10. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ СБОРА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

аппаратно-программный комплекс для выполнения автоматических измерений ряда метеорологических величин, состоящий из датчиков, контроллера (логгера), ПК и модуля подсистемы низовой связи, в котором предусмотрена возможность визуального отображения результатов измерений для их контроля и ручного ввода визуально наблюдаемых величин (характеристик).

Автоматическая метеорологическая станция ( АМС) – аппаратно-

программный комплекс, предназначенный для полностью автоматических измерений ряда метеорологических величин, состоящий из датчиков, контроллера (логгера) и модуля подсистемы низовой связи.

Автоматизированный метеорологический комплекс (АМК) и Автоматизированный актинометрический комплекс (ААК) представляют собой измерительно-информационные системы, каждая из которых состоит из двух подсистем.

Первая из них осуществляет с помощью датчиков преобразование физических измеряемых величин (температуры, влажности, скорости и направления ветра, прямой, рассеянной, суммарной радиации и др.) в электрические сигналы, поступающие на вход устройства, называемого либо контроллером, либо логгером, либо коллектором. В нем выполняется попеременная подача электрических сигналов с датчиков на вход измерительного узла и преобразование результата измерения в последовательность электрических прямоугольных импульсов, разделенных различными промежутками времени. Закодированные таким образом числа соответствуют значениям физической величины, воздействующей на датчик.

Вторая подсистема на базе ПК осуществляет обработку принятых ею чисел по заложенной в нее программе, управление устройствами связи, формирование сообщений, отображение на экране монитора значений измеренных и вычисленных величин в цифровой или графической форме, управление вводом данных, поступающих от наблюдателя через клавиатуру или манипулятор («мышку»).

Оба комплекса (АМК, ААК) связаны друг с другом линией связи, состоящей из двух свитых проводов.

Оборудование первой подсистемы размещается на метеоплощадке, а второй – в служебном помещении. Оборудование АМК, ААК, размещаемое на метеоплощадке, представлено на рис. 10.1.

Датчик скорости /направления ветра

Устройство связи (возможное расположение)

Мачта с грозозащитой

Контроллер в корпусе

К источнику питания

К ПК наблюдателя

Датчик температуры поверхности почвы

Датчик температуры почвы

на глубине узла кущения

Рис. 10.1. Оборудование АМК, размещаемое на метеоплощадке

Такая система обеспечена надежными современными средствами двусторонней связи с центром сбора данных (ЦСД). Для организации внешней связи используются как проводные (телеграфные, телефонные) так и беспроводные каналы (КВ, УКВ приемо-передатчики, сотовые, спутниковые), входящие в состав подсистем низовой связи (ПНС). Выбор вида связи для конкретной системы обусловлен прежде всего степенью обеспеченности региона, в котором она находится, средствами связи и качеством их функционирования.

Для работы обеих подсистем необходимы источники электрического питания, преобразователи, стабилизаторы и др.

Установке АМК, ААК в метеорологическом наблюдательном подразделении (МНП) должны предшествовать подготовительные мероприятия (расчистка охранной зоны, переустановка при необходимости ограды, приборов и оборудования на метеоплощадке, землеройные, ре- монтно-строительные работы и др.), выполнение которых возлагается на персонал этого подразделения или на исполнителей по найму.

Одним из важнейших подготовительных мероприятий является оценка состояния пункта наблюдений и его охранной зоны. Эта работа возлагается на начальника МНП, который должен максимально полно охарактеризовать состояние метеоплощадки и охранной зоны во всех направлениях от нее, руководствуясь требованиями руководящих доку-

ментов Росгидромета, указаниями «своей» организации наблюдательной сети (ОНС). Результаты выполненной работы направляются в ОНС.

Сказанное, прежде всего, относится к отдаленным МНП, на которых специалисты ОНС бывают нерегулярно. Полнота и достоверность информации о состоянии метеоплощадки и охранной зоны в таких наблюдательных подразделениях послужит основой для планирования ОНС необходимых мероприятий по подготовке МНП к автоматизации наблюдений.

К оценке состояния служебных зданий отдаленных поселковых наблюдательных подразделений рекомендуется привлекать житейски опытных местных жителей.

Необходимо помнить, что крайне желательным является неизменность состояния охранных зон метеоплощадок. Нельзя допускать неконтролируемого роста деревьев в них, возведения домиков, сплошных заборов, скирдования сена, соломы, полива огородов в непосредственной близости (на расстоянии менее 80-100 м) от ограды метеоплощадки.

Типовые схемы размещения приборов и оборудования на метеоплощадке размером 26 х 26 (36 х 26) и 20 х 16 м приведены на рис. 10.2

Рис. 10.2. Схема размещения нового оборудования на метеоплощадке

с полной программой наблюдений:

1 геодезический репер станции; 2,4 флюгера; 3 анеморумбометр; 5 гололедный станок; 6 будка защитная жалюзийная (БП); 7 будка защитная жалюзийная (запасная); 8, 15, 18 – снегомерные рейки; 9 – будка защитная жалюзийная для самописцев (БС);

10 дополнительный осадкомер; 11 – осадкомер; 12 -–плювиограф; 13 – запасной (высокий) столб для осадкомера; 14 – устройство для отбора проб осадков; 16 – гелиограф;

17 – испаритель ГГИ-3000; 19 – горизонтальный планшет; 20, 21 – установка для теплобалансовых наблюдений; 22 – участок для актинометрических наблюдений; 23 – участок для установки напочвенных и коленчатых термометров; 24 – участок

Рис. 10.3. Схема размещения нового оборудования на метеоплощадке

с сокращенной программой наблюдений

1 – геодезический репер станции; 2 – флюгер; 3 – анеморумбометр; 4 – гололедный станок; 5 –будка защитная жалюзийная (БП); 7 – будка защитная жалюзийная (запасная);

6, 8, 12 – снегомерные рейки; 10 – запасной (высокий) столб для осадкомера; 11 – участок для установки напочвенных и коленчатых термометров

Каждый комплект АМС должен укомплектовываться мачтами. Комплекты АМК укомплектовываются мачтами в зависимости от износа используемых метеорологических мачт. Мачта должна быть наклоняемой, выполнена из коррозионно-стойкого материала, иметь высоту 10 метров и поставляться в комплекте с оттяжками. Оттяжки должны иметь устройства для крепления к якорям.

Базовая комплектация АМК и АМС включает датчики:

- относительной влажности воздуха;

- параметров ветра (скорость и направление). Возможно подключение дополнительных датчиков:

- температуры поверхности почвы и температуры почвы на глубинах, включая глубину 3 см;

- количества и интенсивности жидких осадков (осадкомера). Комплектация ААК, выполняющего программу стандартных или

расширенных актинометрических наблюдений, включает следующие датчики:

- актинометр (пиргелиометр) – для измерения прямой солнечной радиации;

- пиранометр – для измерения суммарной, рассеянной и отраженной солнечной радиации;

- пиргеометр – для измерения приходящей и уходящей длинноволновой радиации;

- ультрафиолетметр – для измерения суммарной ультрафиолетовой радиации (A и B).

В комплект поставки входят компоненты крепежа для каждого датчика комплексов (станций).

На станциях, где устанавливается АМК, параллельно со стандартными наблюдениями по табельным СИ, измерения температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, параметров ветра, жидких осадков, а также температуры почвы (выборочно) производятся в автоматическом режиме (непрерывно).

ТрансМе т это программно-аппаратный комплекс, предназначенный для автоматизации процессов, связанных со сбором метеоинформации, ее распределением, сохранением в базах данных и предоставлением контролируемого доступа к метеоданным с рабочих мест заинтересованных потребителей. Комплекс ТрансМет имеет масштабируемую архитектуру, позволяющую на его основе организовать систему любого уровня сложности от простого АРМ для приема и печати метеосообщений и метеокарт до многоканального центра коммутации сообщений (ЦКС), интегрированного в разнородные ведомственные и общедоступные сети, и универсального Банка Метеоданных с разветвленной сетью удаленных пользователей (рис. 10.4).

ТрансМет успешно работает со следующими системами:

- авиационная метеорологическая система «Консул» (Новосибирск);

- авиационная метеорологическая система «Метео» (Ульяновск);

- абонентская система UniMAS;

- аппаратно-программный комплекс «Попугай» (радиопередачи

- аппаратно-программный комплекс ATIS.

ТрансМет-Web это сервер удаленного доступа, предназначенный для организации автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов, деятельность которых связана с анализом и обработкой оперативной метеоинформации. ТрансМет-Web позволяет пользователям персональных компьютеров получать и передавать метеоданные, пользуясь стандартным Web-браузером Internet Explorer или Netscape Navigator.

Никакого другого программного обеспечения на компьютерах пользователей не требуется.

Сети АСПД, ТГОП, AFTN

База данных метеосообщений

База данных метеокарт

Сервер удаленного доступа ТрансМет-Web

Рис. 10.4. Автоматизированные рабочие места специалистов на основе ТрансМет-Web

Сервер удаленного доступа работает на одном компьютере с банком метеоданных ТрансМет-БД и обеспечивает доступ с компьютеров метеорологов различных специализаций (синоптиков, климатологов, гидрологов, океанологов, агрометеорологов и др.) к базам данных с целью удобного поиска и быстрого получения метеосообщений, сводок станций, метеокарт и др. Пользователи ТрансМет-Web могут передавать служебные сообщения, запросы и собственную информацию сводки наблюдений, прогнозы, климатические данные, метеокарты.

Для эффективного выполнения сложных и часто повторяющихся операций предназначены специализированные АРМ (синоптика на вылетах, пользователя сети ГА и др.), возможна также разработка новых специализированных АРМ на заказ. Сервер удаленного доступа является открытой системой: его внешний вид, информационное наполнение и функциональные возможности могут изменяться и расширяться программистами (рис. 10.4).

Для обеспечения метеорологов информацией, необходимой им для выпуска своей продукции (например, составления прогнозов), сейчас приходится печатать карты и метеосообщения на бумаге, пересылать

необходимую информацию по E-mail или ftp и т.д. В случае использования технологии ТрансМет-Web пользователь сам сможет получать архивы с требуемой информацией по локальной сети или по модему. К тому же можно настроить Web-браузер на автоматический запуск программ, обрабатывающих первичные данные (синоптические, аэрологические и др.) или данные GRID/GR1B.

ТрансМет-Web использует универсальные средства контроля доступа и подсчета статистики получения и передачи метеоданных.

Система построена по принципу "клиент-сервер". Технология "кли- ент-сервер" не требует трудоемких операций по обновлению и технической поддержке ПО на рабочих местах потребителей информации. Он использует наиболее жесткие Internet-технологии защиты данных и идентификации пользователей, аналогичные используемым в электронных банковских системах. Тем самым полностью предотвращаются утечки информации и ее преднамеренное искажение.

Интерфейс пользователя ТрансМет-Web выполнен полностью на русском языке, имеет контекстно-зависимую справочную систему и многочисленные элементы, упрощающие работу пользователей (выбор метеосообщений и метеокарт по описаниям, названия аэропортов и метеостанций, персонализация настроек и др.).

ТрансМет-Web обеспечивает тесную интеграцию с ЦКС Транс- Мет-К, непосредственно работающим в глобальной системе телесвязи, позволяя прямо с рабочих мест пользователей передавать метеосообщения и метеокарты, а также получать нерегулярную информацию по мере поступления. ТрансМет-Web можно задействовать для обеспечения данными различных АРМ, работающих на том же компьютере, что и Web-браузер. Поэтому ТрансМет-Web абонентская система, реально обеспечивающая интеграцию системы телесвязи с АРМ и системами обработки метеоинформации.

Институтом радарной метеорологии разработана Региональная автоматизированная система сбора метеорологической информации АИС «Метеоцентр» с сетью станций «Погода» (рис. 10.5). АИС «Метеоцентр» служит для автоматизации сбора оперативной информации сети метеорологических станций, обработки и обобщения результатов наблюдений. АИС «Метеоцентр» получает режимную и оперативную метеорологическую информацию от наземной наблюдательной сети станций, оснащенных АИИС «Погода», либо от информационной подсистемы ИС «Погода» при традиционных стандартных средствах измерения. Программное обеспечение АИС «Метеоцентр» и АИИС «Погода» выполнено на базе Windows NT. АИС «Метеоцентр» позволяет одновременно работать с 18 каналами связи, из них до 8 каналов, комму-

тируемых АИИС «Погода», позволяет одновременно работать с 6 каналами связи, из них до 2 каналов коммутируемых.

Центральное устройство АИС «Метеоцентр» выполняет функции центра коммутации сообщений, обеспечивая своевременную доставку всей необходимой метеорологической информации до потребителей. Основной задачей АИС «Метеоцентр», размещенной в ЦГМС, является сбор данных от наземной наблюдательной сети в сроки, предусмотренные основными нормативными документами, обработка и анализ результатов наблюдений, а также передача полученной информации потребителям (рис.10.5).

Влажность «Погода» Давление

Рис. 10.5. Схема региональной автоматизированной системы сбора АИС «Метеоцентр» с сетью станций «Погода»

АИС «Метеоцентр» позволяет следить за изменениями во времени основных метеорологических величин, в том числе за опасными и неблагоприятными природными (гидрометеорологическими) явлениями благодаря непрерывному режиму приема информации, поступающей из пунктов наблюдений. Сбор оперативной и режимной информации с сети пунктов наблюдений выполняется по оптимальной для данного региона схеме с учетом наличия различных средств связи. АИС «Метеоцентр» имеет широкие возможности по обеспечению потребителей

(прежде всего прогностических организаций, административных органов и основных отраслей экономики) данными отдельных пунктов наблюдений, а также различными пространственными характеристиками состояния погоды на обслуживаемой территории.

АИС «Метеоцентр» позволяет осуществлять взаимодействие и обмен информацией с УГМС и/или с другими центрами сбора оперативной метеорологической информации сети АСПД (сеть МЕКОМ с узлами MTS, UniMAS, трансМет) по линиям связи с использованием стандартных протоколов обмена (типа ТСР/IP). Информация, поступающая в «Метеоцентр», представляется в виде карт и в табличных форматах.

АИИС «Погода» предназначена для автоматизации измерений и обработки результатов наблюдений на метеостанциях сети Росгидромета. Она состоит из центрального устройства (на базе ПЭВМ), специального программного обеспечения и комплекта датчиков (при их наличии) и включает две подсистемы: информационную и измерительную. Информационная подсистема (ИС) в отличие от других систем, входящих в автоматизированные информационно-измерительные системы, может использоваться автономно для автоматической обработки результатов наблюдений обычной метеорологической станции в режиме ручного ввода метеорологических характеристик. ИС может быть развернута в АИИС без изменения технологии преобразования данных и без замены специального программного обеспечения, при оснащении станции датчиками с цифровым выходом, рекомендованными ЦКПМ Росгидромета к использованию на сети.

АИИС «Погода» обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- прием, архивацию и отображение результатов измерений автоматическими датчиками;

- ручной ввод результатов визуальных наблюдений и измерений по стандартным приборам станции;

- контроль результатов наблюдений;

- формирование оперативных сообщений в кодах, принятых на сети Росгидромета;

- формирование справочных таблиц за сутки, месяц;

- формирование штормовых сообщений;

- формирование режимных сообщений за месяц в соответствии с «Методическими указаниями по машинной обработке и контролю данных гидрометеорологических наблюдений» (вып. 3, часть 1, раздел 1);

- передачу данных в центр сбора в стандартном формате АСПД в линию связи по одному из каналов: телеграфному каналу связи, коммутируемой телефонной линии связи, выделенной телефонной линии связи.

АИИС может использоваться как в режиме ручного ввода данных, так и при автоматическом измерении метеорологических характеристик датчиками с цифровым выходом, что позволяет производить поэтапную автоматизацию метеорологических наблюдений по мере оснащения станции датчиками нового поколения.

При необходимости результаты наблюдений могут быть распечатаны в формате стандартных книжек, а также в виде комплекта оперативных и режимных сообщений.

АИИС «Погода» прошла опытную эксплуатацию на метеорологических станциях Ростов-на-Дону и Останкино, на АМСГ Минеральных Вод, Ноябрьска и Хабаровска, принята в оперативную работу на метеорологической станции ГУЛ ПО «Маяк». На метеорологической станции Воейково (ГТО) проведены испытания автономного использования информационной части АИИС «Погода» в режиме ручного ввода результатов наблюдений по традиционным приборам.

ГИС Метео программный комплекс – выполняет прием и обработку данных, производит прогностические расчеты в пограничном слое и в свободной атмосфере, позволяет создавать любые метеорологические карты на основе данных ГСТ, сетей AFTN, Интернет и т. п. Его применение повышает оправдываемость прогнозов и снижает затраты на их подготовку.

Комплекс может быть подключен к современным узлам ГСТ, к приемным станциям спутниковых систем распространения метеоинформации SADIS, ТВ-ИНФОРМ или к Интернету. Вся обработка данных выполняется в среде Microsoft Windows и может быть распределена между несколькими компьютерами, включенными в локальную сеть.

Программный комплекс ГИС Метео состоит из геоинформационной системы, ее различных компонентов, метеорологической базы данных (МБД) реального времени, отдельных приложений, а также из многочисленных технологических средств сбора и распространения данных. ГИС Метео позволяет организовать высокоэффективную технологию оперативного гидрометеорологического обеспечения при очень малых затратах на ее эксплуатацию. Она предоставляет пользователю удобный графический интерфейс для работы с картами, графиками, диаграммами и т. д. Приложения ГИС Метео реализуют большое число расчетных методов, разработанных в организациях Росгидромета и за рубежом. При помощи различных компонентов по заранее подготовленному сценарию автоматически или по желанию пользователя в интерактивном режиме ГИС Метео подготавливает многочисленные слои информации на фоне географической карты любого масштаба. Такое совмещение слоев на экране монитора позволяет переносить абстрактную частицу в

пространстве и времени, что рождает совершенно новую технологию работы синоптика по анализу и прогнозу погоды без бумаги.

ГИС Метео успешно сертифицирована в Росгидромете и рекомендована для использования во всех его подразделениях. Технологический комплекс ГИС Метео состоит из нескольких компьютеров, объединенных в локальную сеть (рис.10.6).

В комплекс входят:

- файл-сервер, играющий роль ядра локальной сети; на нем хранятся общие файлы баз данных и программное обеспечение;

- связной компьютер, через который в систему поступает и распространяется информация (сообщения в формах ВМО, ГМС, AFTN, данные в коде ГРИБ, факсимильные карты, записи МБД, файлы и р.) и осуществляется связь с удаленными комплексами ГИС Метео;

- рабочие места метеорологов (АРМ) различной специализации: синоптики, авиационные метеорологи, климатологи, а также гидрологи, океанологи, агрометеорологи, экологи и т. д.;

- станция приема и обработки спутниковых изображений. Предусмотрено непосредственное подключение спутниковых станций фирмы СКАН и станций УРАН;

- рабочая станция для архивации и воспроизведения архивных данных;

- рабочая станция для сбора информации аэродромной метеостанции, голосового воспроизведения аэродромных сводок погоды для служб ATIS/VOLMET;

- Web-сервер для предоставления доступа внешним пользователям через Интернет;

- рабочая станция на основе спутниковых систем получения метеоинформации, таких как SADIS (Великобритания) или ТВ-ИНФОРМ (Россия): авиационные карты особых явлений, ветра и температуры, прогнозы в коде ГРИБ, аэродромные сводки МЕТАР, ТАФ, СПЕЦИ, СИГМЕТ.

Все функциональные звенья комплекса можно совмещать на одном

ПК с соответствующими ресурсами. Удаленный комплекс ГИС Метео при наличии проводного канала связи в организации Росгидрометцентра обычно состоит из двух компьютеров – АРМ и связного ПК. Удаленный комплекс можно расширить, добавив в него дополнительные рабочие места и другие функциональные звенья. При отсутствии проводной связи удаленный комплекс ГИС Метео может быть подключен к источникам оперативных метеоданных через сеть Интернет. Пользователю могут быть доступны практически все виды метеоданных, а также факсимильные карты, карты, подготовленные в Гидрометцентре России, спутниковые снимки, фронтальные анализы и другие продукты.