能见度监测系统开发模式研究

高峰侯飙薛风国赵忠凯

摘要：能见度是一种重要的气象观测要素,雾、霾等特殊天气现象引发的低能见度会对交通运输和电力供应以至于市民的日常生活产生许多不利的影响,会造成严重的灾害和经济损失。以能见度的监测为基础,构建能见度监测网络系统。

关键词：能见度；监测系统；实时监控

前言：

能见度是指目标物的能见距离,能见度是一个非常重要的气象观测要素,它反应了大气的浑池程度[3]。气象能见度与当时的天气状况密切相关,大气透明度、灯光强度等是影响气象能见度的主要因子。气象能见度过低会会影响到交通运输(尤其是航空、轮渡以及高速运输)、电力供应以至于市民的日常生活、生产,甚至影响到人们的生命财产安全。随着国民经济的高速腾飞、航空航天事业的飞速发展以及全国高速公路网的不断壮大,近年来人们对气象能见度的监测和预报的需求不断增大,要求也不断提高[6]。为了贯彻执行中国气象局气象业务现代化建设的相关要求,加速气象能见度自动监测网的现代化建设,提高对低气象能见度天气现象灾害的整体防御能力和水平,为国家经济建设、社会的发展以及人民的生命财产安全提供重要保障。因此,为提高全省交通安全气象保障能力,保障人民生命财产安全,减少和避免低能见度造成的重大交通事故,省级气象部门纷纷加快了气象能见度监测网的建设。

1能见度监测系统总体方案

1.1系统需求分析

目前全国各省气象部门使用较多的是PWD20能见度传感器,PWD20能见度传感器能够完成能见度数据的实时探测功能并可以进行简单存储,并能通过计算机串口程序采集单个能见度监测仪的数据,但是仅通过串口程序获得数据比较繁琐,而且无法提供的全省能见度监测数据和运行状态信息,不但气象应用人员应用起来比较麻烦,而且保障人员维修保障也有较大难度,所以随着气象能见度监测业务和技术保障业务工作的要求越来越高,简单的串口程序己经越来越不能满足气象能见度监测业务工作的实际需要,这就需要设计研究一个省级气象能见度监测系统,不仅要使业务人员对全省范围内各个能见度监测数据一目了然,而且要使技术保障人员能够实时查看全省气象能见度设备工作状态,实现数据的自动监测和传输,提高自动化水平,减轻业务人员劳动强度,并能提高能见度监测网运行的安全可靠性

1.2能见度监测系统设计的主要思路

由于省级能见度监测系统涉及全省范围内的气象台站,因此要体现“点”到“网”的框架性,就是以单点气象能见度监测站(能见度子站)监控管理为基础,扩展到全省能见度监测站的全网的监控、管理,而组成全省能见度监测系统。“点”:以单个能见度监测仪为基本单元,实现对其远程控制和操作,实时采集能见度监测仪釆集的数据,通讯方式以串口通信为主。“网”:在全省范围内按照一定的密度建设气象能见度监测站点,组成全省的气象能见度监测网,获取全网的气象能见度监测数据,并对全网的能见度监测站点进行监控管理和数据发布,通讯方式以气象部门内部的数据宽带专线来实现。

1.3能见度监测系统的总体方案

在省级气象能见度监测系统的设计和实现过程中,要高度关注能见度数据的来源,目的是为了控制好数据的质量,确保数据量的积累,这是省级能见度监测系统的生命和基础。省级能见度气象系统的数据来源是以气象能见度监测仪的监测数据为基础,重点建设能见度监测网络系统来获取实时的气象、交通等部门所需的气象能见度信息。省级能见度监测系统的主要功能包括:(1)能见度数据实时自动探测功能:利用高度智能化、自动化的能见度监测仪器,实时探测获得能见度数据,替代人工目测获得能见度数据;(2)能见度数据实时采集和数据传输功能:能够实时将监测仪器探测到的数据采集到本地的监控子站进行显示处理,并向能见度监控主站实时发送;(3)能见度监测数据实时处理功能:实时接收各个能见度监控子站探测数据和硬件状态数据,对接收的探测数据进行实时显示、存储、分发等处理;(4)能见度数据WEB发布功能,实现能见度数据的WEB发布以及雾霾天气现象的初步自动识别并显示。

由于系统中的数据流包括子站能见度前端的数据采集、又包括子站数据统计处理、通信传输、存储和数据库管理,还包括了各个能见度子站的监控管理以及基于C/S模式的WEB应用系统。因此将本系统设计成能见度子站子系统、能见度主站子系统、能见度WEB应用系统等三个子系统。

2能见度监测系统设计与实现

2.1系统设计概述

省级能见度监测系统通过多个子系统,完成能见度监测从上位机数据采集、上传、状态监控到服务器端数据入库以及WEB应用发布。系统硬件部分是以PWD20能见度传感器为基础的能见度监测仪上位机,通过能见度子站计算机采用数据校验容错、自动上传、自动补传等方法,实现能见度分钟数据的串口采集、校验、上传与存储。系统利用气象局内部宽带通信专线在省局信息中心搭建FTP服务器、数据库服务器、WEBGIS服务器并建设能见度采集监测应用系统。软件部分采用VB6.0编写能见度子站软件、能见度主站软件,用WEBGIS技术实现能见度监测应用系统。

2.2能见度子站系统设计与实现

省级能见度监测系统的能见度监测子系统由能见度监测仪、能见度子站计算机、通信传输系统组成。

能见度监测仪用来实现能见度数据的监测与采集,能见度子站计算机结合能见度子站软件实现能见度数据的收集与显示,并可以实时显示仪器硬件的工作状态,子站计算机与能见度监测仪的实时通信功能由串口通信来实现。

由于PWD能见度监测仪支持标准的RS-232串口数据输出,这使得其与能见度子站数据通信变得非常简单,只需要通过计算机串口通信技术就可以轻易的实现。计算机串口通信技术是一个比较简单的概念,它按照位(bit)来发送和接收字节,虽然比并行通信按字节(byte)的传输速度要慢,但是串口通信非常简单并且通信距离也比较远,并且能够使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。并行通信规定设备线总长度一般不能超过20米,而且任意两个设备间的长度也不得超过2米;而串口通信的长度可以高达1200米。这使得安装在室外观测场内的能见度传感器与数百米外观测室内的能见度子站计算机的通信通过串口数据线得以实现。典型地ASCII码字符传输就是通过串口传输。串口通信的连接线使用发送、接收、地线3根线就能完成,串口通信是异步的,端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据,其他线用于握手,但不是必须的。根据气象部门的实际情况,PWD能见度监测仪与计算机釆用RS-232串口,串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验,对于两个进行通信的端口,必须进行正确的参数配置,可通过能见度子站软件的串口通信参数设置功能来完成,具体配置实现详细见子站软件的串口通信参数设置功能模块介绍。

3结论与讨论

能见度监测系统建成后,将给能见度监测以及气象服务提供很好的依据。能见度监测系统能够实时获取多个站点的数据,且不受人为目测误差的影响,但是这要求系统的数据能够可信可用,因此很有必要将能见度监测系统的监测数据与目前气象部门业务化运行的目测能见度资料进行对比分析。

参考文献

[1]孙慧洁.能见度测量仪器综述[J].气象仪器装备,1994,1:32-40.

[2]高峰,侯飙,王伟,等.自动气象站实时数据监测及SMS报警系统[J].气象水文海洋仪器,2009,2:84-89.

[3]曾书儿,王改利.能见度的观测及其仪器[J].应用气象学报,1999,2:207-2012.

[4]胡江华,李汉斌,周建勋,等.夜间气象能见度的观测[J].南京气象学院学报,1995,18(40):584-587.

[5]陈京民等.数据仓库与数据挖掘技术[M].北京:电子工业出版社,2002:56-78.