應(yīng)用全自動GPS探空系統(tǒng)實現(xiàn)常規(guī)高空氣象觀測自動化

孫克敏++張云飛++陳楊

摘要：近些年來，我國已建設(shè)完成120部L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)，實現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和集成的自動化。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，全程實現(xiàn)常規(guī)高空氣象觀測的自動化。

關(guān)鍵詞：自動化；結(jié)合；使用方法；存在問題；解決方法

中圖分類號： P412.27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.15.045

L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)在我國已布設(shè)成功，它不僅提高了我國高空氣象觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量和觀測精度，而且實現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和集成的自動化，但在充灌及施放氣球領(lǐng)域還沒有實現(xiàn)自動化，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GPS探空系統(tǒng)的自動放球部分和L波段探空系統(tǒng)釋放軟件完美結(jié)合，實現(xiàn)了充灌及釋放氣球自動化，減少或免除了臺站人員的勞動強(qiáng)度，獲得的氣象探測資料也更精準(zhǔn)，大大提高了探測高度及時空密度，全程實現(xiàn)了常規(guī)高空氣象觀測的自動化與現(xiàn)代化。

1自動放球系統(tǒng)的功能及使用方法

自動放球系統(tǒng)主要功能是控制遠(yuǎn)端站按規(guī)定的程序完成自動放球任務(wù)。自動放球系統(tǒng)首先錄取超聲測風(fēng)儀數(shù)據(jù)，決定是否具備放球條件。條件具備時依次實施的過程是：控制室空調(diào)的控制、氣源壓力的檢測及切換、分度轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動、探空儀檢測、電動窗開啟/閉合、探空儀加載、探空氣球充氣、擋風(fēng)頂蓋轉(zhuǎn)動/開啟、探空氣球及探空儀的施放、頂蓋閉合及轉(zhuǎn)盤裝置復(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)。在自動放球系統(tǒng)運行過程中，傳感器自動檢測各機(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)檢測值超過允許閾值時，自動放球系統(tǒng)自動停止運行，并顯示報警信息，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，固定在自動放球系統(tǒng)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺上，設(shè)置好氣球充氣量后，進(jìn)行自動運行操作。自動放球系統(tǒng)自動完成灌球操作后，將等待L波段雷達(dá)終端發(fā)送釋放氣球指令。操作人員點擊正點施放后，自動放球系統(tǒng)自動彈出氣球，操作員指揮L波段雷達(dá)自動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20米/秒時，系統(tǒng)會停止運行；地面風(fēng)速超過設(shè)置的“大風(fēng)等待風(fēng)速”時，系統(tǒng)會進(jìn)入放球等待模式。

自動運行過程中，出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)立即點擊自動探空控制軟件主界面“緊急停止”鍵，停止系統(tǒng)的繼續(xù)運行。

自動運行過程中，軟件主界面氫氣濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)超過4000PPM時，系統(tǒng)將自動關(guān)斷控制室或匯流集電源，停止系統(tǒng)的繼續(xù)運行。

如果“緊急停止”發(fā)生在探空氣球充氣前，點擊控制軟件主界面“自動復(fù)位”鍵后，系統(tǒng)將自動復(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，只能使用手動復(fù)位。

4常見故障分析及排除方法

4.1數(shù)控轉(zhuǎn)臺不轉(zhuǎn)動

首先檢查自動放球軟件的運行及系統(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)動轉(zhuǎn)臺氣缸故障。

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

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

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

4.3無地面氣象數(shù)據(jù)

首先檢查探空接收機(jī)與自動探空軟件運行是否正常、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

地面測風(fēng)儀故障或無風(fēng)速數(shù)據(jù)顯示；伺服驅(qū)動器故障或控制板故障；自動繞線裝置電纜磨損或斷開；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；查找漏油點并更換或加油。

5結(jié)語

本文對全自動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人員能夠更好地了解和掌握自動探空系統(tǒng)的特點和操作方法，指導(dǎo)高空氣象觀測人員解決使用中遇到的技術(shù)問題，提升高空探測的觀測質(zhì)量和準(zhǔn)確度，確保自動探空系統(tǒng)正常運行。總之，全自動GPS探空系統(tǒng)與L波段探空雷達(dá)完美結(jié)合、相輔相成，將逐步提高我國高空觀測自動化技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

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

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

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