自動(dòng)氣象站采集器通道誤差的修正

張磊　武向娟　左湘文　沈元德

摘 要 在實(shí)際運(yùn)行過程中，自動(dòng)氣象站采集器各通道極易出現(xiàn)誤差，總結(jié)了自動(dòng)氣象站采集器通道誤差校準(zhǔn)方法、操作步驟及誤差修正。進(jìn)行誤差修正時(shí)，首先要增加輔助修正參數(shù)，然后針對(duì)采集程序計(jì)算參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最后將調(diào)整后的程序上傳至采集器。這種修正方法保留了計(jì)算參數(shù)的原始性，更換傳感器或采集器用于其他自動(dòng)氣象站時(shí)采集器通道誤差修正結(jié)果仍有效。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)氣象站；采集器；通道誤差；校準(zhǔn)；修正

中圖分類號(hào)：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）01--02

自動(dòng)氣象站采集器通道誤差影響自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，因此要對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)和修正，確保自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行?！蹲詣?dòng)氣象站檢定規(guī)程第8部分：數(shù)據(jù)采集器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)》中規(guī)定，檢定和校準(zhǔn)自動(dòng)氣象站各要素傳感器、采集器時(shí)，如果傳感器和采集器誤差合成超出系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度指標(biāo)，必須訂正自動(dòng)氣象站采集數(shù)據(jù)。2013年，中國(guó)區(qū)縣局《綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃（2014-2020）》中對(duì)氣象計(jì)量工作做出了明確要求，要求建立、完善直接觀測(cè)氣象要素的計(jì)量檢定和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，嚴(yán)格要求計(jì)量檢定程序和技術(shù)，配備先進(jìn)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和檢定、校準(zhǔn)裝置，提升地面氣象觀測(cè)裝備計(jì)量水平，通過檢定和修正采集數(shù)據(jù)，使各類觀測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到準(zhǔn)確、完整[1]?！蹲詣?dòng)氣象站檢定規(guī)程（報(bào)批稿）》提供的對(duì)采集器通道及傳感器合成誤差修正的方法，是在利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)置數(shù)據(jù)修正參數(shù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件修正讀取數(shù)據(jù)，然后將修正過的存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，而采集器通常會(huì)不經(jīng)過監(jiān)控軟件參數(shù)修正就直接引用極值數(shù)據(jù)，因此仍會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤現(xiàn)象。本文探討了采集器自身通道誤差修正方法，以達(dá)到以降低采集器觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差，提高地面觀測(cè)質(zhì)量。

1 自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器及其采集數(shù)據(jù)誤差

寧夏氣象臺(tái)采用CAWS600自動(dòng)氣象站，該自動(dòng)站分為B型和SE型兩類，B類型可完成對(duì)氣溫、濕度、氣壓、地溫及風(fēng)向風(fēng)速氣象要素的自動(dòng)觀測(cè)，SE類型較B類型觀測(cè)要素增加了蒸發(fā)、輻射等的自動(dòng)觀測(cè)，因此數(shù)據(jù)采集器使用的通道口數(shù)據(jù)也就較多，所以本文以SE型自動(dòng)氣象站作為研究對(duì)象進(jìn)行采集器數(shù)據(jù)通道誤差調(diào)整分析。采集器包括30個(gè)模擬單端通道、4個(gè)數(shù)字通道和3個(gè)計(jì)數(shù)器通道等，電壓、電流、電阻和頻率信號(hào)的采集采用模擬通道，可通過數(shù)字通道采集到數(shù)字量和開關(guān)量等，計(jì)數(shù)通道則實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字累計(jì)量進(jìn)行采集，或是作為計(jì)數(shù)脈沖輸出，各種通道組合起來完成了各種類型傳感器信號(hào)的采集。

自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器采集程序采用Yn型參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，經(jīng)運(yùn)算后，得出各個(gè)通道采集的原始模擬或數(shù)字信號(hào)的觀測(cè)目標(biāo)數(shù)值，Yn運(yùn)算公式為：

其中x代表采集的信號(hào)讀數(shù)；kn代表各次方的系數(shù)；Yn=k0，k1，k2，k3，k4，k5。

對(duì)于自動(dòng)氣象站采集程序參數(shù)部分，原程序中參數(shù)采用Y1～Y8來表示，風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向和蒸發(fā)等通道的誤差增設(shè)的輔助修正參數(shù)分別為Y11、Y12、Y13、Y15、Y16。Y3是由電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)的運(yùn)算參數(shù)，參照Y3和Y4氣壓參數(shù)，可創(chuàng)建輔助參數(shù)，同時(shí)增加Y4對(duì)結(jié)果數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，這樣就不會(huì)改變電壓與氣壓原始轉(zhuǎn)換參數(shù)。采集處理氣壓通道運(yùn)算參數(shù)及信號(hào)的原始語(yǔ)句為：

Y3=5000，2.4→氣壓與氣壓轉(zhuǎn)換參數(shù)

Y4=0，1.0→氣壓輔助修正參數(shù)

3V（W，U，Y3，AV，=83CV）→采集電壓換算成氣壓

84CV（FF0，Y4，=84CV）=83CV→將氣壓值修正后重新輸出

采集程序中增加了系列參數(shù)后卻沒有添加變量，因此必須復(fù)制新參數(shù)運(yùn)算結(jié)果，把新參數(shù)結(jié)果寫入原變量中，這種方法增加了輔助參數(shù)的操作，影響不到采集數(shù)據(jù)的保存和被引用。相對(duì)濕度（0～100%RH）或風(fēng)向（0～360°）的取值有一定的范圍限制，修改其通道參數(shù)時(shí)，增加的輔助修正參數(shù)行要標(biāo)注在原程序限制行前面，防止讀數(shù)超出限定范圍而出錯(cuò)。

2 采集器通道誤差修正

在修正采集器通道誤差時(shí)，不采用通常的修改計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件讀數(shù)值方法，而是采集器各個(gè)通道通過標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)后得到各通道誤差值，然后根據(jù)得出的誤差值，對(duì)自動(dòng)氣象站采取機(jī)器程序進(jìn)行修改，最后將改好的新程序重新寫入采集器中[2]。這種采用采集器通道自身完成通道誤差修正的方法修正效果不依附于某一特定監(jiān)控軟件。

2.1 對(duì)采集器進(jìn)行校準(zhǔn)

按照數(shù)據(jù)采集器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，對(duì)采集器進(jìn)行校準(zhǔn)，得出采集器通道誤差，當(dāng)采集器通道誤差大于規(guī)定的范圍時(shí)，就要修正采集程序參數(shù)。

2.2 修改各通道參數(shù)

利用Detranfer或Delogger軟件直接編輯生成可修改的原始程序，文件格式為CMD格式，通過編輯方式或使用記事本打開文件，參照各個(gè)參數(shù)代表的觀測(cè)要素值的實(shí)際誤差分別進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。

各通道采集到的信號(hào)要作數(shù)學(xué)運(yùn)算，出現(xiàn)了運(yùn)算結(jié)果中數(shù)值與其代表的觀測(cè)量數(shù)量級(jí)不一致的現(xiàn)象時(shí)，如氣壓參數(shù)K1值變化1后產(chǎn)生的氣壓變化為0.1hPa，可就這種不一致情況針進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得出各參數(shù)與其代表的物理量之間的參數(shù)量級(jí)關(guān)系，然后利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸入各通道的穩(wěn)定信號(hào)，再經(jīng)過分別多次對(duì)采集參數(shù)進(jìn)行修改，然后利用自動(dòng)氣象站監(jiān)控軟件中的Detranfer或Delogger軟件，分別讀取數(shù)值并作驗(yàn)證，最后將各觀測(cè)要素參數(shù)修正對(duì)照關(guān)系進(jìn)行總結(jié)（見表1）。

2.3 轉(zhuǎn)換程序格式

由于.CMD格式文件不能直接寫入CAWS600SE類型自動(dòng)氣象站采集器，在寫入前要先轉(zhuǎn)化為.sre格式。zh.bat或ob jcopy.exe、ROMCVT.exe、srecfix.exe等批處理文件轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)換為.CMD文件格式。

2.4 向采集器寫入程序

向采集器寫入程序時(shí)，應(yīng)使用RS232串口線和DeTransfer軟件連接計(jì)算機(jī)及采集器，成功寫入新的采集程序后，可再次采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)采集器進(jìn)行校準(zhǔn)，確認(rèn)各通道讀數(shù)誤差都處于規(guī)定范圍內(nèi)并達(dá)到合格，這樣可確保采集器通道誤差調(diào)整正確，采集器采集運(yùn)行達(dá)到正常。

參考文獻(xiàn)

[1]韓廣魯，孫嫣，任燕，等.自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)方法[J].山東氣象，2015（1）.

[2]韓廣魯，孫嫣，邊文超，等.CAWS600型自動(dòng)氣象站采集器通道誤差的修正[J].氣象科技，2012（5）.

（責(zé)任編輯：趙中正）