應(yīng)用全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)常規(guī)高空氣象觀測(cè)自動(dòng)化

孫克敏，張?jiān)骑w，陳楊

（1.長(zhǎng)春市氣象探測(cè)中心；2.長(zhǎng)春市綠園區(qū)氣象局；3.吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長(zhǎng)春130000）

應(yīng)用全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)常規(guī)高空氣象觀測(cè)自動(dòng)化

孫克敏1，張?jiān)骑w2，陳楊3

（1.長(zhǎng)春市氣象探測(cè)中心；2.長(zhǎng)春市綠園區(qū)氣象局；3.吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長(zhǎng)春130000）

近些年來(lái)，我國(guó)已建設(shè)完成120部L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和集成的自動(dòng)化。但充灌及施放氣球還是人工操作，大風(fēng)及暴雨等惡劣天氣施放氣球極其困難，本文將全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)和L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)完美結(jié)合，從灌球施放到整理記錄，全程實(shí)現(xiàn)常規(guī)高空氣象觀測(cè)的自動(dòng)化。

自動(dòng)化；結(jié)合；使用方法；存在問(wèn)題；解決方法

L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)在我國(guó)已布設(shè)成功，它不僅提高了我國(guó)高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量和觀測(cè)精度，而且實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和集成的自動(dòng)化，但在充灌及施放氣球領(lǐng)域還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大風(fēng)及雷雨天人工施放氣球成功率還很低。在此基礎(chǔ)上，我站將全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)的自動(dòng)放球部分和L波段探空系統(tǒng)釋放軟件完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了充灌及釋放氣球自動(dòng)化，減少或免除了臺(tái)站人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得的氣象探測(cè)資料也更精準(zhǔn)，大大提高了探測(cè)高度及時(shí)空密度，全程實(shí)現(xiàn)了常規(guī)高空氣象觀測(cè)的自動(dòng)化與現(xiàn)代化。

1 自動(dòng)放球系統(tǒng)的功能及使用方法

自動(dòng)放球系統(tǒng)主要功能是控制遠(yuǎn)端站按規(guī)定的程序完成自動(dòng)放球任務(wù)。自動(dòng)放球系統(tǒng)首先錄取超聲測(cè)風(fēng)儀數(shù)據(jù)，決定是否具備放球條件。條件具備時(shí)依次實(shí)施的過(guò)程是：控制室空調(diào)的控制、氣源壓力的檢測(cè)及切換、分度轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、探空儀檢測(cè)、電動(dòng)窗開(kāi)啟/閉合、探空儀加載、探空氣球充氣、擋風(fēng)頂蓋轉(zhuǎn)動(dòng)/開(kāi)啟、探空氣球及探空儀的施放、頂蓋閉合及轉(zhuǎn)盤(pán)裝置復(fù)原、充氣釋放機(jī)構(gòu)退位、系統(tǒng)恢復(fù)到下次放球等待狀態(tài)。在自動(dòng)放球系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，傳感器自動(dòng)檢測(cè)各機(jī)械位置、氫氣泄漏量以及充氣量的控制等。當(dāng)機(jī)械位置狀態(tài)檢測(cè)值超過(guò)允許閾值時(shí)，自動(dòng)放球系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行，并顯示報(bào)警信息，提示操作員處理方法。

2 與L波段探空雷達(dá)配合完成氣球釋放的具體步驟

首先用L波段探空終端完成探空儀基值測(cè)定操作，然后將GTS1-2型探空儀與放線器及安裝基座相連接，固定在自動(dòng)放球系統(tǒng)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上，設(shè)置好氣球充氣量后，進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行操作。自動(dòng)放球系統(tǒng)自動(dòng)完成灌球操作后，將等待L波段雷達(dá)終端發(fā)送釋放氣球指令。操作人員點(diǎn)擊正點(diǎn)施放后，自動(dòng)放球系統(tǒng)自動(dòng)彈出氣球，操作員指揮L波段雷達(dá)自動(dòng)跟蹤氣球并接收整理記錄。

3 異常情況的處理辦法

地面風(fēng)速超過(guò)20米/秒時(shí)，系統(tǒng)會(huì)停止運(yùn)行；地面風(fēng)速超過(guò)設(shè)置的“大風(fēng)等待風(fēng)速”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入放球等待模式。

自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即點(diǎn)擊自動(dòng)探空控制軟件主界面“緊急停止”鍵，停止系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。

自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，軟件主界面氫氣濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)4000PPM時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)斷控制室或匯流集電源，停止系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。

如果“緊急停止”發(fā)生在探空氣球充氣前，點(diǎn)擊控制軟件主界面“自動(dòng)復(fù)位”鍵后，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位至等待放球狀態(tài)。

如果“緊急停止”發(fā)生在探空氣球充氣中或充氣后，只能使用手動(dòng)復(fù)位。

4 常見(jiàn)故障分析及排除方法

4.1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)不轉(zhuǎn)動(dòng)

首先檢查自動(dòng)放球軟件的運(yùn)行及系統(tǒng)自檢功能是否正常、是否解除“緊急停止”；空氣壓縮機(jī)故障或輸出壓力低于0．6Mpa；氣體輸送管路漏氣或集成控制閥及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)氣缸故障。

解決方法：給空氣壓縮機(jī)加電或維修空氣壓縮機(jī)；查找漏氣點(diǎn)并更換故障單元及故障氣缸。

4.2 不能充氣或不停充氣

充氣氣缸沒(méi)有旋松；氫氣輸送管路堵塞或充氣電磁閥及質(zhì)量流量計(jì)故障；氫氣泄露超標(biāo)；自動(dòng)放球控制軟件死機(jī)。

解決方法：檢查充氣氣缸的松緊狀況；查找堵塞點(diǎn)及更換相關(guān)故障電磁閥及質(zhì)量流量計(jì)；查找漏氣點(diǎn)并更換故障單元；重啟自動(dòng)放球控制軟件。

4.3 無(wú)地面氣象數(shù)據(jù)

首先檢查探空接收機(jī)與自動(dòng)探空軟件運(yùn)行是否正常、探空儀與探空接收機(jī)工作頻率設(shè)置是否一致；地面氣象儀電源未接通或串口電纜松脫；采集器或傳感器損壞；串口設(shè)置不正確。

解決方法：接通地面氣象儀電源；檢查連接好串口電纜；更換故障單元及重新設(shè)置串口參數(shù)。

4.4 頂蓋不能轉(zhuǎn)動(dòng)

地面測(cè)風(fēng)儀故障或無(wú)風(fēng)速數(shù)據(jù)顯示；伺服驅(qū)動(dòng)器故障或控制板故障；自動(dòng)繞線裝置電纜磨損或斷開(kāi)；液壓泵站或液壓油缸故障；液壓管漏油或油箱缺油。

解決方法：更換故障測(cè)風(fēng)儀、故障單元或故障控制板；更換故障電纜或液壓油缸；查找漏油點(diǎn)并更換或加油。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)與L波段探空雷達(dá)的結(jié)合進(jìn)行了初探，主要為使高空氣象觀測(cè)人員能夠更好地了解和掌握自動(dòng)探空系統(tǒng)的特點(diǎn)和操作方法，指導(dǎo)高空氣象觀測(cè)人員解決使用中遇到的技術(shù)問(wèn)題，提升高空探測(cè)的觀測(cè)質(zhì)量和準(zhǔn)確度，確保自動(dòng)探空系統(tǒng)正常運(yùn)行?？傊?，全自動(dòng)GPS探空系統(tǒng)與L波段探空雷達(dá)完美結(jié)合、相輔相成，將逐步提高我國(guó)高空觀測(cè)自動(dòng)化技術(shù)水平。

[1]李偉，等著．常規(guī)高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)手冊(cè)[M]．北京:氣象出版社,2012:2．

[2]郭啟云,孫宜軍,曹云昌,等．自動(dòng)探空系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)[M]．南京:南京大橋機(jī)器有限公司,2014:4．

P412.27

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.15.045

孫克敏，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，研究方向：大氣探測(cè)（地面及高空等綜合觀測(cè)）。