多溫度雨量傳感器融合升級方法探討

王霄 謝冬 楊陽 侯硯 胥德梅

摘要：地面氣象觀測作為氣象業(yè)務(wù)的基石，對涼山州的發(fā)展至關(guān)重要，尤其在防災(zāi)減災(zāi)、精準(zhǔn)扶貧中發(fā)揮了重要作用。多溫度雨量傳感器標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，能有效解決現(xiàn)行自動氣象站溫度及雨量傳感器導(dǎo)致數(shù)據(jù)異?；蛉睖y的問題，確保溫度及雨量數(shù)據(jù)的完整性和可用性，加快了涼山州氣象現(xiàn)代化進(jìn)程。本文將對多溫度雨量傳感器融合升級方法、升級過程中存在的弊端以及解決措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：地面氣象觀測;多溫度雨量傳感器;氣象現(xiàn)代化

引言

我國地面氣象觀測自動化改革從全國試運(yùn)行正式切換調(diào)整為業(yè)務(wù)運(yùn)行，標(biāo)志著我國地面氣象觀測邁入全面自動化時代[1]，為滿足氣象現(xiàn)代化建設(shè)要求，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可用性，近期引入了多溫度雨量傳感器標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，但在其融合升級過程中存在一定的弊端，需要積極探討并提出解決措施。

1 融合升級方式

氣溫多傳感器標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)包括：三支氣溫傳感器、氣溫多傳感器標(biāo)準(zhǔn)控制器（以下簡稱溫濕分采）等，三支氣溫傳感器采集的氣溫觀測數(shù)據(jù)進(jìn)入溫濕分采，通過融合算法和監(jiān)控算法實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合為標(biāo)準(zhǔn)值[2]。

參考當(dāng)前業(yè)務(wù)臺站氣溫傳感器出現(xiàn)故障時，值班員需拆除原故障氣溫傳感器，并使用新傳感器替換原傳感器進(jìn)行氣溫觀測，整個替換過程需要花費(fèi)一定的時間，并且氣溫數(shù)據(jù)在更換前后會出現(xiàn)一定的波動，波動幅度受維護(hù)時間長短，傳感器性能差距影響，不可避免的會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的連續(xù)性受到破壞。結(jié)合業(yè)務(wù)現(xiàn)狀考慮，溫濕分采選取氣溫傳感器Ⅰ的測量結(jié)果作為業(yè)務(wù)主用數(shù)據(jù)源，氣溫傳感器Ⅱ和Ⅲ的測量結(jié)果作為熱備份數(shù)據(jù)源，將三個傳感器的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，如超出閾值±0.3℃，輸出相應(yīng)狀態(tài)碼，觀測業(yè)務(wù)軟件自動報警，并提示需要檢查異常氣溫傳感器。當(dāng)現(xiàn)用氣溫傳感器異常，標(biāo)準(zhǔn)控制器可自動切換至下一個狀態(tài)正常的熱備份氣溫數(shù)據(jù)源，切換順序為氣溫傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切換，根據(jù)氣溫數(shù)據(jù)源形成氣溫傳輸值序列，若標(biāo)準(zhǔn)值缺測，或三支溫度傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應(yīng)狀態(tài)碼。

降水多傳感器標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)包括：三個翻斗式雨量傳感器、降水多傳感器標(biāo)準(zhǔn)控制器（以下簡稱雨量分采）等，三個翻斗式雨量傳感器采集的降水觀測數(shù)據(jù)進(jìn)入雨量分采，通過融合算法和監(jiān)控算法實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合為標(biāo)準(zhǔn)值[2]。

當(dāng)前業(yè)務(wù)臺站翻斗式雨量傳感器出現(xiàn)故障時，需由臺站人員手動輸入備份站雨量數(shù)據(jù)，而且對于分鐘雨量不進(jìn)行替換，影響觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量;若對于無備份站的臺站，需由臺站人員拆除原翻斗式雨量傳感器，并使用新傳感器替換原傳感器進(jìn)行降水觀測，整個替換過程需要花費(fèi)一定的時間，特別是在降雨過程中，嚴(yán)重影響降水觀測的數(shù)據(jù)質(zhì)量，不可避免的會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的連續(xù)性受到破壞。

結(jié)合業(yè)務(wù)現(xiàn)狀考慮，雨量分采選取翻斗雨量傳感器Ⅰ的測量結(jié)果作為業(yè)務(wù)主用數(shù)據(jù)源，雨量傳感器Ⅱ或Ⅲ號的測量結(jié)果作為熱備份數(shù)據(jù)源，在整點(diǎn)將三個傳感器的小時累積降水量測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若超出閾值±0.4mm（≤10mm）或±4%（>10mm），輸出相應(yīng)狀態(tài)碼，觀測業(yè)務(wù)軟件端可實現(xiàn)自動報警，并提示需要檢查異常雨量傳感器。

若現(xiàn)用雨量數(shù)據(jù)源異常，標(biāo)準(zhǔn)控制器可自動切換至下一個狀態(tài)正常的雨量數(shù)據(jù)源，切換順序為翻斗式雨量傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切換，根據(jù)翻斗雨量數(shù)據(jù)源形成翻斗雨量傳輸值序列，切換后下一分鐘起即啟用新的數(shù)據(jù)源作為傳輸值;若標(biāo)準(zhǔn)值缺測，或三個雨量傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應(yīng)狀態(tài)碼。

要求溫濕分采和雨量分采的CAN總線（以下簡稱CAN線）及電源線并聯(lián)接入主采集器（以下簡稱主采）防雷板分采對應(yīng)接口，將原地溫分采集器（以下簡稱地溫分采）CAN線及電源線從中間剪斷，重新制作壓線端子線頭，地溫分采CAN線及電源線并聯(lián)接入雨量分采的CAN線對應(yīng)接口。照此方法接線，主采防雷板分采對應(yīng)接口應(yīng)有四根線，分別為溫濕分采CAN線的H線、L線、12V電源線、接地線。雨量分采CAN線接口應(yīng)有八根線，分別為并聯(lián)接入H接口的地溫分采和雨量分采兩根H線、并聯(lián)接入L接口的兩根L線、并聯(lián)接入12V接口的兩根12V電源線、并聯(lián)接入G接口的兩根接地線。

2 存在的弊端

采用這種方式進(jìn)行融合升級有一定弊端，由于地溫分采CAN線是并聯(lián)到雨量分采CAN線接口的，即地溫分采是與雨量分采“共用”一根CAN線，向主采傳輸數(shù)據(jù)的，若雨量分采到主采的CAN線發(fā)生故障，地溫和降水?dāng)?shù)據(jù)傳輸均會出現(xiàn)問題。在臺站維護(hù)維修過程中，如果是線路故障導(dǎo)致雨量數(shù)據(jù)異常，可以基本斷定是雨量分采到主采的CAN線或電源線故障，如果是線路故障導(dǎo)致地溫數(shù)據(jù)異常，則需要對地溫分采到雨量分采及雨量分采到主采的CAN線和電源線進(jìn)行逐個排查，增加排障難度。

3 解決措施

基于此，建議保留原地溫分采到主采CAN線及電源線不變，溫濕分采和雨量分采的兩組CAN線及電源線并聯(lián)接入主采防雷板的分采對應(yīng)接口。照此方法接線，主采防雷板分采對應(yīng)接口應(yīng)有十二根線，即并聯(lián)接入H接口的地溫分采、溫濕分采和雨量分采三根H線、并聯(lián)接入L口的三根L線、并聯(lián)接入12V口的三根12V電源線、并聯(lián)接入G口的三根接地線。

接線過程中，由于主采防雷板冷軋端子接線口大小有限，可能出現(xiàn)一個接口難以容納三根并聯(lián)接入線的情況，建議將兩個冷軋端子對接，將溫濕分采和雨量分采兩根H線、L線分別并聯(lián)接入其中一端的兩個接口，另一端接出的H線和L線，分別與地溫分采H線、L線并聯(lián)接入主材防雷板分采的H、L接口，這樣的話，主采防雷板分采每個接口就只并聯(lián)有兩根線，較便于操作，電源線也通過此種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論

采用本文所述方式進(jìn)行融合升級，地溫分采和雨量分采向主采傳輸數(shù)據(jù)互不干擾，即使雨量分采到主采CAN線或電源線故障，也只會導(dǎo)致雨量數(shù)據(jù)異常，并不會影響地溫分采向主采正常傳輸數(shù)據(jù)，相較于原升級方式，排障過程也變得比較簡單，在原有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升溫度及雨量數(shù)據(jù)的完整性和可用性，加快涼山州氣象現(xiàn)代化進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]趙剛，李炳昆，米雷等.地面氣象觀測自動化存在的問題及其對策建議[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2020，10（3）：161.

[2]多傳感器融合觀測改造說明V1.0，中國華云.