巫喬，朱永兵，黃少忠

（韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512026）

隨著氣象現(xiàn)代化進(jìn)程的快速推進(jìn)，廣東省氣象局已經(jīng)完成了雙線偏振雷達(dá)升級(jí)改造工作，達(dá)到了提高雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量［1］、雷達(dá)定量估測降水準(zhǔn)確率［2］，進(jìn)一步提升了災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警能力和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)水平［3－5］，同時(shí)也對(duì)雷達(dá)的運(yùn)行保障和資料傳輸實(shí)效提出了更高的要求。雷達(dá)保障人員曾廣宇等［6］、巫喬等［7］、羅鳴等［8］分別在雷達(dá)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和天線伺服系統(tǒng)等典型故障處理過程作了詳細(xì)介紹，旨在積累經(jīng)驗(yàn)達(dá)到快速排除故障的目的。為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)運(yùn)行情況監(jiān)控，吳少峰等［9］利用中國移動(dòng)的郵箱完成對(duì)雷達(dá)報(bào)警信息的監(jiān)控；李建勇等［10］基于SIM卡和無線MODEN開發(fā)實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)信息提?。还狠x等［11］通過聲音和短信告警實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，但都欠缺對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)資料傳輸情況的監(jiān)控。

為提高告警及時(shí)性和實(shí)用性，并結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際，本研究通過實(shí)時(shí)提取并監(jiān)控雷達(dá)運(yùn)行告警文件和資料傳輸日志，通過穩(wěn)定、安全的4G無線通信模塊實(shí)現(xiàn)電話告警，綜合實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)資料傳輸情況的監(jiān)控和報(bào)警，對(duì)于提高雷達(dá)可用性和穩(wěn)定運(yùn)行率有積極作用。

1 系統(tǒng)需求

韶關(guān)新一代天氣雷達(dá)在2016年1月升級(jí)為雙線偏振天氣雷達(dá)，根據(jù)國家局最新下發(fā)文件要求，故障出現(xiàn)后需要在1 h內(nèi)處理并上報(bào)雷達(dá)故障情況，雷達(dá)每個(gè)體掃產(chǎn)品處理系統(tǒng)（pup）產(chǎn)品和基數(shù)據(jù)傳輸日志（bst）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸時(shí)效均為9 min，每天需上傳的雷達(dá)資料數(shù)量多、數(shù)據(jù)量大，總量可達(dá)4G，且雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行和資料采集、傳輸連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長，因此對(duì)設(shè)備故障處理和資料傳輸時(shí)效提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，臺(tái)站有雷達(dá)pup產(chǎn)品和bst標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集的聲音監(jiān)控系統(tǒng)，但欠缺雷達(dá)報(bào)警文件和資料傳輸情況的4G無線通信監(jiān)控，為避免當(dāng)數(shù)據(jù)采集成功但因?yàn)檐浖蚓W(wǎng)絡(luò)等原因造成資料傳輸失敗時(shí)，保障人員未能及時(shí)知曉，因此研究和設(shè)計(jì)該系統(tǒng)很有必要。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站的雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和資料傳輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢測，通過相關(guān)數(shù)據(jù)讀取，對(duì)返回的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析，完成設(shè)備運(yùn)行情況和資料傳輸情況的監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)檢測出雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行、資料傳輸?shù)瘸霈F(xiàn)異常時(shí)，觸發(fā)報(bào)警并通過4G無線通信模塊電話提醒值班人員。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)在雷達(dá)正常運(yùn)行和資料傳輸過程中，利用批處理方式將rda計(jì)算機(jī)報(bào)警文件（alarm）、基數(shù)據(jù)傳輸日志（Bst）和產(chǎn)品傳輸日志（archive）實(shí)時(shí)復(fù)制到指定目錄，采用應(yīng)用編程接口進(jìn)行提取，對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由相關(guān)資料傳輸檢測閾值的比較來判斷是否有設(shè)備運(yùn)行或數(shù)據(jù)傳輸存在異常情況，若有異常情況出現(xiàn)，上位機(jī)軟件通過4G無線通信模塊以電話形式通知值班人員。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作流程示意圖

3 系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)成和運(yùn)行情況

3.1 系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)成

該平臺(tái)主要由日志拷貝程序、上位機(jī)監(jiān)控程序和通訊模塊三部分構(gòu)成。在運(yùn)行平臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過批處理（間隔2 min執(zhí)行一次）將目標(biāo)計(jì)算機(jī)的相關(guān)log日志（alarm、pup、bst3類文件）復(fù)制到指定監(jiān)控文件夾monitor中，通過對(duì)指定目錄文件定期掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)運(yùn)行情況和資料傳輸監(jiān)控的目的。

1）日志拷貝。

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)文件所在計(jì)算機(jī)的文件夾共享，在監(jiān)控運(yùn)行平臺(tái)服務(wù)器通過映射方式訪問目標(biāo)文件，再通過批處理實(shí)時(shí)復(fù)制文件到monitor文件夾的指定目錄，等待監(jiān)控掃描。

2）上位機(jī)監(jiān)控模塊。

（1）報(bào)警日志文件alarm為雷達(dá)系統(tǒng)工作異常時(shí)RDASC觸發(fā)生成的文件，并記錄在報(bào)警的alarm.log文件中。系統(tǒng)模塊通過對(duì)Monitor文件夾中的alarm文件夾進(jìn)行定期（5 min）掃描，當(dāng)alarm文件夾出現(xiàn)alarm.log文件且生成時(shí)間小于10 min時(shí)判定雷達(dá)有報(bào)警出現(xiàn)，觸發(fā)監(jiān)控報(bào)警，并記錄在監(jiān)控模塊log日志中。

（2）雷達(dá)產(chǎn)品資料通過pup軟件以ftp方式向省局服務(wù)器傳輸，每個(gè)體掃上傳36種產(chǎn)品，傳輸日志記錄在archive.log文件中。模塊通過對(duì)Monitor文件夾中的pup文件夾進(jìn)行定期（5 min）掃描，當(dāng)文件夾中的archive1.log沒有生成時(shí)，或文件中的最新一行傳輸日志時(shí)間和計(jì)算機(jī)時(shí)間比較相差8 min或檢測出現(xiàn)failed字樣時(shí)，檢測認(rèn)定雷達(dá)pup產(chǎn)品傳輸出現(xiàn)異常，觸發(fā)監(jiān)控報(bào)警，并記錄在log日志中。

（3）雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)資料通過RDASC軟件傳輸，傳輸日志記錄在流傳輸Bst.log文件中。模塊通過對(duì)Monitor文件夾中的bst文件夾進(jìn)行定期（5 min）掃描，當(dāng)文件夾中的bst.log文件的最新一行傳輸日志時(shí)間和計(jì)算機(jī)時(shí)間比較相差8 min，檢測認(rèn)定雷達(dá)pup產(chǎn)品傳輸出現(xiàn)異常，觸發(fā)監(jiān)控報(bào)警，并記錄在log日志中。

3）通信模塊介紹。

觸發(fā)監(jiān)控報(bào)警后，自動(dòng)撥打值班人員電話，目前市面上主流的API電話提醒平臺(tái)的來點(diǎn)號(hào)碼不固定，而且容易被手機(jī)誤報(bào)成騷擾電話屏蔽，因此采用無線4G通信模塊來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電話通知的功能。通過對(duì)log文件進(jìn)行邏輯判斷設(shè)備運(yùn)行和資料傳輸是否出現(xiàn)異常，電腦通過AT指令控制通信模塊運(yùn)行，模塊運(yùn)行流程圖如圖2所示。

圖2 模塊運(yùn)行流程示意圖

通信模塊監(jiān)控代碼如下：

為響應(yīng)使用國產(chǎn)芯片主流號(hào)召，設(shè)計(jì)采用國產(chǎn)芯片，型號(hào)為 Air724UG，對(duì)比進(jìn)口芯片Sim7600，更加的穩(wěn)定、安全和低成本。考慮到模塊在射頻發(fā)射時(shí)通常會(huì)在電源上產(chǎn)生電源電壓跌落現(xiàn)象，根據(jù)模塊用戶使用手冊(cè)描述，在VBAT輸入端并聯(lián)一個(gè)低ESR的鉭電容和濾波電容，讓模塊電路運(yùn)行更加穩(wěn)定。同時(shí)為了盡可能減小設(shè)備的體積，模塊外殼采用3D打印技術(shù)，選擇PLA聚乳酸塑料材料，該材料具有良好的拉伸強(qiáng)度和高剛度比，模塊成品尺寸為5 cm×5 cm×1.5 cm，體積較小，sim卡采用目前主流的nanosim卡，設(shè)計(jì)圖和實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 模塊設(shè)計(jì)圖（a）和實(shí)物圖（b）

3.2 運(yùn)行界面介紹

打開監(jiān)控軟件，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖4所示，填寫相關(guān)參數(shù)，然后點(diǎn)擊“打開串口”，軟件將會(huì)對(duì)通信模塊自檢，測試模塊上線狀況和信號(hào)強(qiáng)度（自檢每半分鐘進(jìn)行一次），自檢成功后，可以點(diǎn)擊“電話測試”對(duì)電話進(jìn)行撥打測試，點(diǎn)擊“開始監(jiān)控”即可開始運(yùn)行工作。

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行界面

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

2022年1月開始，該系統(tǒng)安裝到韶關(guān)天氣雷達(dá)站進(jìn)行不間斷業(yè)務(wù)運(yùn)行測試，通過測試該監(jiān)控平臺(tái)各模塊均能正常使用。實(shí)際測試與應(yīng)用情況表明，該平臺(tái)能提醒值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)設(shè)備故障和資料傳輸異常情況，并能通過報(bào)警日志初步定位設(shè)備異常原因，有效提升了臺(tái)站設(shè)備保障時(shí)效和業(yè)務(wù)質(zhì)量。系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行期間對(duì)雷達(dá)出現(xiàn)的異常情況均能及時(shí)告警，無漏報(bào)情況，并詳細(xì)介紹兩個(gè)典型報(bào)警案例。

例1：雷達(dá)保障人員在2022年3月14日10：15（北京時(shí)，下同）收到告警電話，日志顯示為pup資料傳輸Failed，保障人員發(fā)現(xiàn)是因?yàn)閜up和rpg服務(wù)器連接失敗，導(dǎo)致未正常生成pup產(chǎn)品，在通過重啟pup軟件后恢復(fù)正常，通過查看傳輸日志，發(fā)現(xiàn)僅僅丟失10：13到10：18之間的資料。

例2：雷達(dá)保障人員在2022年4月13日22：39收到電話報(bào)警，日志顯示在22：36出現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射機(jī)過溫報(bào)警，保障人員檢查發(fā)現(xiàn)報(bào)警原因是機(jī)房空調(diào)自保停機(jī)導(dǎo)致，經(jīng)處理后恢復(fù)正常。此類報(bào)警雷達(dá)不會(huì)停機(jī)，不影響資料采集和傳輸，但若長時(shí)間不處理會(huì)造成雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障等嚴(yán)重后果。

本研究通過對(duì)CINRAD／SAD型天氣雷達(dá)運(yùn)行和資料傳輸流程環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，通過讀取和解析相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站的雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和資料傳輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢測，完成設(shè)備運(yùn)行情況和資料傳輸情況的監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)檢測出設(shè)備運(yùn)行異?；蛸Y料傳輸異常時(shí)，觸發(fā)報(bào)警電話提醒保障人員及時(shí)處理，并通過log日志記錄初步定為異常原因。

對(duì)比郵箱和短信告警，本研究監(jiān)控告警選擇使用國產(chǎn)4G無線通信模塊，該功能不受網(wǎng)絡(luò)中斷等情況影響，提高了監(jiān)控時(shí)效性和實(shí)用性，運(yùn)行安全穩(wěn)定。在雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行和資料傳輸出現(xiàn)異常后能及時(shí)有效提醒保障人員處理，對(duì)其他雷達(dá)臺(tái)站實(shí)際可行且具有推廣意義。