新型自動氣象站應(yīng)用前景

（新疆石河子炮臺氣象站，炮臺鎮(zhèn)，832066）孟祥君

新型自動氣象站應(yīng)用前景

（新疆石河子炮臺氣象站，炮臺鎮(zhèn)，832066）孟祥君

自動氣象站是地基觀測系統(tǒng)重要組成部分，其探測水平和運行能力決定著國家氣象基本業(yè)務(wù)能力和氣象服務(wù)水平。新型自動氣象站投入業(yè)務(wù)運行無疑又是向前邁了一大步，具有非常廣闊應(yīng)用前景。

地面測報；新型自動氣象站；應(yīng)用

1 新型自動氣象站應(yīng)用背景

炮臺鎮(zhèn)于上世紀1954年9月建站，1984年地面測報業(yè)務(wù)引入了PC1500計算機，由于當(dāng)時軟硬件的落后,工作中它還不是主角，只是制作毛發(fā)濕度表訂正圖、編制儀器檢定訂正表、制作氣壓簡表和氣象要素計算等一些輔助工作。2004年7月1日地面測報軟件OSSMO2004正式投入業(yè)務(wù)運行，主要的氣象要素觀測、編發(fā)報由計算機來完成，云、能、天、蒸發(fā)、日照、凍土、雪深等要素的觀測仍由人工去做，地面氣象觀測報表除附加信息須由手工輸入計算機外，其他都由軟件自動完成。2004年至2014年大約10年間，我們稱之半自動化時代。新型自動氣象站從2014年1月1日在我站正式使用。

2 新型自動氣象站目前使用狀況

綜觀使用新型自動氣象站實踐情況，它的性能大大優(yōu)于老站，特別是它的數(shù)據(jù)采樣的可靠性和文件傳輸?shù)募皶r性，可以說它的設(shè)備穩(wěn)定運行率、到報率和數(shù)據(jù)可用率基本上達到了百分之百。說到它的可靠性，迄今為止本站還未曾發(fā)生過氣象要素值有任何跳變的現(xiàn)象，短時天氣所引起要素值劇變應(yīng)屬合理范圍，更不用說可疑、錯誤和缺測的觀測記錄了。網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，內(nèi)網(wǎng)不通的事情時有出現(xiàn)，但很快在較短的時間內(nèi)上傳成功而且沒有超過其要求的時間限制。新型自動站業(yè)務(wù)運行的其他方面也是正常順利且皆無大礙。

3 新型自動氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型自動氣象站設(shè)計采用了國際標(biāo)準，并遵循標(biāo)準、開放的技術(shù)路線。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采用“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設(shè)備”的方式。其中“主/分采集器”以主采集器系統(tǒng)為核心，根據(jù)觀測需要配置相應(yīng)的分采集器系統(tǒng)，采集系統(tǒng)設(shè)備在觀測場的布局分布采用分布式布設(shè)方式，根據(jù)傳感器放置要求布設(shè)各分采集器系統(tǒng)，主采集器和分采集器均為獨立模塊各自獨立運行，通過CAN總線把主采集器和各分采集器連接起來，各分采集器通過CAN總線把觀測數(shù)據(jù)傳送給主采集器。因此，新型自動氣象站在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)備布設(shè)處理都十分便捷。

4 新型自動氣象站的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是在應(yīng)用系統(tǒng)中嵌入以高性能微處理器系統(tǒng)為核心的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在新型自動氣象站觀測系統(tǒng)中采用了以ARM標(biāo)準構(gòu)架的ARM9系列32位微處理器作為系統(tǒng)的核心控制器，并構(gòu)成主采集器系統(tǒng)，系統(tǒng)加載Linux操作系統(tǒng)和文件處理系統(tǒng)，可以在數(shù)據(jù)采集器端實現(xiàn)各種綜合處理能力，其中包括各種復(fù)雜數(shù)學(xué)計算處理、對觀測數(shù)據(jù)進行的質(zhì)量控制處理、數(shù)據(jù)文件存儲處理、WebServer服務(wù)等。

4.2 外部總線技術(shù)

外部總線技術(shù)是可以通過簡單的連接方式實現(xiàn)部件之間的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通過外部總線可以實現(xiàn)各部件、模塊之間的連接以及數(shù)據(jù)的傳輸處理。在新型自動氣象站技術(shù)標(biāo)準中，外部總線采用CAN總線標(biāo)準，數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用CanOpen通信協(xié)議，CAN總線配置有硬件的控制器，當(dāng)有多個節(jié)點同時需要向總線發(fā)出數(shù)據(jù)時，控制器可以按照事先預(yù)定設(shè)計的優(yōu)先級，自動控制發(fā)送數(shù)據(jù)的順序，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其在網(wǎng)絡(luò)線負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況，CAN的直線通信距離最遠可達10km，通信速率最高可達1Mbps。

5 新型自動氣象站的優(yōu)越性

新型自動氣象站與之前使用的自動氣象站相比，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 標(biāo)準化能力的提高

為了提高標(biāo)準化能力新型自動氣象站是按照統(tǒng)一標(biāo)準、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計思路開發(fā)研制的，因此不同廠家生產(chǎn)的各種部件和模塊可以進行互換，這將方便基層觀測臺站對設(shè)備的維護和保障，同時降低了維護成本。

5.2 技術(shù)性能的提高

在新型自動氣象站引入了嵌入式系統(tǒng)，可以大大提高自動氣象站的數(shù)據(jù)處理能力，使許多復(fù)雜數(shù)據(jù)分析、處理計算功能在數(shù)據(jù)采集器端得以實現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)豐富的外設(shè)處理單元、多種通訊端口，可以非常方便實現(xiàn)自動氣象站數(shù)據(jù)通訊處理、遠程訪問的功能，CAN總線的運用既加強了新型自動氣象站系統(tǒng)內(nèi)部的通訊聯(lián)系和可靠性，又規(guī)范了主采集器與各分采集器的通訊格式，使不同廠家設(shè)備的互換有了明確的標(biāo)準，同時采用CAN現(xiàn)場總線制，可以無限地接入各種智能傳感器和一般傳感器，在已建新型自動氣象站擴展新的測量要素或增加傳感器時不需要對系統(tǒng)已有傳感器進行連接、布線做改動，只需將新的分采集器或傳感器加入系統(tǒng)中，然后進行簡單地軟件升級配置即可。

5.3 高精度的多要素

新型自動氣象站采用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以實現(xiàn)高精度的測量，例如用鎧裝鉑電阻替代HMP45D測量溫度等。在觀測要素方面增加了大量的新要素，其中包括紅外地溫、稱重式雨量、土壤水分、云能天的觀測等。

5.4 大容量的數(shù)據(jù)存儲

在新型自動氣象站中，除了配置大容量Flash存儲器，同時還配置了大容量CF卡（SD卡）存儲器，實現(xiàn)資料雙備份，減少了數(shù)據(jù)資料的丟失，而且觀測數(shù)據(jù)記錄采用業(yè)務(wù)上的數(shù)據(jù)格式存儲，使觀測數(shù)據(jù)的存儲變得更加方便、快捷。

5.5 高精度的時鐘

新型自動氣象站時鐘電路采用走時精度高的時鐘芯片，同時采用GPS對時，不僅提高了時鐘觀測準確度，還有效減少了程序設(shè)計和臺站操作的復(fù)雜度。

5.6 多種通訊方式的處理能力

新型自動氣象站配置了多種數(shù)據(jù)通訊端口，包括RS232，RS485，CAN，RJ45，UBS等通訊端口，通過以上通訊端口可以十分方便地以各種通訊方式接入各種外部設(shè)備及分采集器系統(tǒng)，同時直接通過RJ45端口可以實現(xiàn)遠程或本地方式的連接，用戶可以登陸采集器系統(tǒng)，對采集器系統(tǒng)進行訪問。

5.7 可維護性的提高

新型自動氣象站采用了模塊化設(shè)計方式，各模塊獨立運行，因此在維護方面減小了最小維護單元的規(guī)模，當(dāng)某一個分采集器系統(tǒng)和某個出現(xiàn)問題或運行故障時，只需單獨斷開其與主系統(tǒng)的連接，進行維護、維修處理操作，在此期間整套主系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運行。

5.8 計量可操作性的提高

新型自動氣象站常規(guī)六要素中溫濕度采用智能傳感器的處理方式，氣壓傳感器本身以串口數(shù)據(jù)形式輸出，加上風(fēng)向、風(fēng)速、雨量的數(shù)據(jù)輸出格式都為數(shù)字信號，而在測量方面數(shù)字測量通道產(chǎn)生的測量誤差很小。因此，新型自動氣象站常規(guī)六要素的計量檢定完全可以獨立進行，與主采集無關(guān)，從而解決了長期困擾計量檢定工作的被檢傳感器的測量數(shù)據(jù)與采集器相關(guān)的問題。

6 結(jié)語

新型自動氣象站是目前在用自動氣象站的全新升級產(chǎn)品，它可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要便捷地添加各種傳感器，減少了開發(fā)維護成本，有效地解決了當(dāng)前業(yè)務(wù)發(fā)展遇到的新問題。新型自動氣象站全新升級設(shè)計理念和新技術(shù)的應(yīng)用，提升了臺站的設(shè)備維護、計量檢定和監(jiān)控能力。

S163

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1008-0899（2015）10-0010-02