài)，以及下沉到預(yù)報平臺、公共服務(wù)平臺和數(shù)值預(yù)報工作區(qū)各桌面計算機的連接情況；通過安全監(jiān)控，集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、相關(guān)應(yīng)用服務(wù)器等事件報警信息，并進行一定的關(guān)聯(lián)分析，及時發(fā)現(xiàn)正在發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的安全威脅事件，從而及早采取主動措施進行處理。

數(shù)據(jù)和資源監(jiān)控實時展示數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、應(yīng)用總體情況。場景包括：面向用戶需求，以事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)服務(wù)的應(yīng)用效果的展示，包括資料類型、訪問頻率、用戶信息、應(yīng)用系統(tǒng)等要素的展示；對數(shù)值預(yù)報應(yīng)用排行數(shù)據(jù)應(yīng)用情況如地理位置、用戶單位、下載時效等各個應(yīng)用屬性進行實時排行；以報表、動態(tài)圖形等形式展示各類數(shù)據(jù)傳輸實時流程狀態(tài)圖、資料上下行流轉(zhuǎn)的實時情況，顯示實時的資料傳輸狀態(tài)，描述任何一類資料的到達情況，顯示未到達資料當(dāng)前所在的節(jié)點，從采集到該節(jié)點，任何一個傳輸過程所經(jīng)過的處理狀態(tài)，并運用ETL（抽取-轉(zhuǎn)換-裝載）、數(shù)據(jù)挖掘及相關(guān)算法抽取出監(jiān)視數(shù)據(jù)的深層信息，從而找到業(yè)負責(zé)采集監(jiān)控數(shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)交給監(jiān)控數(shù)據(jù)匯集和融合模塊，通過異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化管理和存儲[5]。數(shù)據(jù)綜合存儲管理模塊作為一個核心數(shù)據(jù)管理部件，主要功能是對原始監(jiān)控數(shù)據(jù)、智能分析模塊分析結(jié)果進行存儲管理，提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，并響應(yīng)可視化前段處理框架的數(shù)據(jù)請求。由于顯務(wù)存在的不足與改進方向。全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）數(shù)據(jù)接口服務(wù)監(jiān)控顯示氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（MUSIC）使用情況，現(xiàn)在有多少接口被調(diào)用、哪個接口調(diào)用次數(shù)最多、各服務(wù)接口的相應(yīng)速度等。

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控針對數(shù)據(jù)中心運行環(huán)境，實時展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套資源的整體狀態(tài)、能源消耗、溫度、濕度、漏水、腐蝕性情況以及機房內(nèi)各種設(shè)備包括不間斷電源（UPS）、精密空調(diào)、監(jiān)控攝像頭、消防、門禁以及消防和新風(fēng)系統(tǒng)的情況，以動畫的形式全方位展示數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀況，存在的報警信息、處理情況等。

為實現(xiàn)上述內(nèi)容，在進行系統(tǒng)建設(shè)時著重實現(xiàn)的功能如下：

1）監(jiān)控數(shù)據(jù)匯集。監(jiān)控數(shù)據(jù)的匯集，包括對已有的監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)接口或其他介入方式進行抓取，還沒有使用監(jiān)控系統(tǒng)進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集和管理的設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，重點解決不同設(shè)備的接入和不同結(jié)構(gòu)協(xié)議數(shù)據(jù)的解析。

2）異構(gòu)數(shù)據(jù)融合。采集回來的數(shù)據(jù)進行分類和標準化處理，以統(tǒng)一標準格式進行存儲，并對不同類別的監(jiān)控數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)模型，形成關(guān)系映射。

3）智能數(shù)據(jù)分析。使用機器學(xué)習(xí)算法對部分監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析學(xué)習(xí)，逐漸建立關(guān)鍵系統(tǒng)的故障模型和風(fēng)險評估模型，如建立機房溫度場變化模型、關(guān)鍵系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量模型等，并通過事件關(guān)聯(lián)性分析對不同類別的故障做出綜合判斷，對未來智能故障分析和風(fēng)險評估形成支撐。

4）全流程可視化。建立風(fēng)格統(tǒng)一、動態(tài)、直觀的可視化展示前端頁面。實現(xiàn)全流程可視化，對業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程進行詳細梳理，將流程中的各個環(huán)節(jié)與監(jiān)控數(shù)據(jù)和分析結(jié)果進行一一對應(yīng)，將單一的單點顯示變?yōu)榫C合性的流程顯示，將局部監(jiān)控變?yōu)槿直O(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

在充分分析業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)情況綜合考慮業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)性、展現(xiàn)的邏輯，依據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、注重平臺性、充分集成的設(shè)計原則[3-4]，對系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2 信息流程與系統(tǒng)框架 Fig. 2 Information flow and system framework

系統(tǒng)總體框架底部為監(jiān)控數(shù)據(jù)匯集區(qū)，該部分示內(nèi)容較多，通過一屏展示顯得過于擁擠，視覺效果受到影響，在綜合考慮視覺控制和業(yè)務(wù)展現(xiàn)需求的情況下，對展現(xiàn)內(nèi)容進行分屏設(shè)計，類別相似的監(jiān)控對象歸結(jié)在同一分屏中，將整體展示分3個分屏，通過三大分屏的翻動進行監(jiān)控內(nèi)容的完整展示。三大分屏分別是：數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)分屏、探測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏。

2.3 集成設(shè)計

在集成架構(gòu)上，氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)使用React/JQuery/ECharts等通用框架/組件，基于HTML5/CSS3/Javascript的B/S多層架構(gòu)進行數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)，使用D3等SVG庫進行虛擬化場景的定制2D/3D展現(xiàn)。前端框架通過WebSocket連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時推送和展現(xiàn)。在集成設(shè)計上重點實現(xiàn)以下內(nèi)容：1）鑒于監(jiān)控數(shù)據(jù)源的復(fù)雜性和多樣性，數(shù)據(jù)底層支撐由關(guān)系數(shù)據(jù)庫（Oracle、MySQL、SQL Server），文本數(shù)據(jù)庫、離散文件等組成；2）各種監(jiān)控狀態(tài)展現(xiàn)需要自動實時響應(yīng)，無需其他操作；3）隨著設(shè)備的增多，需充分考慮未來易擴展的特性，因此系統(tǒng)框架需擁有插件式管理功能。根據(jù)上述分析，本項目總體集成設(shè)計在技術(shù)上構(gòu)建彈性的應(yīng)用集成環(huán)境、開放的應(yīng)用支撐環(huán)境、制定統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)規(guī)范，由此，首先闡述系統(tǒng)設(shè)計的總體思路，明確如何進行系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，參照本項目建設(shè)的業(yè)務(wù)目標和技術(shù)目標，按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一應(yīng)用集成、統(tǒng)一服務(wù)管理、監(jiān)控信息資源整合、實時監(jiān)控展現(xiàn)”的設(shè)計思路，構(gòu)建整個系統(tǒng)的集成設(shè)計[6-7]。

2.4 分屏設(shè)計

探測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏展現(xiàn)綜合監(jiān)測與展現(xiàn)氣象局氣象網(wǎng)絡(luò)的運行情況，主要分為兩部分內(nèi)容，一部分主要展現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的情況，詳細內(nèi)容包括如下幾個方面：1）上海市氣象局內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)的情況；2）與國家局、其他省局以及上海同城部門的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接情況；3）上海市氣象局氣象探測網(wǎng)絡(luò)的實時情況；4）安全審計事件監(jiān)控，入侵防擴事件監(jiān)測情況；5）氣象專業(yè)設(shè)備如：氣象雷達、氣象自動站（國家、上海）、風(fēng)廓線等氣象監(jiān)測設(shè)備的運行情況。展現(xiàn)的屏幕能夠直觀表達各種網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備裝備的實時運行情況，以及專業(yè)氣象裝備產(chǎn)生數(shù)據(jù)的運行情況監(jiān)控。

數(shù)據(jù)管理與服務(wù)分屏展現(xiàn)氣象局氣象信息數(shù)據(jù)的服務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)情況，在展現(xiàn)邏輯方面以氣象數(shù)據(jù)的獲取、加工、入庫和共享為主，同時展現(xiàn)支撐氣象數(shù)據(jù)處理的高性能計算機運行的情況。具體的展現(xiàn)方面，由于數(shù)據(jù)的獲取類別多，內(nèi)容復(fù)雜，時間維度不同，展現(xiàn)的方式方面需要更多地考慮組合形態(tài)，同時在顏色的區(qū)分方面需要考慮數(shù)據(jù)內(nèi)容與顏色直觀展示的分配情況。詳細內(nèi)容包括：1）氣象資料收集與上行傳輸監(jiān)控，原始數(shù)據(jù)的獲取到報率情況（CIMISSCTS）；2）下發(fā)氣象資料接受監(jiān)控（CMACAST）的氣象原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)下發(fā)入庫情況；3）一體化氣象信息流拓撲圖；4）氣象原始數(shù)據(jù)處理有關(guān)的高性能計算機的運行情況，包括高性能計算機的運行節(jié)點情況、高性能計算機的進程情況以及高性能計算機的系統(tǒng)資源使用情況進行綜合展現(xiàn)；5）氣象歷史檔案的基本情況；6）數(shù)據(jù)庫訪問與FTP推送情況；7）接口服務(wù)訪問、活動告警分析、氣象資料匯總輪播情況；能夠?qū)⑸鲜龈鞣N狀況的情況通過簡單明了、視覺傳遞清晰的展現(xiàn)方式綜合表達出數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的進程和設(shè)備實時狀態(tài)及告警狀態(tài)。

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏實時展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套資源的整體狀態(tài)，以及機房內(nèi)各種設(shè)備和系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況。具體包括：1）機房電源使用效率（PUE）監(jiān)控，包括整個機房能源消耗總量，月用電量等重要指標的監(jiān)控；2）精密空調(diào)運行狀態(tài)監(jiān)控，主要指標有供風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、供水溫度、回水溫度等；3）機房不間斷電源（UPS）及電源分配單元（PDU）等機房供電設(shè)備運轉(zhuǎn)情況的監(jiān)控；4）機房環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，該部分重點在于機房整體環(huán)境的實時感知，數(shù)據(jù)來自部署在機房各個角落傳感器的數(shù)據(jù)采集，包括：機房溫度、濕度監(jiān)控，極早期預(yù)警，漏水檢測，腐蝕性檢測等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 架構(gòu)實現(xiàn)

整個系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)可有效縮短系統(tǒng)的實施周期，減少系統(tǒng)上線后管理維護的難度，在應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)中，PC端全部采用瀏覽器方式。此種方式無需安裝任何軟件，極大地縮短了系統(tǒng)的部署周期，降低了系統(tǒng)實施難度，同時，上線后系統(tǒng)的維護集中在服務(wù)器端進行，可以大大減少系統(tǒng)維護的工作量，將系統(tǒng)管理員充分解脫出來，專注于系統(tǒng)的整體考慮以及長遠規(guī)劃；用戶使用簡單、培訓(xùn)容易；界面更加美觀大方；系統(tǒng)擴展容易；由于客戶端只需要瀏覽器，無需安裝任何軟件，能方便地支持日常維護。

多層次體系結(jié)構(gòu)模式是客戶機/服務(wù)器模式之上的擴展，是目前最為流行的體系結(jié)構(gòu)，較好地解決了原有兩層客戶機/服務(wù)器模式存在的問題，并帶來了以下好處：1）在多層次體系結(jié)構(gòu)下，業(yè)務(wù)邏輯層負責(zé)所有邏輯的處理，客戶端只是完成信息的顯示和數(shù)據(jù)的反饋提交，客戶端只是看到經(jīng)過中間層處理過后的數(shù)據(jù)，降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量。2）由于業(yè)務(wù)邏輯主要在中間層上運行，從而充分利用了服務(wù)器的處理能力，同時通過多進程/多線程、無狀態(tài)組件、組件緩沖池、數(shù)據(jù)庫連接緩沖池等技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的并發(fā)性能，在大并發(fā)用戶量的情況下，仍然能夠確保系統(tǒng)的處理性能。3）通過結(jié)合使用負載均衡、組件負載均衡、數(shù)據(jù)庫/群件的集群技術(shù)，可以通過橫向擴充服務(wù)器，使得系統(tǒng)能夠處理更多并發(fā)請求，滿足最大型系統(tǒng)的苛刻運行需求。4）多層次體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)持久化、業(yè)務(wù)邏輯處理和界面渲染解耦，可以充分保證應(yīng)用系統(tǒng)日后不斷發(fā)展的要求[5]。

3.2 展現(xiàn)實現(xiàn)

3.2.1 探測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)監(jiān)控分屏

探測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏集中展示氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的情況，其中氣象裝備監(jiān)控全圖是對上海全境范圍內(nèi)所有的氣象探測設(shè)備進行整體的監(jiān)測，包括2部氣象雷達、風(fēng)廓線雷達以及全市自動氣象站。在探測網(wǎng)絡(luò)全圖上，發(fā)生故障或者正在維修的裝備通過專用標識進行提示，配合其他的監(jiān)測畫面可以快速定位具體的設(shè)備并進行后續(xù)的維護或者維修。同時，在全圖上以區(qū)（縣）和中心城區(qū)進行劃分，對自動氣象站的到報率進行分鐘級別的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)自動氣象站運行異常的情況。

以氣象雷達為例，它是用于警戒和預(yù)報中、小尺度天氣系統(tǒng)（如臺風(fēng)和暴雨云系）的主要探測工具之一。常規(guī)雷達裝置大體上由定向天線、發(fā)射機、接收機、天線控制器、計算機處理裝備、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠纸M成。除了在全圖上監(jiān)測雷達的基本運行狀態(tài)外，還需要對雷達具體的體征進行監(jiān)測，包括雷達的供電情況、機械傳動的情況、信號發(fā)射情況以及信號處理情況。整體設(shè)計上采用虛實相結(jié)合的方式，虛擬雷達的具體體征，結(jié)合視頻監(jiān)控，監(jiān)測雷達的機械傳動情況（圖3）。風(fēng)廓線雷達顯示部分則重點將各發(fā)射機的電壓情況進行實時監(jiān)控，同時將發(fā)射功率等重要指標通過曲線的方式實時繪制，從而監(jiān)控其硬件運轉(zhuǎn)情況以及發(fā)射信號的質(zhì)量情況。

圖3 雷達運行監(jiān)控圖 Fig. 3 Operational monitoring figure of radar

自動氣象站通過無線通信方式與氣象局中心計算機進行通訊信將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫盘柦邮仗幚矸?wù)器進行解碼入庫。對于自動氣象站的監(jiān)測，在監(jiān)測全市所有自動氣象站的運行情況的同時，還需要對國家級氣象站進行特別監(jiān)測，包括設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)、數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及計量檢定的時限，設(shè)備圖標設(shè)計成四方塊格局，包含以上四個狀態(tài)數(shù)據(jù)，便于設(shè)備狀態(tài)的整體展示。

上海市氣象局主干網(wǎng)絡(luò)拓撲包括核心交換層、匯聚層，以及各樓層交換機的接入層、光纖鏈路和其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)全局的網(wǎng)絡(luò)互通（圖4）。整體監(jiān)測內(nèi)容是主干網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點設(shè)備的運行狀態(tài)。通過骨干網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測，能夠?qū)崟r反映網(wǎng)絡(luò)運行的整體情況，具體的某個接入子網(wǎng)出現(xiàn)問題時，對應(yīng)的網(wǎng)域會變成紅色提醒，與之連接的網(wǎng)絡(luò)也同時變成紅色，配合其他網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測頁面，讓具體的網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠快速定位故障源。在主干網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對于氣象局外連的光纖網(wǎng)絡(luò)，需要重點的監(jiān)測，避免由于網(wǎng)絡(luò)問題而引起的服務(wù)中斷。對于具體提供對外服務(wù)的席位，為了保障氣象業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需要對服務(wù)處理席位的電腦進行監(jiān)測，上海市氣象局對外服務(wù)的區(qū)域重要分為3個部分，分別為公共服務(wù)區(qū)域、天氣預(yù)報區(qū)域和數(shù)值預(yù)報工作區(qū)，設(shè)計席位電腦逾60臺。

網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測分為兩個部分，對外主要監(jiān)測入侵事件，具體內(nèi)容為外部連接的異常事件進行記錄，記錄的內(nèi)容包括異常事件的類型、入侵的IP、入侵的目的IP，并統(tǒng)計異常情況的類型和異常接入IP的排名，幫助具體的安全管理人員快速定位安全隱患并采取對應(yīng)的策略。對內(nèi)主要監(jiān)測安全審計事件的情況，記錄內(nèi)部IP的業(yè)務(wù)情況，察覺異常行為事件，避免內(nèi)部安全事件發(fā)生。

圖4 光纖網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)運行監(jiān)控圖 Fig. 4 Monitoring figure of optical network and operational network

3.2.2 數(shù)據(jù)管理與服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控分屏

在CIMISS系統(tǒng)監(jiān)控信息處理方面，其中數(shù)據(jù)存儲管理（SOD）具體核心業(yè)務(wù)是監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)處理后入庫的情況，由于需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)量巨大，本次項目建設(shè)的過程中主要需要考慮其中12個具體的監(jiān)測項目情況，將監(jiān)測入庫的數(shù)據(jù)按時次分為3類，24 h、60 min以及1 min數(shù)據(jù)，在可視化設(shè)計上，需要充分考慮3種資料在同一監(jiān)測頁面內(nèi)集中展現(xiàn)的情況。除了對核心數(shù)據(jù)按時次監(jiān)測外，需要對整體的氣象資料進行監(jiān)測，由于監(jiān)測的類別眾多，展現(xiàn)的形式采用輪播的方式，對200多種具體資料的監(jiān)控包括最新時次數(shù)據(jù)到報情況、數(shù)據(jù)收集與分發(fā)（CTS）時次匯總的情況、CTS分發(fā)的情況以及SOD產(chǎn)品入庫的情況。對異常的情況進行預(yù)警的監(jiān)測，主要通過對月、周、日預(yù)警的情況進行匯總，從而從統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)異常事件經(jīng)常發(fā)生的環(huán)節(jié)，尋找異常事件背后的問題。

一體化氣象信息流的監(jiān)測核心，是對氣象信息從基礎(chǔ)支撐的信息獲取、加工、入庫、傳輸以及對外預(yù)報和服務(wù)的進行全流程監(jiān)控。在這個過程中，涉及到跨部門的多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的問題都有可能與數(shù)據(jù)的情況有關(guān)，通過一張拓撲圖進行整體的業(yè)務(wù)監(jiān)測，能夠及時地發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)中可能出現(xiàn)的問題，并及時處理。

在數(shù)值預(yù)報云方面，上海市氣象局經(jīng)過處理產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)目前供浙江、廈門、安徽、江蘇、云南、海南、山東、福建、江西、青島、廣東、寧夏、寧波等包括除國家局之外的多個?。ㄊ校┦褂?，本次建設(shè)需要對這些數(shù)據(jù)的下載情況進行監(jiān)測，這些處理后的數(shù)據(jù)，從上海上傳到位于杭州的阿里云，并通過阿里云提供下載，需要監(jiān)測下載的實際速率情況和總下載的情況，在全國地圖上進行實時繪制，同時為今后?。▍^(qū)、市）的擴展提供基礎(chǔ)。

對于高性能計算機，在展現(xiàn)方面考慮各個計算節(jié)點需要用簡潔清晰的展現(xiàn)方式表達出高性能計算機運行的情況。在活動告警和系統(tǒng)資源告警方面，需要考慮日常工作進行監(jiān)測時能夠簡單快速的發(fā)現(xiàn)告警的內(nèi)容與涉及的設(shè)備。對上海市氣象局的高性能計算機高性能計算（HPC）集群子系統(tǒng)的監(jiān)測，是通過對高性能計算機的A、B、C、D供4個機架伺服器（RACK）的計算節(jié)點進行監(jiān)測，檢測每個節(jié)點的運行狀態(tài)是否正常，并且需要對控制系統(tǒng)網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）、主備兩個光纖交換機以及存儲的使用狀態(tài)進行監(jiān)測，采用餅圖將所有需要監(jiān)測的內(nèi)容在一幅畫面上進行顯示，目標是能夠?qū)Ω咝阅苡嬎銠C整體狀態(tài)一覽無遺。同時，高性能計算機正在運行任務(wù)的情況在頁面中進行顯示，直觀反映高性能計算機的運行情況。在對高性能計算機整體監(jiān)測的同時，對于高性能計算機的節(jié)點整體運行狀況和并行文件系統(tǒng)（GPFS）的存儲使用狀況需要進行額外的監(jiān)測，避免計算的過載或者存儲的不足對高性能計算機產(chǎn)生影響。

3.2.3 數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏用于展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)，其中包括基礎(chǔ)配套資源的能源消耗、環(huán)境數(shù)據(jù)以及機房其他設(shè)備運轉(zhuǎn)的情況。為能夠以更加直觀的方式進行顯示，在展示設(shè)計時，機房環(huán)境方面是以機房平面布局為背景，將環(huán)境傳感設(shè)備的布設(shè)位置進行詳細繪制，并針對不同傳感器分配不同的顏色及圖標，根據(jù)實時環(huán)境數(shù)據(jù)進行動態(tài)顯示。

在機房安全和行為監(jiān)控方面，展示設(shè)計的核心理念是能夠?qū)⒄麄€機房的實時情景置于監(jiān)控人面前，這些情景數(shù)據(jù)主要包括攝像頭運行情況及實景數(shù)據(jù)、機房門禁狀態(tài)及各門禁開啟人員信息的監(jiān)控、排風(fēng)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及消防火警狀態(tài)等。

4 結(jié)語

氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)更加適應(yīng)氣象現(xiàn)代化發(fā)展，是集約化思想的集中體現(xiàn)。氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)的建成為形成快速處理故障、事后分析流程奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)整體業(yè)務(wù)運行穩(wěn)定，提高信息系統(tǒng)運維自動化能力。以動態(tài)、直觀、多樣的形式對監(jiān)控信息進行集中顯示，從而改變了傳統(tǒng)資料監(jiān)控、機房環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等系統(tǒng)框架孤立、顯示方式單一、監(jiān)控內(nèi)容簡單、監(jiān)控顯示不及時、統(tǒng)計分析能力不足的狀況。系統(tǒng)采用多層次、模塊化的設(shè)計可以靈活的進行功能配置，可以讓各級用戶在統(tǒng)一集中的業(yè)務(wù)監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)上對全流程中的各級業(yè)務(wù)進行高效監(jiān)控。對于管理人員，能夠更好地把握整體流程，使得宏觀監(jiān)控更加容易，能夠更輕松地進行嚴重問題分析評估，提高管理效率；對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)維護人員，方便其掌握業(yè)務(wù)系統(tǒng)各模塊間的依賴性和部署關(guān)系，能合理進行事件業(yè)務(wù)影響分析，使得業(yè)務(wù)運維更加容易；對于基礎(chǔ)系統(tǒng)維護人員，能從傳統(tǒng)單一平臺的維護模式轉(zhuǎn)變到全局業(yè)務(wù)視角，從系統(tǒng)維護的層面為其建立一套覆蓋關(guān)鍵業(yè)務(wù)的可視化系統(tǒng)，從而可以及時掌握系統(tǒng)資源的可以性和健康狀態(tài)，提高運維效率。