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摘要：根据青海省气象设备技术保障工作的需要，为提高自动气象站运行监控和维护维修工作的信息化、智能化水平，以青海省公共地图数据、气象业务数据为基础，采用B/S架构，使用开源OpenLayers地图引擎，采用MySQL关系数据库管理系统，采用JAVA语言开发构建了一个涵盖地图基本功能、设备运行监控、数据到报情况查询、设备维护维修管理、设备故障远程诊断、台站信息管理为一体的WebGIS系统。该系统的使用有助于提高自动气象站的运行监控和技术保障的水平和效率，从而增强对局地性中小尺度灾害天气的监测预警能力，发挥气象工作的社会效益。
关键词：自动气象站；监控；维护;青海省
1引言
自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备[1]，作为现代地面气象观测的主要手段，可对多种气象要素进行连续的实时观测，所采集的气象数据是气象部门业务运行过程中的重要数据源和重点参考对象[2]。随着我国气象现代化事业的不断发展，青海省各类气象观测设备大量建设并投入业务运行，提高了气象观测数据的准确性和地面气象资料的时间、空间密度，降低了观测员的工作强度，为各级气象部门开展气象预报预测、气候分析研究、提升防灾减灾服务能力等发挥了巨大作用。但自动气象站数量的不断增加，对气象装备部门的保障工作提出了考验，如何利用现代化的技术手段，提高自动站设备保障的能力和效率、保证设备持续可靠运行，成为保障部门急需解决的问题。计算机技术和互联网技术的发展，使得在近端实现对气象观测设备的运行监控、跟踪设备维护维修活动，开展装备信息管理和台站信息管理以达到及时响应、快速保障的目的成为气象装备保障业务发展的主要方向[3]。为了充分发挥省级气象技术保障部门的优势，挖掘市县各级保障部门的潜力，开发一套符合青海省自动气象站设备保障实际情况的自动站监控管理软件势在必行。通过该系统的建设，能够实现对全省所有自动站设备运行状态和数据的实时监控，对发现的设备异常状态或异常数据及时发出报警，第一时间告知值班人员，从而能及时发现数据异常、设备故障，达到及时维修、缩短保障时间的目的，大大提高青海省气象装备保障的能力，进而提高自动站探测数据质量，为天气预测、预报服务提供更准确及时的探测数据。
2系统设计
2.1系统设计思路
青海省自动气象站的维护管理由省市县三级人员完成，由省级气象装备保障部门主导完成。考虑到市县级业务人员的工作内容繁杂、往往身兼数职、缺乏专业分析能力等实际情况，系统的设计应尽量体现：故障处理流程化、操作方式简洁化、业务流程简单化。①故障处理流程化。为了方便进行设备故障及故障处理过程的监控，系统建立故障处理流程，从装备疑似故障开始，各级保障人员通过系统的故障处理流程，各司其职，包括故障原因诊断、故障维修处理、故障解决确认、维修记录填报等环节，均通过系统的故障处理流程进行控制，可有效地降低故障维修成本，提高工作效率。②操作方式简洁化。平台功能的操作必须简洁、明确、减少输入，系统控件采用大众化的设计，系统功能的操作简单、容易上手。③流程简单化。对于故障处理的业务流程，根据实际需要进行简化，在保证流程严谨合理的情况下，尽量简化流程环节，减轻工作人员系统使用的工作量，提高工作效率。
2.2系统的体系结构设计
系统采用开源技术构建青海省自动站维护管理系统，遵循MVC的分层设计思想，按照逻辑功能将系统体系结构划分为数据层、服务层和表示层，将数据逻辑、业务逻辑和表示逻辑分开，从而减轻服务器运行的压力，做到负载平衡。数据层是自动站维护管理系统建设的基础层，其设计和实现按照面向用户、面向服务、面向管理的要求，存储自动站设备运行监控、设备保障的各种数据，如台站信息、用户信息、设备运行监控信息、设备故障案例都等存放在这一层中。数据层负责为其上各层提供各种信息和资源，包括自动站观测数据、质控阈值参数及台站用户信息等。服务层作为系统的中间层，关注于业务规则的制定、业务流程的实现，使得数据和操作相分离。服务层主要提供数据交换处理和服务应用整合等基础的服务，包括数据诊断处理、数据筛选分类、数据库访问控制、监控信息处理等。表示层实现用户和系统之间的交互，是面向省、州/市、县三级装备保障工作人员的基本操作和管理平台，用户通过身份权限认证后登录系统，在对应于自己权限的个性化页面上进行自动站运行实时监控、故障处理、记录填报、数据查询、故障诊断等操作。
2.3数据库设计
数据库的设计是应用软件开发设计过程中的基础和关键，对软件系统的性能及结构复杂度有着很大的影响。该系统开发本着集约化原则，自动站资料采用从CIMISS（ChinaIntegratedMeteorologicalInformationServiceSystem，全国综合气象信息共享平台）气象数据统一服务接口MUSIC（MeteorologicalUnifiedServiceInterfaceCommunity）直接读取的方式，从而避免数据库的重复建设，节约了资源。MUSIC是用户从CIMISS数据环境中获取数据或产品的应用编程接口，采用瘦客户端模式。用户在进行应用程序开发时，加载客户端库文件，调用接口函数，即可完成从CIMISS调取自动站数据。本系统数据库设计的重点是设计监控信息和设备故障信息库，实现自动站监控信息和设备故障信息的存储和管理，数据库采用MySQL数据库系统进行建设。图1为数据库模型图。
3系统功能模块设计及实现
结合自动站技术保障业务的实际需求，遵循实用性、科学性、可扩展性和开放性等原则，将系统划分为五个功能模块，分别是设备运行监控模块、维护维修管理模块、故障知识库模块、故障远程诊断模块和后台管理模块。图2为系统功能结构图。
3.1设备运行监控模块
对自动气象站的运行状态进行监控，能及时发现设备故障并发出故障报警信息，自动站设备运行状态将在GIS地图上展示。模块主要功能是实现台站气象数据GIS显示、气象要素监测、气象数据查询、数据到报情况监测、异常数据监测、短信告警通知等。
（1）GIS展示模块
在GIS地图上默认显示当前所选择类型的站点在当前正点时次数据到报情况，以绿色图标表示及时报，红色图标表示缺报。用户可以通过选择站点类型和地区来切换显示某类型站点和某地区的自动站运行情况。单选切换温度异常告警，雨量异常告警，大风异常告警，可以选择显示故障站点或全部站点。当鼠标移到某个站点图标上时，基于对应标注点进行定位并弹出Popup标注，在Popup标注框中显示该站点相关信息，包括站点信息、设备信息和设备采集数据等。
（2）气象要素监测模块
气象要素监测是对各类气象站点的观测气象要素进行查询，以数据列表形式显示各站点各类气象要素值。用户可以按站点类型、区域、站点名称、站点编号、时间段以及具体时次等关键字进行查询。可以对某一要素指定阀值，大于（小于）指定阀值的站点才能展示，查询显示的站点可以按某一要素的值进行排序，如温度值从大到小（或从小到大）排序。
（3）数据到报监测
系统以时序图形式展示气象数据到报情况，每天24个时次，每个时次一个状态图标表示到报状态，绿色图标表示已到报，红色图标表示未到报，可以按区域、站点类型、时间等关键词进行查询展示，到报状态判断主要是依据通过SQL语句查询各时次数据是否入库。
3.2维护维修管理模块
对开展设备日常维护维修的过程、实施维护维修的内容录入系统以进行查询、统计，实现对自动站日常维护工作的跟踪管理；系统根据设备运行过程中产生的告警信息，通知保障人员对故障设备进行检查维修；维修人员填写故障维修记录表，按要求将拍摄的现场图片或对操作过程录制视频并上传到系统，供其他用户浏览，并可依据故障数据库进行故障次数、故障设备、故障时间等的查询统计。
3.3故障知识库
知识库主要用于指导全省技术保障人员的维护维修，协助排查和解决设备运行中出现的故障；实现故障案例的录入、查询、统计功能。故障案例既可以按设备类别、生产厂家、型号、部件等具体查询，也可以输入关键字进行模糊查询。知识库的内容包括设备的基础资料、维护操作规范、故障解决方法、维修案例等，知识库的内容辅以图片或视频的方式进行展现，力求浅显易懂，方便操作。
3.4故障远程诊断模块
省级技术保障人员通过网络连接到测试终端设备，对故障设备进行远程操作，包括数据补调、校时、设备复位、检查设置设备参数等来完成故障设备远程诊断测试，或者以音频、视屏等方式提供远程技术支持，协助现场技术人员对设备进行测试操作，实现省级技术人员远程诊断设备故障的功能。
3.5后台管理模块
实现气象台站、人员等信息的管理，主要是台站、人员信息的增加、删除、修改操作，登录人员的权限设置、日志管理、台站气象观测要素报警阈值设置等。
4结语
本文从青海省自动气象站技术保障的实际需求出发，设计和开发了“青海省自动气象站维护管理系统”。系统按照一级物理部署、三级应用访问的建设体系，将系统部署在省级装备保障部门进行日常运行维护；采用省—市/州—县三级分级管理的方式，将数据进行逻辑隔离，保障市（州）、县级业务人员关注本地自动站设备的日常运行监控及保障工作，达到数据物理共享、逻辑隔离的目的。该系统的使用一方面将有助于各级设备保障人员及时发现自动站设备故障，减少故障的响应时间，提高气象数据的可用性，另一方面，有助于提高台站对自动站设备的保障能力，减轻省级保障部门的工作压力。该系统自建成投入业务试运行以来，确实达到了提高自动站的保障效率和保障人员技术水平的目的，同时通过系统的评估统计数据可对各市（州）、县级设备保障部门的保障水平做出客观的评价，对各级保障能力的提高有积极的促进作用。
参考文献：
[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社,2003.
[2]李黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.
[3]张贵军，陈铭.WebGIS工程项目开发实践[M].北京：清华大学出版社,2016年4月.
作者:陈国强 徐泽东 代永光 单位:青海省大气探测技术保障中心
