[0001] 本申请涉及雷达监控技术领域，特别是涉及一种X波段天气雷达标准输出控制器系统。

[0002] 目前我国X波段天气雷达已基本形成较强的探测网格局，并且在临近天气预报、人工影响天气、气象防灾减灾中发挥了巨大作用，社会效益和经济效益显著，但是目前我国X波段天气雷达的应用暂时还未形成大规模组网效应，且在雷达运行管理业务中还存在不同程度的问题，导致了雷达运行过程中的状态无法监控到位，很大程度上影响了X波段天气雷达的运行稳定性和产品数据质量，同时也给气象设备保障部门和台站带来极大的运行维护阻力。同时，在无法全面掌握雷达运行过程中的状态的情况下，其自动化程度低，也就无法实现雷达无人看守的状态。

[0043] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

[0044] 我国X波段天气雷达的应用暂时还未形成大规模组网效应，且在雷达运行管理业务中还存在不同程度的问题，具体问题如下：

[0045] 1)处理X波段天气雷达数据的设备型号多、在线监测功能不完善、监测方法不统一、监测结果记录不完整；

[0046] 2)信号处理、数据处理和输出格式不一致、质量控制及管理的方法不统一；

[0047] 3)关键性能参数在线分析能力低，无法实时掌握雷达关键参数和整体性能变化情况；

[0048] 4)运行环境设备及附属设备型号繁多，没有统一监控，自动化监控程度不够；

[0049] 5)远程控制能力低，不能完全实现无人值守；

[0050] 6)缺乏统一的雷达资料上传管理方法，导致雷达数据组合利用率较低。

[0051] 发明人为了解决上述问题，提出了一种X波段天气雷达标准输出控制器系统，具体内容如下：

[0052] 参照图1和图2，示出了本发明的一种X波段天气雷达标准输出控制器系统，包括X波段天气雷达终端、系统主机单元、环境分机单元、视频分机单元、数据交换机、外部设备以及外部交互单元；

[0053] 所述X波段天气雷达终端与所述系统主机单元连接；所述系统主机单元接收所述X波段天气雷达终端传输的雷达基数据、产品数据、状态监测数据、标定数据、适配参数、告警与日志数据、在线监测点信息数据、雷达运行模式参数、在线定时标定参数、天线系统参数、发射机系统参数、接收系统参数；

[0054] 所述X波段天气雷达终端、所述环境分机单元、所述数据交换机、所述系统主机单元依次连接；所述环境分机单元用于检测所述X波段天气雷达终端的温度数据和湿度数据；所述系统主机单元用于接收所述环境分机单元通过所述数据交换机发送的所述X波段天气雷达终端的温度数据和湿度数据；

[0055] 所述外部设备、所述环境分机单元、所述数据交换机、所述系统主机单元依次连接；所述环境分机单元用于检测所述外部设备的环境参数；所述系统主机单元用于接收所述环境分机单元通过数据交换机发送的所述外部设备的环境参数；

[0056] 所述外部设备、所述视频分机单元、所述数据交换机、所述系统主机单元依次连接；所述视频分机单元通过所述外部设备采集视频数据，所述系统主机单元用于接收所述视频分机单元通过所述数据交换机发送的所述视频数据；所述外部交互单元与所述系统主机单元连接；所述外部交互单元用于向外输出信息以及用于接收外部输入信息。

[0057] 一种X波段天气雷达标准输出控制器系统简称为WRSOC-X系统，WRSOC-X系统通过建立网络通讯接口和X波段天气雷达终端计算机进行数据通信，实现雷达数据的获取和操作指令的交互，X波段天气雷达终端根据接口协议和数据要求进行定时文件推送或共享，同时接收系统发送的协议指令并完成相应的任务动作，具体的接口关系如图3。

[0058]

[0059] 接口应用层协议主要包含X波段天气雷达终端远程控制协议和雷达文件传输协议，其中与雷达远程控制通信均采用TCP/IP协议，文件传输采用FTP数据传输协议。

[0060] X波段天气雷达终端远程控制协议

[0061] 雷达控制使用UDP(用户数据报协议)网络报文方式，通信流程使用响应式，WRSOC-X客户端向雷达控制接口发送UDP报文，雷达控制接口实时响应WRSOC-X报文，响应报文包含所有状态信息如下表所示。雷达控制接口10分钟之内没有接收到WRSOC-X控制命令则自动关闭遥控控制权限。

[0062]

[0063]

[0064] 雷达文件传输协议

[0065] WRSOC-X系统与X波段天气雷达终端数据之间通过文件传输实现雷达配置参数和运行状态的在线监控和分析，以及对雷达数据正常传输、存储和上传等路径进行监控和异常提示，具体分项如下表。

[0066]

[0067] WRSOC-X系统由硬件系统和客户端系统两部分组成。硬件系统由系统主机单元、环境监控分机单元、视频监控分机单元、数据交换机、条形扫码器和短信报警器等组成，整体构造采用分布式模块化设计，做到各分系统和组件之间独立运行、互不干扰，以保障系统整体运行稳定性，同时便于后期安装、部署和维护。

[0068] 客户端系统基于B/S架构开发，主要由Web前端和服务后端组成，服务器采用Linux系统或Windows系统，数据库主要采用MySQL数据库。Web前端主要实现对应用层数据处理结果的展示、相关条件约束的设置和功能指令的人机交互过程。服务后端以处理所有系统自动检测、采集、存储、处理和分析的数据为主，同时响应Web前端用户操作请求的数据返回，以及通过数据接口对外进行数据交换和指令下发等。

[0069] 硬件系统配置

[0070] (1)系统主机

[0071] WRSOC-X系统的系统主机采用机架式工业计算机，便携轻便、满足机房环境要求。雷达监控软件安装在此计算机上，完成对运行环境参数、雷达性能参数和关键性能分析等功能，并提供WEB服务，为处于该局域网内的其他计算机提供WEB服务，便于直观快速地浏览雷达系统运行状况。系统主机配置主要部件技术指标见下表：

[0072]部件 型号/参数
CPU Intel Xeon E3-1225v5
内存 4GB
硬盘 1TB SATA
显卡 主板集成
网络 双千兆以太网
扩展接口 4个以上USB3.0接口
操作系统 Windows 10及以上操作系统

[0073] (2)环境分机单元

[0074] 环境监控分机(即环境分机单元)采用最新的中央集成处理器内核，支持最大2MB闪存或1MB双区闪存，外围包含以太网、RS232总线、RS485总线、电源模块和温湿度监控模块，使得环境监控主机可兼容以太网通信、串行通信和RS485通信，具备1个12V可控电源模块和1个5V可控电源模块，可对外提供12V/5V开关电源，温湿度监控数据可直接传输至系统主机。

[0075] (3)视频分机单元

[0076] 由视频服务器和筒式摄像头或云台摄像头(后二者选配)组成。视频服务器采用符合ONVIF、PSIA、RTSP标准及众多主流厂商的网络摄像机，支持4K高清网络视频的预览、存储与回放，支持H.265、H.264编码前端自适应接入，支持1个HDMI和1个VGA同时输出，支持4K高清分辨率输出，支持最大4路同步回放及多路同步倒放，支持2个SATA接口，支持网络检测(网络流量监控、网络抓包、网络通畅)功能，并且服务器需配备的磁盘存储容量至少为2TB。

[0077] (4)数据交换机

[0078] WRSOC-X系统采用的网络交换机提供8个10/100/1000M RJ45端口，具备每端口线速转发能力，并支持端口自动翻转(Auto MDI/MDIX)功能，提供标准交换、VLAN隔离和网络克隆三种工作模式，可以适应不同网络环境。

[0079] (5)普通空调控制器

[0080] 采用串口学习型红外遥控器，该遥控器可学习普通家用空调遥控方式和控制内容，满足远程控制需求，WRSOC-X主机通过串口模块与其进行通信，传输速率10/100Mbps。

[0081] (6)条形扫码器

[0082] 用于录入维修、更换器件进行信息，并上传信息至系统主机保存，以便于对雷达系统设备信息管理，扫码枪与WRSOC-X主机间通过网络通信。

[0083] (7)GSM短信报警器

[0084] 各部分监控分系统提示报警信息时，WRSOC-X系统主机通过网络控制GSM短信报警器向雷达相关负责人发出报警信息提示警情。

[0085] (8)其它硬件配置

[0086] 系统其它硬件及其配置内容见下表：

[0087]

[0088]

[0089] 软件系统配置

[0090] 运行本系统所需计算机软件系统的配置见下表：

[0091]

[0092] 网络通信配置

[0093] 运行本系统所需计算机通信配置下表：

[0094]传输层和网络层 采用UDP协议、FTP协议
应用层 采用HTTP协议
网络协议 TCP/IP

[0095] WRSOC-X系统功能旨在实现雷达运行状态实时监控、雷达关键参数在线监测分析、雷达远程控制、业务维护监测管理、雷达数据统一质量控制处理与输出标识、数据上传及状态实时监控、雷达数据产品监控与同步展示、环境监测与统计分析、视频监控、故障统计与分析、系统配置与管理等功能，从而达到自动化保障雷达运行维护和远程无人值守目的。

[0096] 系统主机单元包括：

[0097] 1)系统配置管理模块，用于运行监控、配置系统基础信息、管理用户、清理缓存以及为用户提供帮助；其中系统配置、用户管理和文件存储设置等功能的操作设置权限约束，管理员需要修改以上参数配置时，必须提交审核员审核批准，同时修改记录将保存至系统日志文件中。审核员可以直接进行部分参数修订操作，修订后的参数将以新的配置文件进行存储，同时修改操作的痕迹将以系统日志保存。

[0098] 2)雷达数据质控模块，用于对不同雷达产生的雷达基数据在同一质控标准下进行统一的数据质量评价，同时用于对质控后的产品形成标准业务化展示；

[0099] 3)雷达数据产品监控及展示模块，所述雷达数据产品及展示模块与所述雷达数据质控模块连接；所述雷达数据产品监控及展示模块用于反映数据质控过程是否正常、评判雷达基数据的可用性等级、以统一标准展示不同型号的雷达基数据产品；

[0100] 4)在线监测点检测模块，用于获取在线监测点信息数据，并对在线监测点进行分类显示和记录；包括监测项目、数据、指标等；支持按时间、分系统、可用、故障、正常等类别进行排序、检索、自定义时段历史查询、综合分析；也可选择多个条件进行联合检索查询并显示综合分析结果。

[0101] 5)雷达关键参数在线分析模块，用于对所述X波段天气雷达终端的雷达运行模式参数、在线定时标定参数、天线系统参数、发射机系统参数、接收系统参数进行数据数理统计分析；系统通过获取雷达状态文件记录并实时显示67项关键技术参数(部分参数如下表所示)，可按照雷达运行模式参数、在线定时标定参数、天线系统、发射机系统、接收系统类别进行检索查询、自定义时段历史查询；也可选择多个条件进行联合检索查询。且对实时变化的关键参数和定时定标参数进行分析，包括参数稳定度、是否超限，阈值的变更可通过软件升级进行。需分析的参数默认分析时长至少为参数更新周期的十倍，可根据实际业务需求进行分析时长选择。

[0102]

[0103]

[0104] 6)雷达适配参数变更监控模块，用于实时显示当前X波段天气雷达终端工作使用的适配参数、实时查询当前X波段天气雷达终端工作使用的适配参数；可监控的适配参数见配置文件格式。系统支持对可变适配参数变更的时间、变更内容、变更次数进行自定义时段历史查询、检索，也可选择多个条件进行联合检索查询，且与适配参数相关的其他处理模块可链接进入本模块。

[0105] 7)雷达远程控制模块，用于远程控制X波段天气雷达终端、远程控制电源、控制工作模式；系统与X波段天气雷达系统程序之间采用UDP通信协议，实现对雷达整机、各分系统电源通/断的远程控制、工作模式控制、本系统与雷达通信链路检查、控制日志记录等功能。雷达远程控制权限默认30分钟(可更改型)有效，若30分钟内没有用户控制操作，雷达控制器自动关闭雷达控制权限。具体雷达开机、关机流程根据各雷达厂家提供为准。

[0106] 8)痕迹处理模块，所述雷达适配参数变更监控模块与所述雷达远程控制模块均与所述痕迹处理模块连接；所述痕迹处理模块用于保存痕迹监控记录和留存操作过程，并生成操作日志；

[0107] 9)关键器件维修统计模块，用于采集雷达维修和关键部件的更换信息，并以数据格式存储和统计；系统对雷达维修和关键部件更换信息进行采集和保存，并以数据格式进行存储和统计，用户可以通过条形扫码器直接添加扫描录入更换器件的信息，具体信息内容包含时间、维修内容、器件名称、器件型号、生产厂家、所属分系统、记录人等，系统支持按时间、名称查询和统计数据，及数据导出操作。

[0108] 10)业务过程监控模块，用于采集和解析雷达标定参数文件，获得标定项目的具体表征值；系统通过采集和解析雷达标定参数文件，从而获取标定项目的具体表征值，同时，通过表征值预设指标区间进行正常判定，对表现异常的项目进行提示，并进入告警流程，并且，所有项目的表征值进入系统数据统计和分析，并以图表方式展现其变化的规律和异常超限状态，统计和分析的结果支持数据导出，也可以按照时间筛选进行分析，分析内容包含变化曲线、峰值、稳定度、方差、离散度等，且系统支持2年内数据的实时分析显示，超过2年的数据将以文件形式保存。所述业务过程监控模块通过表征值预设指标区间进行正常判定，并对表现异常的项目进行提示，同时进入告警流程；所述业务过程监控模块将所有项目的表征值进行系统数据统计和分析，同时以图表方式展现其变化的规律和异常超限状态。

[0109] 11)环境监测模块，用于接收所述环境分机单元通过数据交换机发送的所述外部设备的环境参数；系统通过环境设备网络数据接口和应用层协议获得跟外界环境监测设备之间的通讯关系，并通过指令收发实现数据的流通和相关操作，环境监测包括：UPS状态监测、空调监控、发电机监控(预留)和机房温湿度监测等。

[0110] (11-1)UPS状态监测

[0111] 系统通过网络接口实时采集UPS运行状态数据，监测并显示UPS输入源电压、频率，输出电压、频率，电流方向，电池的电压、电量和电流等信息，并显示雷达是由市电供电还是由电池供电。同时系统具备UPS状态故障警告显示功能，能及时对告警进行记录，并激发告警程序，告警历史数据可通过告警设置功能进行导出。

[0112] (11-2)空调监控

[0113] 系统通过分别通过红外控制器和网络数据接口协议实时在线采集、监测、显示普通空调和精密空调运行状态及温度和湿度值，并能具备超温自启功能(精密空调)。系统对采集到的温湿度数据能实时统计分析和本地保存，并支持按选定时间段的实时分析，数据选择时长最长为2年，同时系统提供分析后的图形和原始数据导出至Excel表格功能。

[0114] 通过接口协议，系统可以读取精密空调运行的参数、运行模式、状态信息等，以及进行远程操作控制、参数设定等。对于普通空调，也可以通过远程协议实现模式切换、温度设定、风速设定等操作功能。

[0115] (11-3)发电机监控

[0116] 系统通过网络接口实时采集发电机运行状态，当发电机处于工作状态时，系统可以实时显示发电机运行油量、油压、水温、转速、电池电压等状态数据，并通过接口协议远程控制发电机的启停功能。

[0117] (11-4)机房温湿度监测

[0118] 系统通过温湿度传感器在线实时采集、监测并记录上传机房温度、湿度，系统通过告警设置可预设机房温湿度上下限，当温湿度超限时触发告警提示，同时，系统自动对采集存储的数据进行统计分析，并支持选定时间段的温湿度实时分析显示，时间段选择最宽为2年，且分析后的图形和原始数据可导出至Excel表格中。

[0119] (11-5)发射机、天线罩温湿度监测

[0120] 系统通过雷达状态文件采集雷达发射机和天线罩的温湿度数据，通过告警设置可预设温湿度的上下限，当温湿度超限时触发告警提示，同时，系统自动对采集存储的数据进行统计分析，并支持选定时间段的温湿度实时分析显示，时间段选择最宽为2年，且分析后的图形和原始数据可导出至Excel表格中。

[0121] 12)视频监控模块，用于接收所述视频分机单元通过所述数据交换机发送的所述视频数据；系统采用海康威视视频监控系统，通过数据接口采集视频数据并进行存储，系统主界面提供视频摄像头远程操作、视频截图、视频回放、视频拍摄参数设定等操作和功能，系统通过长期存储定时截图文件，短期(1个月)存储视频流文件实现视频监控数据的留存。

[0122] 13)故障统计与分析模块，用于设置告警条件、告警等级、告警通知并进行告警监控和执行；系统各功能模块根据相应的告警条件设置、告警等级设置和告警通知设置等进行告警监控和执行。当告警条件被激发后执行相应的告警流程，并根据告警设置执行相应的告警内容和信号，告警信息以数据格式进行存储，支持查询、统计分析和数据导出等操作。

[0123] 同时系统接收来自雷达的告警日志文件，解析并获取其告警内容，并进行相应处理，告警结果和影响等级通过判定进入到主程序，进入告警流程的信息按照相应的告警路线执行相应的告警信号输出，同一告警信息在未消除或解决之前不重复告警，但须显示告警持续时间，并保持在告警数量和系统灯带的提示。经过告警确认后的告警信息重复出现时无须再次执行告警流程，只保持告警数量和系统灯带的提示，直到告警触发信号消除为止。

[0124] 系统所有告警产生的内容输出信号均由告警等级条件约束，告警等级分三级：一般、重要和严重。其中，一般性告警定义为对系统或雷达运行无直接或间接影响的变化；重要性告警定义为对系统或雷达运行产生直接或间接影响，但影响力不足以影响雷达正常业务流程；严重告警定义为对系统或雷达运行产生直接或间接影响，且影响力将会影响系统或雷达的正常数据产生、业务流程等过程。

[0125] 所述故障统计与分析模块接收所述X波段天气雷达终端发送的告警日志文件，解析并获取告警日志文件的告警内容。

[0126] 14)数据上传模块，用于将系统配置管理模块、雷达数据质控模块、雷达数据产品监控及展示模块、在线监测点检测模块、雷达关键参数在线分析模块、雷达适配参数变更监控模块、雷达远程控制模块、痕迹处理模块、关键器件维修统计模块、业务过程监控模块、环境监测模块、视频监控模块、故障统计与分析模块发送的数据传输至云平台。

[0127] 所述数据上传模块的数据传输方式如下：

[0128] 跟踪数据上传的进度和状态；

[0129] 记录上传数据的种类和大小；

[0130] 判断数据是否上传成功；当上传出现故障时，通过手动上传数据；

[0131] 上传数据的记录以格式化数据形式保存。

[0132] 本发明通过研制WRSOC-X系统实现X波段天气雷达运行状态的在线监测、数据质量控制与输出、数据资料上传状态监测、雷达关键参数的在线分析和变更监测、业务维护完成情况监测、环境及附属设备监测、故障统计与分析以及雷达远程控制等功能，实现雷达运行情况自动化监测和分析，达到无人值守的目的，同时，实现雷达数据质控标准化统一化，提升雷达数据上传的成功率，全面保障X波段天气雷达运行维护的迫切需求。

[0133] 所述外部设备包括UPS、精密空调、普通空调以及发电机；所述UPS、所述精密空调、所述普通空调以及所述发电机均与所述环境分机单元连接。

[0134] 所述视频分机单元包括视频服务器和摄像头，所述视频服务器与所述数据交换机连接，所述摄像头与所述视频服务器连接。

[0135] 所述摄像头采用筒式摄像头和/或云台摄像头。

[0136] 所述环境分机单元包括UPS状态检测模块、空调监控模块、发电机监控模块、机房温湿度检测模块以及X波段天气雷达终端温湿度检测模块；所述UPS状态检测模块与所述UPS连接；所述精密空调和所述普通空调均与所述空调监控模块连接；所述发电机监控模块与所述发电机连接；所述X波段天气雷达终端温湿度检测模块设置在所述X波段天气雷达终端的发射机与天线罩上。

[0137] 所述外部交互设备包括短信报警器和条形扫码器，所述短信报警器与所述条形扫码器均与所述系统主机单元连接；所述短信报警器用于X波段天气雷达终端和/或外部设备异常时向相关工作人员发送报警信号；所述条形扫码器用于扫描记录所述X波段天气雷达终端的更换器件。

[0138] 外接设备主要含UPS、精密空调、普通空调、发电机、视频监控设备等，WRSOC-X系统通过采用标准RS232/RS485串口与之建立通讯关系，以相应的协议获取外接设备仪表的状态及检测结果信息，并通过协议实现对设备的远程控制和参数设置，具体接口关系如图1和图2。

[0139] 接口类型及应用层协议内容如下：

[0140]

[0141] X波段天气雷达标准输出控制器系统(“控制器系统”或“WRSOC-X系统”)旨在解决目前国内X波段天气雷达型号因多样化导致的雷达数据质控方式不统一、质控要求不一致、质控结果差异化的现状，同时解决各型号X波段天气雷达存在的运行状态监测功能不完善、监测方法和结果不一致、关键运行参数在线分析能力低下、数据传输监测方法单一、业务维护过程不标准、雷达远程控制及无人值守能力不足、雷达运行环境及附属设备运行状态不能实时监控、雷达一般性故障问题无法自行处理等问题。WRSOC-X系统也将实现X波段天气雷达数据输出的标准化，为X波段天气雷达的二次产品应用和组网观测发展打好基础条件，并保障X波段天气雷达数据质量的可靠性，全面改善X波段天气雷达业务运行维护的现状，提高探测保障性工作的现代化能力。

[0142] 该控制器系统主要包括如下功能：

[0143] 1)综合分析并显示雷达整机健康性能状况；

[0144] 2)对雷达数据进行标准化质控处理和统一格式的产品输出，并监控雷达数据上传的状况；

[0145] 3)在线收集所有告警信息，综合分析并显示故障告警信息；

[0146] 4)雷达关键技术参数、在线监测点、适配参数变更痕迹、运行环境参数、附属设备运行状态参数等信息采集、在线监测、统计分析和存储等；

[0147] 5)以统一的监控软件界面显示雷达状态参数，完整记录各参数变化情况以及与之相关的关键器件性能变化情况；

[0148] 6)对监测的所有实时参数超限以及资料传输逾限告警提示；

[0149] 7)以标准化方式管理雷达维护业务过程，设置维护任务，展示维护业务的实际完成率和完成质量差异；

[0150] 8)通过故障诊断实现一般性故障的定位和解决方法提示；

[0151] 9)远程遥控实现雷达远程开关控制、运行模式控制、性能参数检查、适配参数检查、业务标定等，以满足无人值守雷达运行要求。

[0152] 10)实时监测雷达运行环境——UPS(不间断电源)、空调等状态，并对机房温湿度、发射机温湿度、天线罩温度等关键监测点设置告警门限，实时监控其环境指标的变化状况；

[0153] 11)监控并记录机房内及天线罩(如有)环境的视频影像，提供雷达运行环境安全监管功能。

[0154] 以上对本申请所提供的一种X波段天气雷达标准输出控制器系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。