DZZ5型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法

王馳 李博 趙建凱 張晨陽(yáng) 安學(xué)武

摘要：主采集器通道測(cè)量誤差直接影響自動(dòng)氣象站各氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)主采集器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是十分必要的。本文詳細(xì)描述了DZZ5型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)流程，總結(jié)了2019年對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)部分DZZ5型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為下一步自動(dòng)站升級(jí)為多氣溫、多雨量后的主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)積累了必要的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：DZZ5型自動(dòng)氣象站;HY-3000數(shù)據(jù)采集器;主采集器;現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：S163文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815041

收稿日期：2020-06-24

作者簡(jiǎn)介：王馳（1990-），男，碩士，助理工程師。研究方向：氣象地面觀測(cè)設(shè)備保障。

前言

主采集器是自動(dòng)氣象站（以下簡(jiǎn)稱“自動(dòng)站”）的核心，負(fù)責(zé)采集本身以及分采集器上掛接的所有傳感器的數(shù)據(jù)，按統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、傳輸，并實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的管理[1]。主采集器測(cè)量通道的誤差是自動(dòng)站觀測(cè)系統(tǒng)誤差來(lái)源的重要組成部分，此誤差會(huì)對(duì)自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，因此對(duì)主采集器進(jìn)行周期性校準(zhǔn)，并根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果維修或更換主采集器，是保證自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要手段[3]。

本文根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心對(duì)DZZ5型自動(dòng)站主采集器常規(guī)6要素通道的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)流程進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了討論。

1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作

1.1校準(zhǔn)設(shè)備

自動(dòng)站主采集器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)所使用的設(shè)備包括安裝有串口調(diào)試助手軟件SSCOM42的筆記本電腦和HY-2000自動(dòng)氣象站采集器校準(zhǔn)儀（以下簡(jiǎn)稱“校準(zhǔn)儀”）。其中，校準(zhǔn)儀是針對(duì)各型號(hào)自動(dòng)站采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，由內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心與華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司研制的，其在設(shè)計(jì)要求上滿足所有氣象要素觀測(cè)值的計(jì)量要求，便于攜帶，可在野外使用，實(shí)現(xiàn)了低能耗、易維護(hù)，能很好地規(guī)避運(yùn)輸中的不可控要素[5]，兼顧了自動(dòng)站全功能測(cè)試、故障在線測(cè)試、備件離線檢查及設(shè)備線路板級(jí)維修輔助測(cè)試[6]。如圖1所示，校準(zhǔn)儀工作面板的左半部分為“信號(hào)源”區(qū)域，包括接線端子、獨(dú)立顯示器、獨(dú)立鍵盤;右半部分為“采集器”區(qū)域，包括接線端子、共用顯示器、共用鍵盤，信號(hào)采集與通訊控制2種狀態(tài)可以進(jìn)行切換。2部分之間還有5V和12V供電端口。

1.2現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)滿足下列環(huán)境條件[7]：氣溫10～30℃;相對(duì)濕度≤80%。

2現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)流程

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)流程如圖2所示。需要說(shuō)明的是，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)應(yīng)在整點(diǎn)過(guò)后3～5min開始，并在下個(gè)整點(diǎn)前10min恢復(fù)自動(dòng)站正常運(yùn)行，以避免干擾臺(tái)站整點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2.1外觀檢查

使用目測(cè)法檢查主采集器外觀，檢查包括下列內(nèi)容：生產(chǎn)商、采集器型號(hào)和出廠編號(hào)等標(biāo)志清晰可辨;金屬件無(wú)銹蝕及其它機(jī)械損壞;各通道傳感器連接線、通訊線和電源線接插件連接可靠[7]。

2.2校準(zhǔn)儀參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)HY-3000數(shù)據(jù)采集器（以下簡(jiǎn)稱“主采集器”）時(shí)使用校準(zhǔn)儀工作面板的“信號(hào)源”部分。按“1溫度”按鈕，設(shè)置溫度校準(zhǔn)點(diǎn)的參量值;按“2/ABC濕度”按鈕，按1輸入濕度校準(zhǔn)點(diǎn)的參量值。DZZ5型自動(dòng)氣象站使用的是PTB210型氣壓傳感器，通訊參數(shù)為9600 N81。按“設(shè)置”，選擇“2COM2[氣壓傳感器]”，按照PTB210的通訊參數(shù)設(shè)置校準(zhǔn)儀COM2端口對(duì)應(yīng)的通訊參數(shù)。設(shè)置完成后返回主界面，按“3/DEF氣壓”按鈕，再按1設(shè)置氣壓校準(zhǔn)點(diǎn)，輸入?yún)⒘恐?按2設(shè)置傳感器型號(hào)，選擇“HYPTB210（P）”;按3設(shè)置邏輯電平，選擇“5V”。按“4/GHI風(fēng)向”按鈕，按1設(shè)置風(fēng)向校準(zhǔn)點(diǎn)，依次輸入?yún)⒘恐?按2設(shè)置傳感器型號(hào)，選擇“ZQZ-TF/EL15-2C”;按3設(shè)置邏輯電平，選擇“5V”。按“7/PQRS風(fēng)速”按鈕，按1設(shè)置風(fēng)速校準(zhǔn)點(diǎn)，依次輸入?yún)⒘恐?按2設(shè)置傳感器型號(hào)，選擇“EL15-1A/C”;按3設(shè)置邏輯電平，選擇“5V”（注意：如果“邏輯電平”選項(xiàng)選錯(cuò)，如加載12V電壓至邏輯電平電壓為5V的主采集器，可能會(huì)損壞主采集器）。按“8/TUV雨量”按鈕，按1輸入雨量校準(zhǔn)點(diǎn)的參量值，注意測(cè)試雨量時(shí)首先要確認(rèn)雨量是否打開，即按“9/WXYZ雨量開?！卑粹o，使顯示屏雨量的狀態(tài)顯示“ON”。

2.3線纜插拔與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取

先將主采集器RS232-1端口上的端子拔下，再將與電腦連接的USB轉(zhuǎn)串口接入RS232-1端口。打開串口調(diào)試助手，發(fā)送OBSAMPLE MAIN命令，先確認(rèn)電腦可以正常讀取主采集器中的數(shù)據(jù);把雨量、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度和氣壓測(cè)試線一端分別連接到校準(zhǔn)儀的雨量、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度和COM2端口上;將主采集器上I1、I/O、I2和COM2端口上的端子拔下，把雨量、風(fēng)向、風(fēng)速和氣壓測(cè)試線另一端分別連接到采集器的I1、I/O、I2和RS232-5端口上。若自動(dòng)站安裝有HY1101溫濕分采集器，則溫度、濕度測(cè)試線另一端應(yīng)該連接到溫濕分采集器的對(duì)應(yīng)端口上;若自動(dòng)站未安裝HY1101溫濕分采集器，則把溫度、濕度測(cè)試線另一端分別連接到主采集器的CH1、CH2端口即可。

發(fā)送DATE YYYY-MM-DD（YYYY為年，MM為月，DD為日）命令修改主采集器的日期，為方便工作人員操作，改為測(cè)試的前1d即可，返回“T”則表示修改成功[8]。此操作目的是減少臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件ISOS中的分鐘數(shù)據(jù)出現(xiàn)人工輸入的校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的可能性。

用校準(zhǔn)儀“信號(hào)源”鍵盤輸入溫度、濕度、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速和氣壓的不同校準(zhǔn)點(diǎn)參量值（見表1），并進(jìn)行記錄。在此操作流程中各個(gè)傳感器的校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置需滿足下列2個(gè)條件之一[7]：根據(jù)主采集器各通道技術(shù)指標(biāo)選擇校準(zhǔn)點(diǎn);根據(jù)臺(tái)站經(jīng)緯度、海拔高度或當(dāng)?shù)貧庀笠啬杲^對(duì)值等條件選擇對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn)。

注意主采集器校準(zhǔn)點(diǎn)全部測(cè)試完后，先拔下溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓和雨量測(cè)試線，將原來(lái)主采集器上的傳感器連接線重新接到對(duì)應(yīng)端口上，再發(fā)送OBSAMPLE MAIN命令，直到確認(rèn)雨量值為0，溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓值也恢復(fù)正常后，發(fā)送DATE YYYY-MM-DD（YYYY為年，MM為月，DD為日）命令將主采集器的日期恢復(fù)至當(dāng)天，最后拔下RS232-1端口的測(cè)試線，將原通訊線重新接入該端口。

2.4校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理

由于人工輸入的某些校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)試值超出本站氣象要素年絕對(duì)值數(shù)據(jù)的正常范圍，為防止人工輸入的校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)影響臺(tái)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，可以在主采集器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)完成的下一個(gè)整點(diǎn)通過(guò)臺(tái)站地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件ISOS補(bǔ)發(fā)更正，即在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的那1h內(nèi)選擇正常分鐘數(shù)據(jù)中的極大風(fēng)速、極大風(fēng)速的風(fēng)向、最大風(fēng)速、最大風(fēng)速的風(fēng)向、最高氣溫、最低氣溫，然后在“省級(jí)自定與應(yīng)急觀測(cè)”中修改對(duì)應(yīng)類型的數(shù)據(jù)。另外，由于每個(gè)地方的經(jīng)緯度、海拔高度并不一致，所以輸入氣壓校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)后是否影響臺(tái)站氣壓觀測(cè)數(shù)據(jù)要根據(jù)ISOS軟件中“省級(jí)自定與應(yīng)急觀測(cè)”最高氣壓、最低氣壓的情況進(jìn)行判斷，并以此確定是否更正臺(tái)站氣壓數(shù)據(jù)。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)部分DZZ5型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，不僅對(duì)這部分DZZ5型自動(dòng)站的主采集器運(yùn)行情況有了詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，提高了臺(tái)站氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，更為下一步自動(dòng)站升級(jí)為多氣溫、多雨量后的主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)積累了一定經(jīng)驗(yàn)。本文僅總結(jié)了內(nèi)蒙古的DZZ5型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，而沒(méi)有討論DZZ4型自動(dòng)氣象站主采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，后續(xù)可以進(jìn)一步研究總結(jié)。

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（責(zé)任編輯賈燦）