Vantage Pro2自動(dòng)氣象站的使用維護(hù)研究

王志明，趙廷寧，田 佳，駱 漢，高 俊，梁 超，彭賢鋒

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

氣象觀測(cè)所獲取的氣象資料是我國環(huán)境監(jiān)測(cè)體系中的重要組成部分，同時(shí)也在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的基礎(chǔ)性作用[1]，因此，加強(qiáng)氣象因子本底數(shù)據(jù)的收集與觀測(cè)，科學(xué)布置生態(tài)環(huán)境災(zāi)害預(yù)防與治理措施，是我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。隨著科技的發(fā)展，可自動(dòng)采集氣象因子數(shù)據(jù)的氣象站在環(huán)境科學(xué)中越來越廣泛的應(yīng)用，有效地提高了氣象觀測(cè)的時(shí)空密度，改善了觀測(cè)質(zhì)量與可靠性，降低了觀測(cè)業(yè)務(wù)成本。關(guān)于自動(dòng)氣象站的發(fā)展趨勢(shì)以及區(qū)域自動(dòng)氣象站、無人值守自動(dòng)氣象站等基礎(chǔ)氣象設(shè)備的使用以及維護(hù)，國內(nèi)外學(xué)者都做了基本的論述分析[2-3]，但對(duì)目前環(huán)境行業(yè)使用廣泛的Vantage Pro2 系列自動(dòng)氣象站研究甚少。此型號(hào)氣象站是美國公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的多功能、便攜式自動(dòng)觀測(cè)氣象站，在全球范圍內(nèi)具有較高的市場(chǎng)占有率，廣泛應(yīng)用于環(huán)境相關(guān)的各行業(yè)，近幾年在我國也得到了大力普及。

在河北、北京、山西、四川等地應(yīng)用該類型自動(dòng)氣象站，為相關(guān)項(xiàng)目的順利開展提供了科學(xué)準(zhǔn)確的技術(shù)支持，取得了良好的效果。在利用該類型氣象站進(jìn)行了長達(dá)4年的科研試驗(yàn)后，對(duì)該設(shè)備在硬件安裝、控制臺(tái)安放以及設(shè)置、氣象站配套軟件的使用設(shè)置以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋z測(cè)等方面所遇到的各種關(guān)鍵性故障比較了解，因此筆者總結(jié)出該設(shè)備的使用維護(hù)方法，為該設(shè)備在全國范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。

1 Vantage Pro2 氣象站簡介

Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站是面向氣象服務(wù)、生態(tài)環(huán)境檢測(cè)等的小型氣象站，有體積小，重量輕，功耗小，集成度高，安裝簡單，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。氣象站采用一體化設(shè)計(jì)，大屏幕液晶圖形顯示，利用ISS 組件采集外部的風(fēng)、溫、濕、光照、雨量、太陽輻射、紫外輻射、氣壓、露點(diǎn)、土壤水分、土壤溫度、葉面濕度、ET 等氣象因子數(shù)據(jù)，發(fā)送到Vantage Pro2 控制臺(tái)，自動(dòng)生成NOAA 氣象報(bào)告，同時(shí)還可進(jìn)行趨勢(shì)分析，配合適當(dāng)軟件可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)，還可通過配置GPRS/CDMA 遠(yuǎn)程控制模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸[4]。

2 適用區(qū)概況

Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站適用性較強(qiáng)，其溫度適用區(qū)間為-40℃～+65℃；風(fēng)速可測(cè)范圍：1～67 m/s；降雨速率可測(cè)范圍：0～1 999.9 mm/h，經(jīng)長期實(shí)踐顯示，該類型氣象站可在我國華北地區(qū)的平原、山地以及南方土石山區(qū)可長期穩(wěn)定使用。目前，該類型氣象站已廣泛應(yīng)用于：京承高速公路（北京段）、京包高速公路（北京段）、北京六環(huán)路公路工程、河北廊涿高速公路工程等華北平原區(qū)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持監(jiān)測(cè)；北京房山周口店廢棄礦山項(xiàng)目的植被恢復(fù)研究；山西太原、陽泉以及呂梁地區(qū)黃土高原丘陵溝壑區(qū)抗旱造林技術(shù)研究；河北省豐寧縣小壩子鄉(xiāng)等北方山地高寒地帶的氣象因子觀測(cè)；四川地震災(zāi)區(qū)災(zāi)后植被恢復(fù)研究與示范等一系列科研項(xiàng)目中，并圓滿完成了相關(guān)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的觀測(cè)與收集，為這些項(xiàng)目的進(jìn)一步順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站檢測(cè)獲得的北京、河北省豐寧縣、山西呂梁地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)均準(zhǔn)確地描述了當(dāng)?shù)氐臍庀筇卣?，與事實(shí)相符，說明Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站在這些地區(qū)能正常穩(wěn)定工作；而且這些區(qū)域的氣候跨度較大，說明該設(shè)備的適用范圍較廣。

3 氣象站使用維護(hù)應(yīng)注意的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 硬件設(shè)備的安裝使用

3.1.1 氣象站固定 按照儀器使用說明書安裝好氣象站后，為保證氣象站的穩(wěn)定，避免被惡劣氣象條件下被大風(fēng)吹倒導(dǎo)致氣象站物理損壞，需在氣象站支架的三個(gè)中間節(jié)點(diǎn)上布置額外加固措施。建議用木棒分別在離三個(gè)支點(diǎn)0.5～1．0 m 遠(yuǎn)的地方進(jìn)行錨固，支架中間節(jié)點(diǎn)與木棒節(jié)點(diǎn)用鐵絲連接，并且木棒與地面成一定角度，以增加鐵絲的張力。

3.1.2 控制臺(tái)使用維護(hù) 控制臺(tái)是自動(dòng)氣象站接收觀測(cè)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)以及初步分析的重要組成部分，保證控制臺(tái)的長期穩(wěn)定工作是整個(gè)氣象觀測(cè)工作程序中的重中之重?？刂婆_(tái)安裝連接見圖1。除按照使用手冊(cè)上的要求對(duì)控制臺(tái)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置外，還需注意以下幾個(gè)問題。

圖1 控制臺(tái)安裝連接示意圖

（1）氣象站控制臺(tái)內(nèi)部裝有溫度、濕度、氣壓等傳感器，電路板器件比較密集，在安放地點(diǎn)的選擇上一定要注意要保證控制臺(tái)的干燥，防止受潮導(dǎo)致的電路板短路；或者干電池漏液導(dǎo)致的控制臺(tái)顯示板被腐蝕而出現(xiàn)白屏等故障。實(shí)踐證明，吸水紙可有效吸收控制臺(tái)內(nèi)部空氣水分以及電池漏液，預(yù)防了對(duì)電路板的損壞，所以可在干電池外部包裹一層實(shí)驗(yàn)室用吸水紙后再安裝到控制臺(tái)內(nèi)部，并不定期更換吸水紙。

（2）務(wù)必保證儲(chǔ)存卡與控制臺(tái)上的卡槽連接緊密。筆者在使用過程中曾遇到儲(chǔ)存卡按壓不緊導(dǎo)致的數(shù)據(jù)無法存儲(chǔ)，或軟件客戶端無法連接控制臺(tái)的情況，這種故障可通過安裝儲(chǔ)存卡時(shí)稍用力按壓，使儲(chǔ)存卡與控制臺(tái)卡槽達(dá)到物理上的緊密結(jié)合來解決。

（3）控制臺(tái)的電源配置。Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站提供了交流電電源適配器和二號(hào)干電池供電兩種方式。通過咨詢相關(guān)技術(shù)人員和實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，二者可單獨(dú)啟用也可同時(shí)啟用，同時(shí)啟用時(shí)交流電供電優(yōu)先，干電池中的化學(xué)電能作為后備電源使用，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的突然斷電等情況。建議在外部電源穩(wěn)定的情況下，交流電和干電池兩種供電方式同時(shí)啟用，在客觀條件不允許的情況下才使用干電池供電。實(shí)踐測(cè)試表明，市場(chǎng)上普通二號(hào)干電池在控制臺(tái)內(nèi)部平均氣溫20℃的情況下，使用平均壽命為3 個(gè)月；在天氣較冷時(shí)，干電池使用壽命大大縮短，在控制臺(tái)內(nèi)部平均氣溫為5℃的情況下，干電池平均壽命僅為21 天，建議只使用干電池供電的氣象站根據(jù)氣溫條件和實(shí)際情況合理安排電池更新頻率。

3.2 軟件調(diào)試

3.2.1 數(shù)據(jù)線連接 軟件安裝好后用數(shù)據(jù)線連接控制臺(tái)以及電腦，數(shù)據(jù)線分為COM 型和USB 型兩種通訊端口，根據(jù)不同的接口選擇與之相匹配的端口連接，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)，安裝成功后就可正常使用。因?yàn)樾滦凸P記本電腦往往沒有COM 型接入端口，此時(shí)需額外配置COM 型與USB 型之間的轉(zhuǎn)換連接裝置，建議使用帶驅(qū)動(dòng)程序的轉(zhuǎn)換線，否則系統(tǒng)會(huì)因?yàn)闊o法安裝合適的驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換不成功，繼而無法導(dǎo)出或保存觀測(cè)數(shù)據(jù)。另外，驅(qū)動(dòng)安裝后，需在氣象站軟件中設(shè)置軟件接收終端，該終端的COM 端口數(shù)值與控制臺(tái)輸出終端的COM 端口數(shù)值應(yīng)保持一致方才能連接成功。

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸 （1）氣象站安裝完成后，為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠順利收集與存儲(chǔ)，務(wù)必要通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)接收測(cè)試，具體方法如下：在氣象站軟件中將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄間隔由默認(rèn)的30 min 改為1 min，稍等幾分鐘后，下載所記錄的數(shù)據(jù)，查看是否有相關(guān)氣象因子的觀測(cè)數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)存在，則整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)暢通；若沒有記錄，則需進(jìn)一步排查數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。（2）在查看數(shù)據(jù)記錄的同時(shí)，務(wù)必查看接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的ISS 參數(shù)。ISS 表示控制臺(tái)成功記錄到數(shù)據(jù)包的百分比。實(shí)踐測(cè)試表明，ISS參數(shù)值正常工作時(shí)其數(shù)值為100，即控制臺(tái)能夠完全接收數(shù)據(jù)包。通常遠(yuǎn)距離輸送、低溫、電磁干擾等情況下可能會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)包丟失，此時(shí)可調(diào)整控制臺(tái)與氣象站之間的距離來解決，建議控制臺(tái)與外部氣象站之間的直線距離在200 米之內(nèi)，且控制臺(tái)遠(yuǎn)離電視機(jī)等電磁干擾設(shè)備。（3）需要根據(jù)實(shí)際觀測(cè)情況選擇數(shù)據(jù)記錄間隔時(shí)間。Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站存儲(chǔ)卡內(nèi)存空間一般為128 K，測(cè)試表明以30 min 為記錄間隔可存儲(chǔ)45 d 的全部氣象因子數(shù)據(jù)，以60 min 為記錄間隔可保存90 d 的全部氣象因子數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)空間已滿后，系統(tǒng)會(huì)按照時(shí)間順序自動(dòng)覆蓋前期觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此，在氣象因子觀測(cè)過程中要根據(jù)實(shí)際情況選擇數(shù)據(jù)記錄間隔時(shí)間，并及時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，另行保存。

3.3 其他需注意的問題

3.3.1 數(shù)據(jù)殘缺 時(shí)常檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集情況，如有異常及時(shí)進(jìn)行處理[5]。若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中個(gè)別氣象因子數(shù)據(jù)殘缺或者異常，需排查相關(guān)氣象因子的傳感器設(shè)備運(yùn)行情況是否正常，例如接收不到風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，有可能是外部氣象站風(fēng)速傳感器的網(wǎng)口與主板接觸不良所致，需進(jìn)行人工調(diào)整。

3.3.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)出 在下載數(shù)據(jù)時(shí)，務(wù)必保證控制臺(tái)處在通電狀態(tài)。實(shí)踐測(cè)試表明，部分氣象站在交流電供電或者交流電與干電池同時(shí)供電時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)可以下載但無法在軟件上查看或保存的現(xiàn)象，而在干電池單獨(dú)供電時(shí)則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。

3.3.3 電源更新與時(shí)間設(shè)置 控制臺(tái)內(nèi)無智能時(shí)間控制模塊，在斷電后重新供電時(shí)，務(wù)必謹(jǐn)記對(duì)控制臺(tái)按照當(dāng)前時(shí)間重新設(shè)置時(shí)間點(diǎn)。外部氣象站的電源經(jīng)測(cè)試，平均可堅(jiān)持半年以上，建議半年更新一次，或者從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)殘缺分析中判斷外部電源是否需要更換。

3.3.4 保持設(shè)備清潔 除上述注意事項(xiàng)外，還要經(jīng)常留心查看雨量筒內(nèi)的過濾網(wǎng)上有無塵土、小蟲等堵塞，要及時(shí)清理，保持小孔暢通[6]；要定期清洗雨量器與防輻射罩；在清洗雨量筒前，要先拔下傳感器數(shù)據(jù)插頭；當(dāng)防輻射罩灰塵過多時(shí)，用濕棉布擦洗[7]。

致謝：

本文在寫作過程中得到了北京渠道科學(xué)器材有限公司王振華工程師和美國Davis Instruments 公司的技術(shù)支持，在這里表示衷心的感謝！

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[4]北京渠道科學(xué)器材有限公司.Vantage Pro2 自動(dòng)氣象站中文安裝手冊(cè)[Z].北京渠道科學(xué)器材有限公司，2008.

[5]張小石，黃莉芬.自動(dòng)氣象站設(shè)備維護(hù)與撤換[J].氣象水文海洋儀器，2009，26（2）：134-137.

[6]張勇剛，呂奐坤，劉愛明.自動(dòng)氣象站設(shè)備夏季維護(hù)簡析[J].氣象水文海洋儀器，2009，26（2）：128-129.

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