宋波 李楠 李雪源 王坦帥

摘 要：【目的】隨著我國氣象事業(yè)的發(fā)展，未來氣象臺站無人值守模式將逐步全面推廣實(shí)施，對現(xiàn)有的國家級地面氣象觀測站無人值守模式進(jìn)行優(yōu)化和提升非常有必要。【方法】在對聊城市國家基本氣象站無人值守模式現(xiàn)狀的分析基礎(chǔ)上，分析和探討國家氣象觀測站無人值守模式的技術(shù)方法和保障措施。【結(jié)果】重點(diǎn)介紹了國家氣象觀測站無人值守下的保障系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)模式，并對無人值守模式下的新要求做了分析總結(jié)?！窘Y(jié)論】無人值守并不意味地面測報不需要業(yè)務(wù)人員，而是將業(yè)務(wù)員從煩瑣的人工數(shù)據(jù)監(jiān)控中解脫出來，使之轉(zhuǎn)型為業(yè)務(wù)保障、數(shù)據(jù)應(yīng)用分析等綜合型人才。因此，要實(shí)現(xiàn)無人值守模式下臺站的長期穩(wěn)定高效運(yùn)行需要技術(shù)的支持，同樣離不開業(yè)務(wù)人員的努力。

關(guān)鍵詞：聊城市；國家氣象基本站；無人值守；保障系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)模式

中圖分類號：P412.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1003-5168（2023）10-0101-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.021

Abstract： [Purposes] With the reform and development of China's meteorological cause，the unattended mode of meteorological stations will be gradually popularized and implemented in the future. Therefore， it is necessary to optimize and improve the unattended mode of national ground observation stations. [Methods] Based on the analysis of the status quo of the unattended mode of the national basic weather station in Liaocheng city， this paper summarizes and discusses the technical methods and safeguard measures of the unattended mode of the national meteorological observation station.[Findings] The design mode of unattended support system and network transmission of national meteorological observation station is introduced， and finally analyzes and summarizes the new requirements under the unattended mode.? [Conclusions] Unattended? mode does not mean that business personnel is unneeded. However， it puts forward higher requirements for the business personnel， asking them to become more comprehensive talents who can conduct tasks like business support and data application analysis， rather than just processing cumbersome manual monitoring data. Therefore， in order to realize the long-term stable and efficient operation of the station in unattended mode， it not only needs technical support， but also needs the efforts of business personnel.

Keywords： Liaocheng City; national meteorological basic station; unattended operation; support system; network transmission design model

0 引言

隨著氣象現(xiàn)代化發(fā)展，我國地面自動化觀測系統(tǒng)形成了以臺站為基礎(chǔ)、省局為管理、國家局為統(tǒng)籌的三級綜合觀測業(yè)務(wù)組織系統(tǒng)模式。2016年，中國氣象局提出實(shí)施全國地面氣象觀測站無人值守試點(diǎn)工作，揭開了中國地面氣象觀測業(yè)務(wù)運(yùn)行管理模式變革的帷幕?，F(xiàn)如今，地面氣象觀測無人值守模式已在我國獲得了長足的發(fā)展，但是要實(shí)現(xiàn)真正意義上的臺站無人值守仍需解決很多實(shí)際問題，無人值守模式的推廣仍面臨很多挑戰(zhàn)。2022年12月，聊城市氣象局完成了轄區(qū)內(nèi)7個國家氣象觀測站升級國家基本氣象觀測站的工作。本研究對聊城國家氣象基本站無人值守狀態(tài)下氣象觀測模式進(jìn)行分析和探討。

1 聊城市地面氣象觀測業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

2017年8月，山東省氣象局觀測處發(fā)布《山東省國家級地面氣象觀測站無人值守工作實(shí)施細(xì)則（試行）》的函及山東省國家級地面氣象觀測無人值守業(yè)務(wù)工作流程，無人值守工作在山東省國家一般氣象站開展試點(diǎn)，并將根據(jù)自動化推進(jìn)和無人值守運(yùn)行評估情況適時推廣到國家基本氣象站。

山東省氣象局提出，實(shí)現(xiàn)無人值守應(yīng)以“保證觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量”為基本前提，以“增強(qiáng)縣級綜合業(yè)務(wù)能力、提高業(yè)務(wù)運(yùn)行保障能力、提升觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量”為宗旨，促進(jìn)監(jiān)測智能化發(fā)展和監(jiān)測服務(wù)由觀測信息收集向工作維護(hù)、質(zhì)量管理、統(tǒng)計(jì)分析的轉(zhuǎn)變。針對現(xiàn)階段中國地面氣象觀測業(yè)務(wù)的實(shí)際運(yùn)行狀況，仍需要部分觀測人員同時擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)收集、服務(wù)管理以及運(yùn)營保障等職責(zé)。

目前，聊城市共有國家基準(zhǔn)氣候觀測站1個，國家基本氣象觀測站7個，分布在聊城市區(qū)和下屬7個縣區(qū)，其中聊城國家基本氣象站處于局站分離但有測報業(yè)務(wù)人員值守的狀況，其余7個臺站處于局站同址的狀況，同全市107個區(qū)域自動氣象觀測站（其中14個站屬于國家層級管理）、24個生態(tài)氣象監(jiān)測站、5個GNSS/MET水汽觀測站，2個天氣雷達(dá)站共同承擔(dān)著全市綜合氣象觀測任務(wù)。市、區(qū)（縣）局業(yè)務(wù)人員通過山東省氣象信息共享平臺、綜合氣象觀測業(yè)務(wù)運(yùn)行信息化平臺和山東省統(tǒng)一版監(jiān)控運(yùn)維平臺等對觀測站的傳輸情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，缺測信息會通過短信息的方式發(fā)送至相應(yīng)的值班和管理人員的手機(jī)。聊城地面觀測站數(shù)據(jù)傳輸流程如圖1所示。

聊城國家基本氣象站位于山東省聊城市李海務(wù)辦事處，站點(diǎn)海拔高度36.1 m，隸屬于聊城市氣象局氣象綜合保障中心管轄，建站時間為1957年1月，2020年因探測環(huán)境問題，站址由聊城市東昌府區(qū)湖南路鳳凰苑遷移至現(xiàn)址，目前有4名業(yè)務(wù)人員輪班進(jìn)行業(yè)務(wù)值班值守。

2 業(yè)務(wù)監(jiān)控和報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 供電電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)臺站無人值守，設(shè)備自動化正常運(yùn)行，穩(wěn)定的供電是基礎(chǔ)。目前臺站普遍采用的模式是市電供電、UPS保障、自啟動式后備電源供電系統(tǒng)。觀測站所有在用業(yè)務(wù)設(shè)備全部接入不間斷UPS供電電源，同時將UPS電源接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過軟件進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，以便發(fā)生故障時能自動觸發(fā)報警，及時啟動備用的發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，當(dāng)供電恢復(fù)正常時，備用發(fā)電機(jī)自動斷電，保證設(shè)備24 h不間斷的持續(xù)運(yùn)行。

在備用發(fā)電機(jī)組的建設(shè)方面，根據(jù)地區(qū)差異采用不同方式的備用供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前主要采用的方式是以柴油發(fā)電機(jī)組為基礎(chǔ)，配置雙電源自動切換裝置ATS和專用的智能配電柜，ATS自動切換柜可以實(shí)現(xiàn)兩路電源的全自動轉(zhuǎn)換，即當(dāng)主電源停電或發(fā)生故障時，備用電源自動投入，主電源恢復(fù)正常時，再恢復(fù)到主機(jī)電源供電。ATS配電柜不僅可以實(shí)現(xiàn)市電和柴油發(fā)電機(jī)組的自動切換，也可以實(shí)現(xiàn)對觀測場自動觀測設(shè)備和業(yè)務(wù)電腦的遠(yuǎn)程供電管理操作［1］。

在一些高寒高海拔偏遠(yuǎn)地區(qū)，例如以西藏、新疆等地區(qū)為代表的艱苦臺站，主要采用太陽能供電站和小型風(fēng)能供電站的方式進(jìn)行主備份電源系統(tǒng)的建設(shè)。大功率的太陽能電源系統(tǒng)作為主供電，較低功率的太陽能發(fā)電站和小型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)則作為自動轉(zhuǎn)換或臨時備份應(yīng)急使用［2］，兩套系統(tǒng)之間也要保持無間隙的自動切換。

2.2 業(yè)務(wù)監(jiān)控和防護(hù)系統(tǒng)

山東省氣象局觀測處關(guān)于《山東省國家級地面氣象觀測站無人值守工作實(shí)施細(xì)則（試行）》的函規(guī)定氣象觀測站申請無人值守的基本條件之一是必須具備高清的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對于局站分離的臺站，還應(yīng)配備星光級超低照度攝像機(jī)，以適應(yīng)異地監(jiān)測天氣現(xiàn)象及其他重要?dú)庀笠氐臉I(yè)務(wù)需要。視頻監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置不干擾設(shè)備的信息收集，并可以完成對觀測現(xiàn)場全部設(shè)備、值班室、氣象監(jiān)測場所的實(shí)時監(jiān)控。降雪、結(jié)冰、冰雹、凝結(jié)等自然天氣現(xiàn)象和龍卷等重要的氣象活動均需要采用地面視頻監(jiān)測設(shè)備在觀測站地的視區(qū)內(nèi)輔助觀測并進(jìn)行監(jiān)測記錄。降水類天氣現(xiàn)象、視程障礙類型的天氣現(xiàn)象、雪深情況等在地面自動監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或缺測情形后，也可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)［3］測量結(jié)果和地面自動氣象觀測站的信號，對所監(jiān)測地的天氣現(xiàn)象進(jìn)行評價與質(zhì)控，并作為人工輔助信息進(jìn)行記錄。同時，需要建立在業(yè)務(wù)電腦上的平臺控制軟件，能夠完成對監(jiān)控儀器的控制以及監(jiān)控地信息的即時收集、保存與備份。另外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)還需要承擔(dān)臺站整體環(huán)境安全問題的實(shí)時監(jiān)控。

聊城市氣象局采用安之源AZY-DCMS數(shù)據(jù)中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對市局和聊城國家氣象基本站的業(yè)務(wù)機(jī)房、UPS電源［4］、空調(diào)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的實(shí)時監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備運(yùn)行管理的無人值守，極大地提高了資源利用率和設(shè)備運(yùn)行管理水平。通信供電系統(tǒng)及機(jī)房環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)，簡稱動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)是對布置在各機(jī)房的與電源箱、UPS、空調(diào)、蓄電池組等的各種動力設(shè)備，以及門電、紅外、窗破、水浸、環(huán)境溫濕度、煙感溫度等相關(guān)的設(shè)備用房狀態(tài)的各種信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、遙信、遙調(diào)和遙控等，實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的工作參數(shù)，及時檢測并解決問題，記錄分析有關(guān)信息，并對其實(shí)施集中控制和集中保護(hù)。

3 傳輸模式設(shè)計(jì)

在無人值守模式下，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，將無法保障無人值守氣象觀測站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時通暢［5］。

3.1 “主備+4G”的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式

目前無人值守的自動氣象觀測站基本均采用“一主一備+4G”的網(wǎng)絡(luò)保障傳輸模式。市、區(qū)（縣）觀測站采用雙通信線路（移動與聯(lián)通）鋪設(shè)兩個不同運(yùn)營商的互聯(lián)網(wǎng)專線，移動線路出現(xiàn)故障時可以自行轉(zhuǎn)移至聯(lián)通備用專線。雙串口服務(wù)器利用雙路光纜直達(dá)臺站值班室，并互為熱備。在兩個專線設(shè)備均發(fā)生故障時，自動啟動4G無線網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了移動、聯(lián)通和備用4G無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸相互間的自動切換，確保了無人值守情況下數(shù)據(jù)不間斷傳輸。由于傳輸模式相對穩(wěn)定，全國大部分臺站均采用此種模式。

3.2 交換機(jī)雙機(jī)設(shè)計(jì)

聊城市國家基本氣象站配置的是兩臺華三LS-5560X，將兩臺同型號的物理設(shè)備虛擬成一臺邏輯設(shè)備，邏輯和管理上看，就只是一臺設(shè)備，配置自動同步，切換快速，可同時開展業(yè)務(wù)。交換機(jī)的堆疊可以通過DAC高速線纜、光模塊或者專門用于堆疊的線纜來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

堆疊主交換機(jī)是負(fù)責(zé)管理堆疊備交換器的核心交換機(jī)，保存整個交換機(jī)堆棧的所有運(yùn)行與配置文件。使用者能夠直接透過該堆疊主交換機(jī)進(jìn)入堆疊系統(tǒng)中，并對堆疊系統(tǒng)的整個交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一分配與管理。一旦主交換機(jī)出現(xiàn)故障，堆疊系統(tǒng)便會在備交換器中選擇當(dāng)前最新的堆疊主交換機(jī)，但并不影響整個網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

4G無線路由設(shè)置，MSR2600路由器通過4G網(wǎng)絡(luò)作為備份鏈路，當(dāng)聯(lián)通和移動同時斷開時，可以通過4G網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)傳輸至省氣象局。由于無線接入控制器上可以同時執(zhí)行多種動態(tài)路由協(xié)議，就存在著不同路由協(xié)議間路由信號共享與選擇的問題。此時要給每一條路由協(xié)議都設(shè)定一條優(yōu)先權(quán)，當(dāng)不同協(xié)議都發(fā)現(xiàn)了同一條路徑時，優(yōu)先權(quán)最高的路徑就被優(yōu)先通過。此指令主要是為了確定對OSPF協(xié)議路徑的優(yōu)先權(quán)。通過選擇Route-Policy參數(shù)，可以給所指定的路徑設(shè)置優(yōu)先權(quán)。

為進(jìn)一步完善網(wǎng)絡(luò)管理，進(jìn)行實(shí)時設(shè)備工作情況的即時可視化監(jiān)測［6］，聊城市氣象局通過在市局搭建了一臺專用服務(wù)器安裝Esight軟件（Esight監(jiān)控界面如圖4所示），實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接情況和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，對網(wǎng)絡(luò)傳輸過程出現(xiàn)異常狀況進(jìn)行即時監(jiān)測報警。軟件中包括告警信息查詢、報警管理、報告規(guī)則設(shè)置、告警遠(yuǎn)程通知、手機(jī)短信息等功能，以便互聯(lián)網(wǎng)管理人員及時采取措施，恢復(fù)互聯(lián)網(wǎng)正常工作。

遠(yuǎn)程監(jiān)測人員可通過由軟件產(chǎn)生的拓?fù)鋱D查看設(shè)備的顏色、數(shù)量以及鏈路的通斷狀況等，掌握各物理裝置的工作狀態(tài)，從而完成對各物理裝置的監(jiān)測，進(jìn)行快速定位并處理故障。

4 臺站完善應(yīng)急保障措施

臺站無人值守是業(yè)務(wù)高效運(yùn)行必然結(jié)果，其目的是要在科技的輔助下達(dá)到氣象觀測站安全、運(yùn)行減人增效，但并不是真的“無人”，個別觀測項(xiàng)目仍需值班人員參與觀測［7］。無人值守一方面有助于業(yè)務(wù)人員脫離煩瑣的數(shù)據(jù)監(jiān)控，但另一方面要求其進(jìn)行數(shù)據(jù)的保障和應(yīng)用分析，對業(yè)務(wù)人員提出了更高的素質(zhì)要求。

業(yè)務(wù)人員要嚴(yán)格按照氣象觀測無人值守業(yè)務(wù)工作流程進(jìn)行日常的監(jiān)控和操作，熟練使用各項(xiàng)軟硬件設(shè)備。市、區(qū)（縣）局和臺站要根據(jù)實(shí)際情況，針對無人值守下可能出現(xiàn)的各種問題和保障、維護(hù)、維修措施制定規(guī)范化的操作守則和要求［8］，并在今后的實(shí)際工作中不斷完善。

在專業(yè)能力方面，業(yè)務(wù)人員除了必須具備良好的地面觀測理論和儀器設(shè)備保養(yǎng)維修能力外，還必須具備服務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)故障排除能力。當(dāng)?shù)孛嫣綔y地點(diǎn)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸故障時，必須能夠使用基本的互聯(lián)網(wǎng)指令完成故障的排查，確保以最快的速度查找問題節(jié)點(diǎn)，保證氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性、準(zhǔn)確性。

實(shí)施無人值守后，對于某些通過軟件或者遠(yuǎn)程操控?zé)o法解決的問題，仍然需要業(yè)務(wù)人員臨時到崗到位，及時排除故障，并在短時間內(nèi)恢復(fù)人工值守狀態(tài)。

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收稿日期：2023-02-03

基金項(xiàng)目：聊城市氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“稱重式降水傳感器現(xiàn)場校準(zhǔn)系統(tǒng)”（2022Lcqx05）。

作者簡介：宋波（1993—），男，碩士，助理工程師，研究方向：氣象信息技術(shù)及綜合裝備保障。