多要素自动气象站监控终端软件的设计与实现

多要素自动气象站监控终端软件的设计与实现

吴宇飞

江苏无线电厂有限公司210000

摘要：航空气象是保障航空安全飞行的重要基础，为进一步提高航空气象现场保障质量、确保飞行安全、减轻观测人员的劳动强度和机场气象台业务自动化水平，基于太阳能供电的自动气象站应运而生。本系统通过网口通信将空管所关心的气象要素信息及气象设备状态信息，上传至上位机进行实时监控并保存到数据库中，并通过文本、曲线和列表进行实时和历史数据的显示。本文对多要素自动气象站监控终端软件进行需求分析和详细设计，使用C#作为软件开发语言，选择MySQL作为数据库开发平台，最终在VisualStudio2010开发环境下完成了软件的实现。

关键词：自动气象站；数据监测；数据库

气象观测最初以人工观测为主，但其有先天限制，地域气候恶劣不适合人类居住，无法建立人工观测点；存在不可避免的观测误差。近年来随着电子技术以及计算机技术的高度发展，能够提供高密度和实时气象数据的自动采集、发送、存储的自动气象站已经成为气象工作者研究热点。

1多要素自动气象站监控终端软件的需求分析

多要素自动气象站监控终端软件具有以下基本功能，如下图1-1：

（1）参数配置功能，包括基础信息配置、观测场信息配置、报警阈值配置。

（2）气象信息和设备状态信息的实时的接收、处理、存储。通过网口实现和下位机的通信，实时接收下位机发送的气象信息和设备状态信息，并回传用户的查询命令给下位机。对接收到的数据按照“规范”进行质量控制、相关性检查和二次计算。将处理后的气象信息和设备状态信息实时存储到文件系统和数据库，方便系统内其他软件的查询。

（3）气象信息和设备状态信息的综合显示。能通过文字、列表、图形等方式显示气象信息、状态信息（传感器、电源设备、校时设备的状态）和当前计算机使用状况信息（cpu使用率、内存使用率，磁盘空间、网络使用率异常）。在设备出现故障（严重、一般、疑似）时，给出告警信息，并提供辅助故障诊断功能。

图1-1多要素自动气象站监控终端软件组成框图

2多要素自动气象站监控终端软件的详细设计

根据软件需求分析，确定了自动气象站监控终端软件的业务功能主要包括参数配置、通讯功能、综合显示、辅助故障诊断等功能。软件详细设计是对自动气象站监控终端软件进行架构设计和各模块的设计，然后是对整个系统进行静态建模和动态建模，针对软件的工作流程，设计好各个类，确定其功能，描述类之间的关系并讲述设计思路。

（1）软件整体架构设计。软件总体架构采用三层架构模型。界面层负责界面的显示；业务层负责业务计算；数据层负责通讯功能和数据库的访问。三个模块之间使用对象或数据集进行通信。

（2）主要类的定义。软件主要功能的实现包含一个串口通信类SocketOperate、数据操作类DealWithData和多个窗口类FormMain、FormCurveL、FormCurveList、FormEquipmentAssist、FormHistoricalData、FormQXShow、FormConfig、FormConfigAlarm、FormConfigBasic、FormConfigObserver1。

●SocketOperate类

串口通信类，负责接收下位机发送的气象信息和设备状态，同时向下位机发送用户设定的命令帧。

●DealWithData类

数据操作类，负责对接收数据进行质量控制、相关性检查和二次计算，对处理后的数据存储到文件系统并入库。

●FormMain类

主窗口类，提供主窗口界面，同时通过Panel控件绑定并加载各子窗口。主窗口左侧包含实时气象信息的文本显示及报警信息；实时及历史气象信息的曲线、图表显示；实时及历史气象信息的列表显示。主窗口右侧包含设备运行状态显示、组合供电设备状态的仪表显示、通讯数据发送、本机状态信息。

●FormCurveL类

曲线窗口类，提供动态绘制实时和历史的24小时多气象要素曲线，支持缩放查看气象信息功能，要素显示/不显示功能。

●FormCurveList类

图表窗口类，提供24小时气象要素的图表显示功能，支持根据时间查询历史气象信息的功能。

●FormEquipmentAssist类

辅助故障诊断窗口类，根据设备故障状态，为用户自动分析可能的原因以及解决步骤，方便用户及时并准确的对故障设备进行维修。同时，为用户提供设备维修记录填报功能，方便用户记录每一次的维修信息并进行上报。

●FormConfigAlarm类

报警阈值配置窗口类，配置自动气象站所含的气象观探测设备输出的气象数据的极大、极小值。若实时接收的数据超限，数据会进行闪烁报警。

●FormConfigBasic类

基础信息配置窗口类，配置机场基础信息、文件管理信息、心跳信息。

●FormConfigObserver1类

观测场信息配置窗口类，配置和观测场通信的IP和端口，观测场安装的气象观探测设备输出的气象数据的上、下限。

3多要素自动气象站监控终端软件的实现

根据多要素自动气象站监控终端软件的需求分析和详细设计，在VisualStudio2010环境下利用C#语言完成软件的开发，如下图3-1。

图3-1多要素自动气象站监控终端软件主界面

展望：

这一版本的监控终端软件主要是通过网口与下位机进行通信，针对本地段的客户机所开发的人机界面。而自动气象站正在向GPRS和北斗远程通信方向发展，在下版软件中，增加北斗通信模块，实现无线远程传输。

参考文献

[1]黄明.多要素自动气象站数据监测软件的开发[D].华中科技大学,2011.

[2]汪文忠.自动气象站数据采集系统的设计与实现[D].华中科技大学,2012.

[3]郁波.自动气象站数据传输系统设计[D].南京信息工程大学,2008.