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“9210”八年探索之路——气象系统第一个全国大型工程 来源:中国气象报 日期:2019年11月05日10:45

  中国气象报记者 孙楠

  气象卫星综合应用业务系统工程,被老一辈气象人称为“9210”工程,是气象部门上世纪九十年代现代化建设的骨干工程,建设成果荣获国家科技进步二等奖。

  从1992年启动建设,到1999年全系统投入业务化运行,8年时间,我国气象通信能力极大提高,解决了长期以来困扰气象现代化发展的通信瓶颈问题。

  毫不夸张地说,“9210”工程实现了全国气象部门资源共享,为天气预报准确率和水平的提高打下了坚实基础。

  另辟蹊径

  摩尔斯电码问世,世界一下子变小了。

  随即就有人构想出“当风暴尚在墨西哥湾,信息就能传至密西西比”这样的应用情景。这是第一个将电报机用于气象学的建议,出现在1846年9月。很快,电磁波和电报成为现代气象业务的基石。

  回顾我国气象发展史,在模拟信号传输时代,从摩尔斯电码到电传机,再到“三报一话”,从人们带着耳机抄录数据,到能看完整的天气图,通信能力是业务发展的强劲动力。

  从上世纪80年代开始,气象部门“勒紧裤腰带也要搞现代化”,卫星云图、雷达资料、中期预报产品、数值预报都得到了前所未有的发展。

  此时的通信网络变为数字信号,传输速度从300bps增至2400bps。到上世纪80年代末,我国启动公共分组交换网,传输速度达到64K。

  即便如此,通信能力的增加依然追赶不上气象现代化的脚步,尤其是国家级的观测和预报产品,急需传递给各省(自治区、直辖市)和基层气象部门,常受到通信能力不足的困扰。

  据中国气象局预报与网络司副巡视员周林回忆,当时每天至少需要传输400M数据,如果在64K的公共网络上跑,速度太慢。况且这么大的数据,放到国家公共网上,就像大卡车开到乡间小路。

  到上世纪90年代初,我国开始尝试光通信。“但是在世界范围内,光通信技术发展路径还不清晰,能不能覆盖全国?气象业务发展能不能等得起?一系列疑问涌现出来。”周林说。

  眼下的瓶颈,把大家“逼得没办法”。最终得出的结论是,等不及国家通信建设,需要自己建;在全国铺设铜线或者光纤不可行,只能用无线手段,用卫星通信。

  在卫星发射的电波所覆盖范围内,从任何两点之间都可进行通信,且不易受陆地灾害影响。简单来说,全国2000多个台站,如果使用地面通信,需要传输2000多次,但使用卫星广播技术,传输一次,2000多个台站能够同时收听。

 

9210工程的卫星接收天线。

  前无古人

  1991年,这一构想被命名为“气象卫星综合应用业务系统”。它在第七届全国人民代表大会第四次会议上被明确列为《国民经济和社会发展十年规划和第八个五年计划纲要》中的气象部门发展任务之一。国家计划委员会1992年10月批准工程项目建议书。“9210”的工程编号由此而来。

  事非经过不知难。那个年代,“9210”工程没有一条可以照着走的道路。

  卫星通信技术不算成熟,工程专家组先做科学试验,再确定总方案。试验系统选在武汉和山西,分别代表区域中心和省级气象部门,顺便摸索出如何通过工程带动现代化发展。

  很多细节都是前所未有的挑战。

  比如使用C波段还是Ku波段,专家组掀起了一轮又一轮的讨论——地面无线通信使用微波,和卫星C波段重叠,会对卫星接收站造成干扰,但C波段技术相对成熟;Ku波段能够解决干扰问题,接收站尺寸还能小一点,但遇到恶劣天气,会出现雨衰(因降雨导致微波信号减弱)。为此专家组做了大量试验,测试何时会出现信号中断以及如何应对。

  国家气象信息中心退休职工陈宏尧当时是“9210”工程的骨干人员之一,搞雷达的他很有些为难。该工程涉及卫星、通信、数值预报等各种领域,没人心里有底。“我们只能边做边学,在‘战争’中学习‘战争’,一点点啃文献,一点点向外国专家请教。”

  到了1995年,技术路线基本确认——借助年底发射的“亚卫-2号”通信卫星作为“太空桥”,地面系统则由一个设在中国气象局院内的主站、30个区域及省级站、近300个地市级站和相当数量的数据接收站组成。

  1995年底,“亚卫-2号”通信卫星正式发射。大家没想到的是,卫星南北的覆盖范围进行了压缩,黑龙江漠河、新疆喀什等地信号变得很弱。而方案是根据发射之前的技术参数确定的。专家组又去实测,重新确认天线尺寸。

  克服了一个又一个难题,“9210”工程开启了一个为期8年、轰轰烈烈的建设时代。

国家气象信息中心工作人员在监视卫星数据接收。

  大胆决定

  对于全国性的大工程来说,每一分钱都要花在刀刃上。中国气象局党组大胆决定——引进市场机制。

  这是气象部门第一次尝试大型工程市场化运作,专门成立国有企业作为总承包,同时要求各省(自治区、直辖市)气象局也成立相应的公司参加工程建设。

  时任国家气象中心副主任姚奇文记得,1995年9月,时任中国气象局副局长李黄找他谈话,让他任公司总经理。姚奇文脑袋“嗡”一声就大了:“如果是征求意见,我不愿意,但若是组织决定,我硬着头皮上。”

  让姚奇文犯难的主要有两点,一是当时工程已经启动三年,仍然在试验阶段,没有看得见的成果,有一些人对工程失去希望;二是公司机制,对过去传统的管理模式是一个挑战,由此产生各种管理关系需要重新建立和协调。

  为了推进工程建设,姚奇文开始抓卫星广播,利用卫星气象数据广播网的建立,形成以北京主站为中心,覆盖全国县级以上气象台站的星型结构卫星单向广播通信系统,主站每天通过卫星广播方式向各小站发送大量实时气象信息。

  上级要求11月见效果。到10月下旬,卫星广播正式启动。“‘粮食’有了,各级气象部门感受到‘9210’工程有希望。”姚奇文克服了第一个难关。这个广播系统,逐年更新换代,最终演变成现在的CMAcast。

  第二个难关也颇为头疼。姚奇文摸着石头过河,处理各方关系。他还记得在南昌召开的单收站布点会议,两天的小组讨论会上,一天半的时间都在讨论一个站要多少钱。

  “9210”工程就是在边建设边探索的情况下完成的。

1997年7月18日,时任中国气象局局长温克刚、副局长颜宏在“9210”主站召开全国汛期动员电话会议。

  质的飞跃

  当通信系统搭起来后,各级气象部门怎样用,怎样带动业务发展,问题随之而来——

  传输量上去了,数据如何可视化?原来各省份气象局之间格式不同的产品,如何在一个平台上显示?业务监控怎么做?

  在头三年的系统试验中,解决问题的技术路线基本明晰——地市以上各级气象部门要建立分布式数据库和天气预报人机交互处理系统。

  到了工程建设中后期,全国气象部门逐步建设了网络管理和业务监控子系统、数据收集与分发子系统、数据库子系统。同时,建立了人机交互处理子系统,即气象信息综合分析处理系统(MICAPS)。它能够帮助业务预报员制作预报并自动生成最终预报产品,推动预报准确率提升。

  为了保证建设完成后系统尽早投入业务化运行,培训伴随着工程建设展开——国外培训41人次;国内培训7809人次,其中国家级组织培训2523人次,省级组织培训5286人次。来旁听的,甚至还有电信部门的人。

  自此,全国气象部门实现了资料应用系统的整体布局,从数据分发、管理,到气象预报业务,一条现代化的气象业务生产线正式建立。

  1998年,长江、松花江和嫩江洪水泛滥。当时“9210”工程还未投入业务试运行,但广播已开始工作,MICAPS系统已布局。各相关省份气象部门得以加强会商,在决定荆江是否分洪等关键时刻做出了准确预报。地市气象部门现代化水平实现飞跃,宜昌市局成功预报了导致长江第三次洪峰的暴雨过程,无锡、苏州市局成功预报太湖地区大洪水。

9210工程验收会现场。

  时代烙印

  此后,地面通信以前所未有的速度发展,卫星通信能力进步却有限。今天,很多年轻人甚至搞不清楚“9210”工程的名字“气象卫星综合应用业务系统”,以为是气象卫星业务平台。

  它是时代的烙印,是在通信技术体系未来不明晰的时候,朝着唯一可行的方向,艰难迈出的一步。

  “原有的通信能力因为‘9210’提升了20至30倍,这是换代的概念。”周林说。

  “‘9210’使气象部门的信息化和现代化走在了全国前列。”姚奇文说。

  “9210”工程的技术框架一直沿用至今,随着技术的提升,现在的单向广播CMAcast比当时的速度提升了35倍;Micaps升级至第四代。

  “9210”工程至今仍是气象重大工程的典范,工程验收档案做了60多卷,所有软件的源代码都进行了归档封存,这是前所未有的。直到今天,其工程项目思路仍然值得学习。

  比如如何通过工程建设搭建平台、培养人才、发展核心业务;如何更好地平衡市场和行政命令,完成重大工程建设;大型业务软件在业务化之前,要经历怎样的功能测试和业务稳定性测试。

  回望来时路,“9210”工程经得起时间检验,也无愧于时任中国气象局局长温克刚评价的三个第一:气象系统第一个全国大型工程、第一次由中央和地方匹配资金、第一次引进公司机制。

  (来源:《中国气象报》2019年11月5日四版 责任编辑:张林)



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