风三地面应用系统运维辅助系统设计 

张媛媛++贾树泽++屈兴之++赵现纲++马友++田思维

摘要：风云三号气象卫星地面应用系统为卫星业务正常运行提供着可靠支撑，风云三号气象卫星资料应用越来越广泛。为提高风云三号气象卫星及地面应用系统异常发现和处理的时效性，降低运维人员的工作强度，在现有风云三号气象卫星地面应用系统的基础上，设计相应的运维辅助系统。

关键词：风云三号气象卫星；地面应用系统；运维辅助系统；系统设计

DOIDOI：10.11907/rjdk.161708

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）009006002

基金项目基金项目：国家863计划项目（2011AA12A104）

作者简介作者简介：张媛媛（1986-），女，山东枣庄人，博士，国家卫星气象中心工程师，研究方向为极轨气象卫星地面应用系统设计与运行管理。

0引言

风云三号气象卫星是我国第二代极轨气象卫星，其卫星资料已广泛应用在天气预报、气候预测、环境和自然灾害监测、农业等多个领域，为国家经济发展、社会进步作出了重要贡献[12]。

地面应用系统作为风云气象卫星工程大系统中的一个重要组成部分， 对卫星应用效益的发挥起着重要的作用[2]。一直以来，国家卫星气象中心（简称为卫星中心）承担着我国气象卫星地面应用系统的建设、运行管理和维护工作。自风云三号极轨气象卫星入轨以来，风云三号气象卫星地面应用系统（简称为风三地面应用系统）已经并正在为卫星业务的运行提供着可靠支撑。在日常运维中，运维人员利用这个系统可以准确地进行卫星资料接收质量评价、产品生成状况判断、相关异常定位以及服务器运行状态监控等。然而，这些工作仍然需要运维人员进行较复杂与繁琐的操作，尤其在数据异常、生成产品缺失、服务器文件系统状态统计时，运维人员需要在大量的后台文件中进行查找、判断与分析，往往耗费大量时间。针对以上问题，本文以日常运维为出发点，以现有风三地面应用系统为支撑，以高时效性为目标，针对当前一些需大量人工介入的运维工作，提出一种高效的运维辅助系统，对提高异常应对的时效性和降低运维人员的劳动强度具有重要意义。

1系统需求

风三地面应用系统工作流程如图1所示，运行控制系统每天定时生成运行作业时间表，自动发往计算机与网络系统的业务调度系统和国内外地面站，各站按时间表接收获取风云三号卫星资料。国内外地面站将接收到的卫星资料经译码、解包和质量检验后形成数据包文件，并通过广域网链路送到计算机与网络系统。计算机与网络系统自动启动作业调度流程，首先对各站资料进行去重复处理和质量控制，然后启动预处理生成一级产品，最后由产品生成系统生成二级产品和三级产品[34]。其中运行控制系统和计算机与网络系统都位于卫星中心。

为保证风三地面应用系统正常运行，运维人员需要了解该系统各环节的工作状态，并对某些文件进行存储，以便进行长时间序列分析，并在异常发生时能及时发现、解决，在最大程度上保证卫星产品的完整性和时效性。由于卫星中心无法直接访问国外地面站资料接收相关的服务器，所以本文只对国内地面站资料接收情况和数据包文件积压情况进行监视。

（1）卫星载荷工作状态监视。风三地面应用系统在设计中有对卫星载荷工作状态的监视，原理为监视相关参数数值是否在正常域值内，但是对于很多参数在域值范围内还具有一定特性，如具有一定变化规律，在运维工作中存在某些参数数值虽然在正常域值内，但变化规律不正常，而目前对卫星载荷工作状态的监视不涉及相关参数变化规律，常常需一级产品处理出来后才能发现卫星载荷异常，因此如果增加对相关参数变化规律的监视可进一步提高卫星异常的发现时效。

（2）地面站资料接收情况监视。风三地面应用系统国内地面站使用主备两套设备同时接收卫星资料，当主机收到的卫星资料所生成的数据包文件质量差时，则需回放备机中的数据包文件。目前，卫星中心对主备机数据包文件质量好坏的判断需查找后台，步骤相对繁琐，不仅运维的工作强度大，而且当异常发生时，繁琐的查找需花费较长时间。

（3）地面站文件积压情况监视。风三地面应用系统采用文件传输对帐单、地面传输监视页面等手段监视地面站数据包文件传输情况，但数据包文件未正常传输时，可能是网络或通信进程异常造成数据包文件积压在地面站相关服务器、地面站接收异常或卫星异常造成的数据包文件缺失等原因导致。虽然数据包文件未正常传输大多是网络或通信进程异常造成的，但是业务无小事，针对每个异常都需要人工确认原因，若能由系统自动监视地面站数据包文件积压情况，一方面可以提高网络或通信进程异常处理的时效，另一方面若系统能自动处理通信进程异常，则可大大降低运维人员的工作强度。

（4）卫星中心接收文件情况监视。在使用文件传输对帐单、地面传输监视页面等工具监视卫星中心是否收到国内外地面站传输的卫星资料时，该工具在数据包文件未按时到达或相关参数文件未正常写入等情况下则认为数据包文件没有到达卫星中心，这时需要运维人员在后台查找所有相关文件目录，确认数据包文件是否延时到达，工作量大。

（5）各级产品生成状况监视。风三地面应用系统通过监视作业流运行情况来监视产品生成情况，当某个产品发生缺失时，需人工后台定位缺失产品对应的轨道号等信息，然后根据轨道号等信息查找相关作业流确定产品缺失原因。由于很多产品每日数量很多，定位过程较复杂，所需时间较长，若系统能自动定位缺失产品，在降低工作强度的同时，更能提高异常处理的时效性。

（6）服务器文件系统使用情况监视。卫星中心运维人员每天对数据汇集、预处理、产品生成等所使用的服务器文件系统的使用情况进行统计，以便观察各文件系统使用情况变化，从而保证服务器工作状态正常，运维人员对各文件系统使用情况的统计需要在后台进行查找，工作量大。

2系统设计

针对当前运维中可以进一步提高工作效率的环节，建立相关的运维辅助系统，系统组成如图2所示。

2.1遥测数据管理子系统

该子系统是为进一步满足卫星载荷工作状态监视需求而设计。

以业务要求的正常阈值为参照标准，该子系统对遥测数据进行连续监测与特征分析，以便及时发现数据异常，将异常数据记入数据库并将异常信息发送至风云系列气象卫星关键业务监控报警系统进行报警[5]。该子系统还可以根据数据库中存储的异常数据，对遥测数据异常发生规律进行科学分析，对遥测数据异常可能引发的后续产品异常进行报警。

对遥测数据异常发生规律的具体分析如下：①数据异常分布的时间特征分析。基于历史异常数据，寻找数据异常发生的时间规律，进而在时间尺度上建立数据异常发生的概率分布；②不同遥测数据异常之间的关联特征分析。通过两种类型异常在时间规律上的相似性度量，确定一种异常发生时是否有其它异常可能发生，进而在空间尺度上建立数据异常发生的概率分布；③遥测数据异常的趋势特征分析。通过对整体遥测数据的数据特征分析，并基于所提出的数据异常的时间特征和关联性特征，分析正常数据到异常数据的发展趋势，用以预测将来可能发生的异常。

2.2地面站接收与传输管理子系统

该子系统是为了进一步满足对地面站卫星资料接收情况、地面站数据包文件积压情况的监视需求而设计，涉及的地面站只包括国内地面站。

当卫星中心收到的数据包文件异常或缺失时，可自动检查地面站相关服务器存储目录下接收的主备机数据包文件情况，对主备机数据包文件进行对比分析以便运维人员快速判断异常原因并处理。同时，定时查看地面站相关服务器传输目录下该地面站向中心所传递数据包文件的详细信息，若一段时间内该传输目录下数据包文件个数不为0且没有减少，则可判断发生了数据包文件积压，自动重启相关通信进程，以免通信进程异常导致数据包文件积压。

2.3卫星中心接收情况查询子系统

该子系统是为了进一步满足快速准确确定卫星中心是否接收到国内外地面站卫星资料而设计。该子系统根据轨道号和接收地面站站标信息，可以自动查找卫星中心相关服务器的存储目录，并自动显示在该存储目录存储下某地面站接收的某轨卫星资料所生成的所有数据包文件，如果卫星中心未收到该轨卫星资料，则显示内容为空。

2.4卫星产品管理子系统

该子系统是为了进一步满足各级产品生成状况监视的需求而设计。根据各产品特点能够自动分析各级卫星产品的生成情况，并根据产品特点自动快速判断产品是否缺失，以及缺失产品对应的轨道号等相关信息。例如可见光红外扫描辐射计云检测产品的特点是五分钟段（亦称块）[6]，即每5分钟便生成一个产品，若某个5分钟没有生成相应的产品，可判断该产品生成失败，并将缺失的产品的相关信息显示出来。

2.5服务器状态批量检测子系统

该子系统是为了进一步满足服务器文件系统使用情况监视的需求而设计。卫星中心所负责的服务器包括负责卫星资料汇集、处理和产品生成多个服务器。运维人员需每日对这些服务器文件系统状态进行统计并记录，以监视服务器文件系统状态变化，因此该子系统的功能是将运维工作所涉及到的服务器文件系统状态进行自动统计，并将统计值按约定的格式输出，从而降低运维人员工作强度。

3结语

为进一步提高对卫星、地面站接收等异常的发现和处理时效，并降低运维人员的工作负担，本文设计了风三地面应用系统运维辅助系统。该系统以风三地面应用系统已采集到的数据为基础，对关键节点的数据加入自动统计、分析、告警等功能，并设计各子系统的功能。

参考文献参考文献：

[1]范天锡. 风云三号气象卫星的特点和作用[J]. 气象科技， 2002，30（6）：321327.

[2]许健民， 钮寅生， 董超华， 等. 风云气象卫星的地面应用系统[J]. 中国工程科学， 2007，8（11）：1318.

[3]卢乃锰， 董超华， 杨忠东，等. 我国新一代极轨气象卫星（风云三号）工程地面应用系统[J]. 中国工程科学，2012，14（9）：1019.

[4]杨军， 董超华等. 新一代风云极轨气象卫星业务产品及应用[M]. 北京：科学出版社， 2010：1729.

[5]谢利子， 赵现纲， 郭强，等. 风云系列气象卫星关键业务监控报警系统的设计与实现[J]. 计算机应用， 2012，32（z2）：192195.

[6]杨军， 董超华等. 新一代风云极轨气象卫星业务产品及应用[M]. 北京：科学出版社， 2010：1729.

责任编辑（责任编辑：陈福时）