基于聊城國家基本氣象站無人值守模式的探討

宋波 李楠 李雪源 王坦帥

摘 要：【目的】隨著我國氣象事業的發展，未來氣象臺站無人值守模式將逐步全面推廣實施，對現有的國家級地面氣象觀測站無人值守模式進行優化和提升非常有必要?！痉椒ā吭趯α某鞘袊一練庀笳緹o人值守模式現狀的分析基礎上，分析和探討國家氣象觀測站無人值守模式的技術方法和保障措施?！窘Y果】重點介紹了國家氣象觀測站無人值守下的保障系統和網絡傳輸設計模式，并對無人值守模式下的新要求做了分析總結?！窘Y論】無人值守并不意味地面測報不需要業務人員，而是將業務員從煩瑣的人工數據監控中解脫出來，使之轉型為業務保障、數據應用分析等綜合型人才。因此，要實現無人值守模式下臺站的長期穩定高效運行需要技術的支持，同樣離不開業務人員的努力。

關鍵詞：聊城市；
國家氣象基本站；
無人值守；
保障系統；
網絡傳輸設計模式

中圖分類號：P412.1? ? ? ? 文獻標志碼：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

隨著氣象現代化發展，我國地面自動化觀測系統形成了以臺站為基礎、省局為管理、國家局為統籌的三級綜合觀測業務組織系統模式。2016年，中國氣象局提出實施全國地面氣象觀測站無人值守試點工作，揭開了中國地面氣象觀測業務運行管理模式變革的帷幕?，F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展，但是要實現真正意義上的臺站無人值守仍需解決很多實際問題，無人值守模式的推廣仍面臨很多挑戰。2022年12月，聊城市氣象局完成了轄區內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下氣象觀測模式進行分析和探討。

1 聊城市地面氣象觀測業務現狀

2017年8月，山東省氣象局觀測處發布《山東省國家級地面氣象觀測站無人值守工作實施細則（試行）》的函及山東省國家級地面氣象觀測無人值守業務工作流程，無人值守工作在山東省國家一般氣象站開展試點，并將根據自動化推進和無人值守運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，實現無人值守應以“保證觀測業務質量”為基本前提，以“增強縣級綜合業務能力、提高業務運行保障能力、提升觀測數據質量”為宗旨，促進監測智能化發展和監測服務由觀測信息收集向工作維護、質量管理、統計分析的轉變。針對現階段中國地面氣象觀測業務的實際運行狀況，仍需要部分觀測人員同時擔負著數據收集、服務管理以及運營保障等職責。

目前，聊城市共有國家基準氣候觀測站1個，國家基本氣象觀測站7個，分布在聊城市區和下屬7個縣區，其中聊城國家基本氣象站處于局站分離但有測報業務人員值守的狀況，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個生態氣象監測站、5個GNSS/MET水汽觀測站，2個天氣雷達站共同承擔著全市綜合氣象觀測任務。市、區（縣）局業務人員通過山東省氣象信息共享平臺、綜合氣象觀測業務運行信息化平臺和山東省統一版監控運維平臺等對觀測站的傳輸情況進行實時監控，缺測信息會通過短信息的方式發送至相應的值班和管理人員的手機。聊城地面觀測站數據傳輸流程如圖1所示。

聊城國家基本氣象站位于山東省聊城市李海務辦事處，站點海拔高度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年因探測環境問題，站址由聊城市東昌府區湖南路鳳凰苑遷移至現址，目前有4名業務人員輪班進行業務值班值守。

2 業務監控和報警系統設計

2.1 供電電源系統設計

要實現臺站無人值守，設備自動化正常運行，穩定的供電是基礎。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。觀測站所有在用業務設備全部接入不間斷UPS供電電源，同時將UPS電源接入網絡系統，通過軟件進行實時的監控，以便發生故障時能自動觸發報警，及時啟動備用的發電機進行供電，當供電恢復正常時，備用發電機自動斷電，保證設備24 h不間斷的持續運行。

在備用發電機組的建設方面，根據地區差異采用不同方式的備用供電系統設計。目前主要采用的方式是以柴油發電機組為基礎，配置雙電源自動切換裝置ATS和專用的智能配電柜，ATS自動切換柜可以實現兩路電源的全自動轉換，即當主電源停電或發生故障時，備用電源自動投入，主電源恢復正常時，再恢復到主機電源供電。ATS配電柜不僅可以實現市電和柴油發電機組的自動切換，也可以實現對觀測場自動觀測設備和業務電腦的遠程供電管理操作［1］。

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

2.2 業務監控和防護系統

山東省氣象局觀測處關于《山東省國家級地面氣象觀測站無人值守工作實施細則（試行）》的函規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控系統。對于局站分離的臺站，還應配備星光級超低照度攝像機，以適應異地監測天氣現象及其他重要氣象要素的業務需要。視頻監測系統的設置不干擾設備的信息收集，并可以完成對觀測現場全部設備、值班室、氣象監測場所的實時監控。降雪、結冰、冰雹、凝結等自然天氣現象和龍卷等重要的氣象活動均需要采用地面視頻監測設備在觀測站地的視區內輔助觀測并進行監測記錄。降水類天氣現象、視程障礙類型的天氣現象、雪深情況等在地面自動監測數據出現異?；蛉睖y情形后，也可以通過視頻監控系統［3］測量結果和地面自動氣象觀測站的信號，對所監測地的天氣現象進行評價與質控，并作為人工輔助信息進行記錄。同時，需要建立在業務電腦上的平臺控制軟件，能夠完成對監控儀器的控制以及監控地信息的即時收集、保存與備份。另外，視頻監控系統還需要承擔臺站整體環境安全問題的實時監控。

聊城市氣象局采用安之源AZY-DCMS數據中心綜合監控系統，對市局和聊城國家氣象基本站的業務機房、UPS電源［4］、空調等運行狀態進行全方位的實時監控，可實現機房設備運行管理的無人值守，極大地提高了資源利用率和設備運行管理水平。通信供電系統及機房環境監視系統，簡稱動環監控系統，如圖2所示。該系統是對布置在各機房的與電源箱、UPS、空調、蓄電池組等的各種動力設備，以及門電、紅外、窗破、水浸、環境溫濕度、煙感溫度等相關的設備用房狀態的各種信息，進行遠程監視、遙信、遙調和遙控等，實時監控設備的工作參數，及時檢測并解決問題，記錄分析有關信息，并對其實施集中控制和集中保護。

3 傳輸模式設計

在無人值守模式下，如果網絡出現故障，將無法保障無人值守氣象觀測站的正常運轉，因此必須保證網絡的實時通暢［5］。

3.1 “主備+4G”的網絡傳輸模式

目前無人值守的自動氣象觀測站基本均采用“一主一備+4G”的網絡保障傳輸模式。市、區（縣）觀測站采用雙通信線路（移動與聯通）鋪設兩個不同運營商的互聯網專線，移動線路出現故障時可以自行轉移至聯通備用專線。雙串口服務器利用雙路光纜直達臺站值班室，并互為熱備。在兩個專線設備均發生故障時，自動啟動4G無線網絡通信，實現了移動、聯通和備用4G無線網絡數據傳輸相互間的自動切換，確保了無人值守情況下數據不間斷傳輸。由于傳輸模式相對穩定，全國大部分臺站均采用此種模式。

3.2 交換機雙機設計

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備虛擬成一臺邏輯設備，邏輯和管理上看，就只是一臺設備，配置自動同步，切換快速，可同時開展業務。交換機的堆疊可以通過DAC高速線纜、光模塊或者專門用于堆疊的線纜來實現，網絡拓撲結構如圖3所示。

堆疊主交換機是負責管理堆疊備交換器的核心交換機，保存整個交換機堆棧的所有運行與配置文件。使用者能夠直接透過該堆疊主交換機進入堆疊系統中，并對堆疊系統的整個交換機進行統一分配與管理。一旦主交換機出現故障，堆疊系統便會在備交換器中選擇當前最新的堆疊主交換機，但并不影響整個網絡的整體性能。

4G無線路由設置，MSR2600路由器通過4G網絡作為備份鏈路，當聯通和移動同時斷開時，可以通過4G網卡將數據傳輸至省氣象局。由于無線接入控制器上可以同時執行多種動態路由協議，就存在著不同路由協議間路由信號共享與選擇的問題。此時要給每一條路由協議都設定一條優先權，當不同協議都發現了同一條路徑時，優先權最高的路徑就被優先通過。此指令主要是為了確定對OSPF協議路徑的優先權。通過選擇Route-Policy參數，可以給所指定的路徑設置優先權。

為進一步完善網絡管理，進行實時設備工作情況的即時可視化監測［6］，聊城市氣象局通過在市局搭建了一臺專用服務器安裝Esight軟件（Esight監控界面如圖4所示），實時監測網絡設備的連接情況和網絡運行狀況，對網絡傳輸過程出現異常狀況進行即時監測報警。軟件中包括告警信息查詢、報警管理、報告規則設置、告警遠程通知、手機短信息等功能，以便互聯網管理人員及時采取措施，恢復互聯網正常工作。

遠程監測人員可通過由軟件產生的拓撲圖查看設備的顏色、數量以及鏈路的通斷狀況等，掌握各物理裝置的工作狀態，從而完成對各物理裝置的監測，進行快速定位并處理故障。

4 臺站完善應急保障措施

臺站無人值守是業務高效運行必然結果，其目的是要在科技的輔助下達到氣象觀測站安全、運行減人增效，但并不是真的“無人”，個別觀測項目仍需值班人員參與觀測［7］。無人值守一方面有助于業務人員脫離煩瑣的數據監控，但另一方面要求其進行數據的保障和應用分析，對業務人員提出了更高的素質要求。

業務人員要嚴格按照氣象觀測無人值守業務工作流程進行日常的監控和操作，熟練使用各項軟硬件設備。市、區（縣）局和臺站要根據實際情況，針對無人值守下可能出現的各種問題和保障、維護、維修措施制定規范化的操作守則和要求［8］，并在今后的實際工作中不斷完善。

在專業能力方面，業務人員除了必須具備良好的地面觀測理論和儀器設備保養維修能力外，還必須具備服務應用的網絡故障排除能力。當地面探測地點發生網絡數據傳輸故障時，必須能夠使用基本的互聯網指令完成故障的排查，確保以最快的速度查找問題節點，保證氣象數據傳輸的持續性、準確性。

實施無人值守后，對于某些通過軟件或者遠程操控無法解決的問題，仍然需要業務人員臨時到崗到位，及時排除故障，并在短時間內恢復人工值守狀態。

參考文獻：

［1］盧舟，彭柏池，趙叢麗，等.地面氣象觀測無人值守實現及保障方法研究［J］.氣象水文海洋儀器，2020，37（2）：14-18.

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［3］沈瑱，王冰梅，鄒超，等.無人值守地面氣象觀測站的設計與實現［J］.信息技術與信息化，2020（5）：212-216.

［4］吳曉，岳勇，薛培珍，等.氣象臺站無人值守存在的安全隱患及對策［J］.氣象水文海洋儀器，2022，39（1）：117-120.

［5］計舒懷.基層氣象臺站的網絡維護［J］.河南科技，2017（23）：15-16.

［6］駱世娟，盧美玲.江西省自動氣象站無人值守運行模式的問題分析［J］.氣象水文海洋儀器，2021，38（1）：112-114.

［7］覃愛金，陳韋菊，胡祖權.廣西地面氣象觀測站無人值守運行模式探討［J］.氣象研究與應用，2017，38（4）：58-61.

［8］巴晗寧，井川.淺談基層氣象臺站技術裝備保障工作存在的問題及對策［J］.數碼世界，2019（10）：286.

收稿日期：2023-02-03

基金項目：聊城市氣象局氣象科學技術研究項目“稱重式降水傳感器現場校準系統”（2022Lcqx05）。

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