風三地面應用系統運維輔助系統設計 

張媛媛++賈樹澤++屈興之++趙現綱++馬友++田思維

摘要：風云三號氣象衛星地面應用系統為衛星業務正常運行提供著可靠支撐，風云三號氣象衛星資料應用越來越廣泛。為提高風云三號氣象衛星及地面應用系統異常發現和處理的時效性，降低運維人員的工作強度，在現有風云三號氣象衛星地面應用系統的基礎上，設計相應的運維輔助系統。

關鍵詞：風云三號氣象衛星；地面應用系統；運維輔助系統；系統設計

DOIDOI：10.11907/rjdk.161708

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）009006002

基金項目基金項目：國家863計劃項目（2011AA12A104）

作者簡介作者簡介：張媛媛（1986-），女，山東棗莊人，博士，國家衛星氣象中心工程師，研究方向為極軌氣象衛星地面應用系統設計與運行管理。

0引言

風云三號氣象衛星是我國第二代極軌氣象衛星，其衛星資料已廣泛應用在天氣預報、氣候預測、環境和自然災害監測、農業等多個領域，為國家經濟發展、社會進步作出了重要貢獻[12]。

地面應用系統作為風云氣象衛星工程大系統中的一個重要組成部分， 對衛星應用效益的發揮起著重要的作用[2]。一直以來，國家衛星氣象中心（簡稱為衛星中心）承擔著我國氣象衛星地面應用系統的建設、運行管理和維護工作。自風云三號極軌氣象衛星入軌以來，風云三號氣象衛星地面應用系統（簡稱為風三地面應用系統）已經并正在為衛星業務的運行提供著可靠支撐。在日常運維中，運維人員利用這個系統可以準確地進行衛星資料接收質量評價、產品生成狀況判斷、相關異常定位以及服務器運行狀態監控等。然而，這些工作仍然需要運維人員進行較復雜與繁瑣的操作，尤其在數據異常、生成產品缺失、服務器文件系統狀態統計時，運維人員需要在大量的后臺文件中進行查找、判斷與分析，往往耗費大量時間。針對以上問題，本文以日常運維為出發點，以現有風三地面應用系統為支撐，以高時效性為目標，針對當前一些需大量人工介入的運維工作，提出一種高效的運維輔助系統，對提高異常應對的時效性和降低運維人員的勞動強度具有重要意義。

1系統需求

風三地面應用系統工作流程如圖1所示，運行控制系統每天定時生成運行作業時間表，自動發往計算機與網絡系統的業務調度系統和國內外地面站，各站按時間表接收獲取風云三號衛星資料。國內外地面站將接收到的衛星資料經譯碼、解包和質量檢驗后形成數據包文件，并通過廣域網鏈路送到計算機與網絡系統。計算機與網絡系統自動啟動作業調度流程，首先對各站資料進行去重復處理和質量控制，然后啟動預處理生成一級產品，最后由產品生成系統生成二級產品和三級產品[34]。其中運行控制系統和計算機與網絡系統都位于衛星中心。

為保證風三地面應用系統正常運行，運維人員需要了解該系統各環節的工作狀態，并對某些文件進行存儲，以便進行長時間序列分析，并在異常發生時能及時發現、解決，在最大程度上保證衛星產品的完整性和時效性。由于衛星中心無法直接訪問國外地面站資料接收相關的服務器，所以本文只對國內地面站資料接收情況和數據包文件積壓情況進行監視。

（1）衛星載荷工作狀態監視。風三地面應用系統在設計中有對衛星載荷工作狀態的監視，原理為監視相關參數數值是否在正常域值內，但是對于很多參數在域值范圍內還具有一定特性，如具有一定變化規律，在運維工作中存在某些參數數值雖然在正常域值內，但變化規律不正常，而目前對衛星載荷工作狀態的監視不涉及相關參數變化規律，常常需一級產品處理出來后才能發現衛星載荷異常，因此如果增加對相關參數變化規律的監視可進一步提高衛星異常的發現時效。

（2）地面站資料接收情況監視。風三地面應用系統國內地面站使用主備兩套設備同時接收衛星資料，當主機收到的衛星資料所生成的數據包文件質量差時，則需回放備機中的數據包文件。目前，衛星中心對主備機數據包文件質量好壞的判斷需查找后臺，步驟相對繁瑣，不僅運維的工作強度大，而且當異常發生時，繁瑣的查找需花費較長時間。

（3）地面站文件積壓情況監視。風三地面應用系統采用文件傳輸對帳單、地面傳輸監視頁面等手段監視地面站數據包文件傳輸情況，但數據包文件未正常傳輸時，可能是網絡或通信進程異常造成數據包文件積壓在地面站相關服務器、地面站接收異?；蛐l星異常造成的數據包文件缺失等原因導致。雖然數據包文件未正常傳輸大多是網絡或通信進程異常造成的，但是業務無小事，針對每個異常都需要人工確認原因，若能由系統自動監視地面站數據包文件積壓情況，一方面可以提高網絡或通信進程異常處理的時效，另一方面若系統能自動處理通信進程異常，則可大大降低運維人員的工作強度。

（4）衛星中心接收文件情況監視。在使用文件傳輸對帳單、地面傳輸監視頁面等工具監視衛星中心是否收到國內外地面站傳輸的衛星資料時，該工具在數據包文件未按時到達或相關參數文件未正常寫入等情況下則認為數據包文件沒有到達衛星中心，這時需要運維人員在后臺查找所有相關文件目錄，確認數據包文件是否延時到達，工作量大。

（5）各級產品生成狀況監視。風三地面應用系統通過監視作業流運行情況來監視產品生成情況，當某個產品發生缺失時，需人工后臺定位缺失產品對應的軌道號等信息，然后根據軌道號等信息查找相關作業流確定產品缺失原因。由于很多產品每日數量很多，定位過程較復雜，所需時間較長，若系統能自動定位缺失產品，在降低工作強度的同時，更能提高異常處理的時效性。

（6）服務器文件系統使用情況監視。衛星中心運維人員每天對數據匯集、預處理、產品生成等所使用的服務器文件系統的使用情況進行統計，以便觀察各文件系統使用情況變化，從而保證服務器工作狀態正常，運維人員對各文件系統使用情況的統計需要在后臺進行查找，工作量大。

2系統設計

針對當前運維中可以進一步提高工作效率的環節，建立相關的運維輔助系統，系統組成如圖2所示。

2.1遙測數據管理子系統

該子系統是為進一步滿足衛星載荷工作狀態監視需求而設計。

以業務要求的正常閾值為參照標準，該子系統對遙測數據進行連續監測與特征分析，以便及時發現數據異常，將異常數據記入數據庫并將異常信息發送至風云系列氣象衛星關鍵業務監控報警系統進行報警[5]。該子系統還可以根據數據庫中存儲的異常數據，對遙測數據異常發生規律進行科學分析，對遙測數據異?？赡芤l的后續產品異常進行報警。

對遙測數據異常發生規律的具體分析如下：①數據異常分布的時間特征分析?；跉v史異常數據，尋找數據異常發生的時間規律，進而在時間尺度上建立數據異常發生的概率分布；②不同遙測數據異常之間的關聯特征分析。通過兩種類型異常在時間規律上的相似性度量，確定一種異常發生時是否有其它異?？赡馨l生，進而在空間尺度上建立數據異常發生的概率分布；③遙測數據異常的趨勢特征分析。通過對整體遙測數據的數據特征分析，并基于所提出的數據異常的時間特征和關聯性特征，分析正常數據到異常數據的發展趨勢，用以預測將來可能發生的異常。

2.2地面站接收與傳輸管理子系統

該子系統是為了進一步滿足對地面站衛星資料接收情況、地面站數據包文件積壓情況的監視需求而設計，涉及的地面站只包括國內地面站。

當衛星中心收到的數據包文件異?；蛉笔r，可自動檢查地面站相關服務器存儲目錄下接收的主備機數據包文件情況，對主備機數據包文件進行對比分析以便運維人員快速判斷異常原因并處理。同時，定時查看地面站相關服務器傳輸目錄下該地面站向中心所傳遞數據包文件的詳細信息，若一段時間內該傳輸目錄下數據包文件個數不為0且沒有減少，則可判斷發生了數據包文件積壓，自動重啟相關通信進程，以免通信進程異常導致數據包文件積壓。

2.3衛星中心接收情況查詢子系統

該子系統是為了進一步滿足快速準確確定衛星中心是否接收到國內外地面站衛星資料而設計。該子系統根據軌道號和接收地面站站標信息，可以自動查找衛星中心相關服務器的存儲目錄，并自動顯示在該存儲目錄存儲下某地面站接收的某軌衛星資料所生成的所有數據包文件，如果衛星中心未收到該軌衛星資料，則顯示內容為空。

2.4衛星產品管理子系統

該子系統是為了進一步滿足各級產品生成狀況監視的需求而設計。根據各產品特點能夠自動分析各級衛星產品的生成情況，并根據產品特點自動快速判斷產品是否缺失，以及缺失產品對應的軌道號等相關信息。例如可見光紅外掃描輻射計云檢測產品的特點是五分鐘段（亦稱塊）[6]，即每5分鐘便生成一個產品，若某個5分鐘沒有生成相應的產品，可判斷該產品生成失敗，并將缺失的產品的相關信息顯示出來。

2.5服務器狀態批量檢測子系統

該子系統是為了進一步滿足服務器文件系統使用情況監視的需求而設計。衛星中心所負責的服務器包括負責衛星資料匯集、處理和產品生成多個服務器。運維人員需每日對這些服務器文件系統狀態進行統計并記錄，以監視服務器文件系統狀態變化，因此該子系統的功能是將運維工作所涉及到的服務器文件系統狀態進行自動統計，并將統計值按約定的格式輸出，從而降低運維人員工作強度。

3結語

為進一步提高對衛星、地面站接收等異常的發現和處理時效，并降低運維人員的工作負擔，本文設計了風三地面應用系統運維輔助系統。該系統以風三地面應用系統已采集到的數據為基礎，對關鍵節點的數據加入自動統計、分析、告警等功能，并設計各子系統的功能。

參考文獻參考文獻：

[1]范天錫. 風云三號氣象衛星的特點和作用[J]. 氣象科技， 2002，30（6）：321327.

[2]許健民， 鈕寅生， 董超華， 等. 風云氣象衛星的地面應用系統[J]. 中國工程科學， 2007，8（11）：1318.

[3]盧乃錳， 董超華， 楊忠東，等. 我國新一代極軌氣象衛星（風云三號）工程地面應用系統[J]. 中國工程科學，2012，14（9）：1019.

[4]楊軍， 董超華等. 新一代風云極軌氣象衛星業務產品及應用[M]. 北京：科學出版社， 2010：1729.

[5]謝利子， 趙現綱， 郭強，等. 風云系列氣象衛星關鍵業務監控報警系統的設計與實現[J]. 計算機應用， 2012，32（z2）：192195.

[6]楊軍， 董超華等. 新一代風云極軌氣象衛星業務產品及應用[M]. 北京：科學出版社， 2010：1729.

責任編輯（責任編輯：陳福時）