CN111090131A

CN111090131A - 雨量雷达智能预警系统

Info

Publication number: CN111090131A
Application number: CN201911296014.1A
Authority: CN
Inventors: 吴礼福; 刘文涛; 巩怀永; 严帆; 吴学侃
Original assignee: Yishui Tyco Beijing Information Technology Co Ltd
Current assignee: Yishui Tyco Beijing Information Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本发明公开了一种雨量雷达智能预警系统，它包括信息采集层(1)、数据库层(2)、应用服务支撑层(3)和用户应用平台(4)，所述的信息采集层(1)收集设备运行状态、系统运行环境和数据处理流程等信息，并通过数据交换平台实现数据交换和入库；所述的数据库层(2)：实现信息存储、管理和服务；所述的应用服务支撑层(3)：提供系统运行信息统计分析、告警策略管理、告警服务和监控信息展示等服务；所述的用户应用平台(4)：提供系统运行实时监视信息、系统运行情况查询和分析，监控平台管理。本发明以雨量雷达探测降雨为核心，雨量雷达发射高频脉冲信号，借助于云、雨等的散射来测量降水目标的强度、径向速度和谱宽，最终获得一定地域范围内的高分辨率格点面雨量。

Description

雨量雷达智能预警系统

技术领域

本发明涉及的是一种智能预警系统，具体涉及一种雨量雷达智能预警系统。

背景技术

传统的降雨观测是通过翻斗雨量计、人工雨量计等设备来实现的，由于降雨具有不连续分布特性，因此雨量计布设密度必须足够大，才能有效监控降雨情况，尤其是局地强降雨发生时，如果降雨区域没有雨量计布设，无法获知强降雨信息，则很有可能带来不可估量的损失。近年来，随着科学技术的发展，出现了基于多普勒原理的雨量雷达降雨观测技术，单部雷达可以监控半径36km范围内的各个区域的面雨量，有效解决了传统雨量计观测降雨代表性不足的问题。雨量雷达降雨观测技术已逐步被行业认可和重视，目前正处于全国推广应用阶段。

雨量雷达系统由一部雷达站、四个雨滴谱监测站、一套数据接收处理系统、一套业务应用系统组成。其中雷达站由发射机、接收机、信号处理机、伺服系统、供配电系统、雷达控制终端、数据处理终端等组成，用于实现对周边云朵、雨滴、冰雹等气象目标进行实时探测，雷达站与中心站通过有线网络进行数据传输和命令交互。雨滴谱监测站由激光雨滴谱仪、数采设备、太阳能供电系统等组成，用于实现对降雨速度谱和粒径谱的监测，并以此对雷达监测数据进行标校，实现高精度降雨监测。雨滴谱监测站数据通过GPRS/4G等无线方式传送至中心站。中心站数据接收处理系统对雷达探测数据、雨滴谱数据进行分析处理，最终得到雷达监测区域的格点雨量值。业务应用系统基于每个探测周期的格点雨量进行累加，并以图形表格形式在GIS系统上进行展示，并根据需要进行洪水预报分析、山洪预警分析、城市内涝分析以及海绵城市分析应用等。

根据上述背景介绍可知，雨量雷达系统不仅涉及雨量雷达、雨滴谱监测站等复杂电子设备，还涉及数据接收、数据分析处理、业务应用等复杂软件系统；既有GPRS/4G无线通信，又有有线网络通信；有采用太阳能供电的无人值守设备，也有交流供电的大功率设备，有的甚至涉及远距离交变电传输；系统处理数据量庞大、数据流程繁杂；系统任务繁重、数据实时性要求高。

由此可见，影响雨量雷达系统数据质量和系统稳定性的环节非常多，任何一个相关环节出现问题，有可能导致系统停止运行、数据精度下降、数据不可信，还有可能导致设备受损、寿命下降、运维工作增加、运维成本昂贵。这些环节如果监控不到位，处理不及时，将导致系统运行不可靠、数据不可信、系统运维工作量大、系统运维成本高。但由于影响环节巨多，位置分散，出现问题的时间点也不确定，完全靠人工管理不太现实，因此有必要设计一种智能分析手段，实现对上述问题的自动实时预警。

目前国内已建雨量雷达系统建设尚没有实现一套运维监控系统全面监控整个雨量雷达系统，管理人员需要人工观测收集多个软硬件系统的运行数据和状态，并通过大量总结分析才能得出系统是否健壮、数据是否可信，这些分析工作对人员素质要求极高，对于没有专业对口人员的单位，存在较大挑战。

综上所述，本发明设计了一种雨量雷达智能预警系统。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种雨量雷达智能预警系统，实现对雨量雷达系统各环节进行整体监控，以便于及时发现故障、及时实施维护维修。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：雨量雷达智能预警系统，包括信息采集层、数据库层、应用服务支撑层和用户应用平台，所述的信息采集层收集设备运行状态、系统运行环境和数据处理流程等信息，并通过数据交换平台实现数据交换和入库；所述的数据库层：实现信息存储、管理和服务；所述的应用服务支撑层：提供系统运行信息统计分析、告警策略管理、告警服务和监控信息展示等服务；所述的用户应用平台：提供系统运行实时监视信息、系统运行情况查询和分析，监控平台管理。

所述的雨量雷达系统智能预警流程如下：每个时间周期内，采集基础监视信息，由FTP传输进行统一入库。根据采集到的信息进行汇总分析，进而判断运行状态“正常、告警、报错”，在监控管理平台显示，同时后台进行告警提醒，由运维人员处理报错信息。

所述的监视规则如下：

统一以绿色、黄色、红色表示监控汇总信息的状态：

1、绿色表示正常；

2、黄色表示告警，即可以运行但会影响产品生成的时间和质量；

3、红色表示报错，必须人为处理异常情况。

所述的雨量雷达系统智能预警的监视方案分为三个层级，第一层级是运行环境监视，第二层级是处理流程监视，第三层级是程序监视，监视方案制定的原则是通过“三步”操作即可定位出现的问题。

总体监控是以图形的方式展现中心机与服务器的运行状态，以中心机与服务器之间的连线表示网络连接状况。

本发明旨在对系统设备运行状况监视、流程监控、数据监控、运行环境监控、系统运行情况统计分析、错误告警提醒、发布预警功能等，具体系统内容由以下几个方面组成：

对雷达设备、雨滴谱设备运行状况进行监视；

对雨量雷达监测数据、雨量雷达监测产品等处理流程的监控；

对雨滴谱数据、雨量雷达监测数据、雨量雷达监测产品数据、面雨量产品数据、格点雨量统计分析产品数据的监控；

对系统运行环境的监控，主要包括有：计算机（CPU、进程、内存、磁盘）、网络和供电系统等；

对系统运行情况进行统计分析，针对错误情况及时告警提醒；

对局部(如城市或泥石流易发区等)出现的暴雨发布预警，生成高密度网格降雨为洪水预报系统提供高精度预报信息服务。系统也可对冰雹进行探测，实现了冰雹灾害的定性预警。

本发明具有以下有益效果：

1、利用软件工具实现实时在线自动分析，管理人员只需关注一个界面即可知系统正常与否，使用简单便利，有效解决了人工分析工作量大、工作难度大的问题。

2、系统不间断实时在线监控告警，将各类运行状态信息通过邮件或短信方式推送给管理人员，管理人员可以足不出户随时随地掌握系统状态，有利于在第一时间内发现并解决系统故障和告警，掌握暴雨预警信息，大大提高了系统运维的有效性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的系统架构图；

图2为本发明的总体监控示意图；

图3为本发明的功能模块示意图；

图4为本发明的网络拓扑图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：雨量雷达智能预警系统，包括信息采集层1、数据库层2、应用服务支撑层3和用户应用平台4，所述的信息采集层1收集设备运行状态、系统运行环境和数据处理流程等信息，并通过数据交换平台实现数据交换和入库；所述的数据库层2：实现信息存储、管理和服务；所述的应用服务支撑层3：提供系统运行信息统计分析、告警策略管理、告警服务和监控信息展示等服务；所述的用户应用平台4：提供系统运行实时监视信息、系统运行情况查询和分析，监控平台管理。

所述的监视规则如下：

统一以绿色、黄色、红色表示监控汇总信息的状态：

1、绿色表示正常；

3、红色表示报错，必须人为处理异常情况。

总体监控是以图形的方式展现中心机与服务器的运行状态，以中心机与服务器之间的连线表示网络连接状况。如图4所示：

点击任意服务器图标，可跳转到第二层级：处理流程监视。处理流程监视以列表的形式展示一台服务器配置的所有流程及流程中配置的所有任务程序。

点击流程中任意程序，可跳转到第三层级：程序监视。程序监视以列表形式展示该程序当日全部运行状态记录。并以红色标注异常运行记录。

本具体实施方式的监控内容主要包括：

1、设备运行情况监控

(1)雨滴谱工况监控

电压报表：绘制电压折线图，时间为横轴，电压为纵轴，直观展示电压数据；

电压监控告警功能：高于或低于系统预设值，则告警；

状态异常告警：镜头脏、激光器坏、校验错等。

(2)雷达工况监控

PRI状态文件是否存在：监控到PRI状态文件不存在，则告警；

数据报表：绘制发射机功率、发射机温度、接收机温度折线图，直观展示数据。

UPS定期放电状态监控。

2流程监控

(1)监视策略

监视策略分为工作模式和待机模式两种。

1、工作模式

运行环境、雨滴谱和雷达设备、程序、数据为5分钟监测一次，为确保不因数据、产品延迟而错发异常提示信息，每个小时均从整点过后十分钟开始第一次监测，若未监测到异常则休眠5分钟后再次监测；若监测到异常信息，则发出异常提示信息，休眠1小时后再次监测，若无异常，则休眠5分钟后继续监测；若有异常，则发出异常提示信息，休眠1小时后再次监测）。

2、待机模式

运行环境、雨滴谱和雷达设备、数据中的雨滴谱报文为1小时监测一次，若监测到异常，则发送异常提示信息后休眠1小时再次监测；若未监测到异常，则休眠1小时后再次监测。

(2)汇总策略

根据雨量雷达产品处理过程的特性，业务处理流程为每个5分钟处理一次，因此将流程日志汇总的执行时间划分为：00:00-00:05,00:05-00:10,00:10-00:15，….

流程的时间为：t—t+5min，汇总表中以流程的开始时间t作为流程时间。

汇总规则如下：

1)t-t+5min内，流程中所有程序都产生日志，且日志级别都是正常，则此次流程执行结果为正常；

2)t-t+5min内，流程中所有程序都产生日志，且日志最高级别为警告，则此次流程执行结果为警告，记录产品警告日志的程序；

3)t-t+5min内，流程中所有程序都产品日志，且日志最高级别为错误，则此次流程执行结果为错误，记录产品警告及错误日志的程序；

4)t-t+5min内，流程中部分程序未产生任何日志，则判定此次流程未正常执行结束，判定流程执行结果为错误。

3数据监控

(1)雨滴谱数据监控

雨滴谱报文时间跳变、反射率异常值、粒速异常值、畅通率、缺报监控；

雨滴谱PSD文件是否存在；

(2)雨量雷达监测数据监控

是否存在雨量雷达监测数据（PRH/PRV/PRW/PRZ）；

(3)雨量雷达监测产品监控

是否存在雨量雷达监测产品（PRD/DLD）；

雨量雷达监测产品内容，是否存在斑点、射线的情况；

4运行环境监控

软件环境：

监控内容：网络/磁盘/内存/进程/CPU，以直线图反映磁盘、内存、进程数，对突变情况进行直观查看。

告警策略：

1、网络状态：设定预警阈值，取一段之间内，网络为断开状态次数所占百分比，百分比大于此阈值则预警；

2、磁盘：设定预警阈值，硬盘使用百分比大于此阈值，则预警

3、内存占用：设定预警阈值，取一段时间内（20分钟）内存占用平均值，平均值大于阈值则预警；

4、进程：设定预警阈值，取一段时间内（20分钟）平均进程总数大于此阈值，则预警；

5、CPU：设定预警阈值，取一段时间内（20分钟）CPU使用平局值，平均值大于阈值则预警；

供电环境：对供电电源的监控。

本具体实施方式的运行统计分析：分类统计系统在一定时间范围内的处理结果，利用报表进行分析，统计内容包括以下方面：

(1)系统运行出错情况统计

错误类型、错误内容、出错次数、错误时间；

(2)数据存在问题情况统计

数据类型、问题描述、出错次数、出错时间。

本具体实施方式的错误告警提醒：对系统中出现的数据异常、流程异常、运行环境异常等达到预设阈值的情况进行告警提醒，告警提醒记录写入日志表中，以备查看。

本具体实施方式的参数配置中心如下：

1服务器配置

配置中心机、雷达站服务器的信息；

2流程配置

配置数据处理流程中的程序名，流程中所处的位置；

3告警模块配置

(1)用户组管理

用户组为告警信息群发功能，按照用户组进行群发。

(2)告警模板管理

指定告警模板，包含错误类型、错误原因、错误时间等内容。

(3)用户组告警模板配置

用户组告警模板对应关系配置，按照模板内容给用户组发送对应的告警内容。

(4)发送策略配置

制定提醒消息的发送策略，即时发送/定时发送等模式。

本具体实施方式的信息预警主要包括：

1、区域暴雨预警

根据累加的雷达雨量，计算特定区域的面雨量或计算特定点的雨量用于区域洪水预警，也可用于雨量对比分析。

2、冰雹预警

系统有冰雹等固态降水识别能力，根据对冰雹的识别，提前对区域进行冰雹预警。

本具体实施方式的系统出错处理设计

1、出错信息

系统采用了异常处理机制，当遇到异常时不但能够及时处理，保证程序的安全性和稳定性，而且各种出错信息能够通过弹出对话框的形式，及时告诉用户出错原因和解决方法，使用户以后能够减少错误的发生。

(1)客户端异常处理机制及实现方法

根据业务需要，定义成两大类型的异常：

业务异常：弹出框或页面上方信息提示，可以保持原来页面所显示的内容。

数据库异常: 数据库回滚，并给出相应的提示。

抛出到页面提示用户进行处理或直接在方法类里面跟进不同的错误类型做出不同形式的错误展示方式。

(2)业务逻辑层异常处理机制及实现方法

各个模块定义不同的模块异常，抛出到统一异常处理类中进行统一处理。

(3)数据存储层异常处理机制及实现方法

2、补救措施

说明故障出现后可能采取的变通措施，包括：

A. 数据库连接错误：主要是数据库设置不正确或者数据库异常引起的，检查数据库连接配置（IP、用户名、密码）即可。

B. 输入错误：用户输入不规范造成的，应在尽量减少用户出错的条件的情况下，主要通过对话框，提醒用户，然后再次操作。

C. 其他操作错误：对于用户的不正当操作，有可能是程序发生错误。主要是中止操作，并提醒用户中止的原因和操作的规范。

D. 其他不可预知的错误：对于程序不可预知的错误，不可能作出完全的异常处理，这时主要保证数据的安全，所以要经常进行数据库备份，并及时联系维修人员，以逐步完善程序。

3、系统维护设计

软件的维护主要包括：数据库的维护和软件功能的维护。

对于数据库的维护，本系统主要由管理员对数据库基本结构进行管理维护。

对于系统功能方面的维护，由于采用的是模块化的设计方法，每个模块之间相互独立性较高，这样对系统的维护带来了很大的方便。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.雨量雷达智能预警系统，其特征在于，包括信息采集层(1)、数据库层(2)、应用服务支撑层(3)和用户应用平台(4)，所述的信息采集层(1)收集设备运行状态、系统运行环境和数据处理流程等信息，并通过数据交换平台实现数据交换和入库；所述的数据库层(2)：实现信息存储、管理和服务；所述的应用服务支撑层(3)：提供系统运行信息统计分析、告警策略管理、告警服务和监控信息展示等服务；所述的用户应用平台(4)：提供系统运行实时监视信息、系统运行情况查询和分析，监控平台管理。

2.根据权利要求1所述的雨量雷达智能预警系统，其特征在于，所述的雨量雷达系统智能预警流程如下：每个时间周期内，采集基础监视信息，由FTP传输进行统一入库；根据采集到的信息进行汇总分析，进而判断运行状态“正常、告警、报错”，在监控管理平台显示，同时后台进行告警提醒，由运维人员处理报错信息。

3.根据权利要求1所述的雨量雷达智能预警系统，其特征在于，所述的雨量雷达系统智能预警的监视方案分为三个层级，第一层级是运行环境监视，第二层级是处理流程监视，第三层级是程序监视，监视方案制定的原则是通过“三步”操作即可定位出现的问题；

4.根据权利要求1所述的雨量雷达智能预警系统，其特征在于，所述的雨量雷达智能预警系统对系统设备运行状况监视、流程监控、数据监控、运行环境监控、系统运行情况统计分析、错误告警提醒、发布预警功能，具体系统内容由以下几个方面组成：

对雷达设备、雨滴谱设备运行状况进行监视；

对系统运行环境的监控，主要包括有：计算机、网络和供电系统；

对局部出现的暴雨发布预警，生成高密度网格降雨为洪水预报系统提供高精度预报信息来源；系统也可对冰雹进行探测，实现冰雹灾害的定性预警。