Transcript 第十四章自动气象观测系统

第十四章 自动气象观测系统
§ 概述
§14.1 结构及工作原理
§14.2观测系统的组成
§14.3 采样和算法
§ 概述
自动气象观测系统定义：
狭义上 自动气象站（能自动地观测和存储气象观测数据的设备）
广义上 自动气象站网（一个中心站和若干自动气象站组成）
自动气象站分类：
1、按数据的时效性
实时自动气象站（能按规定的时间实时提供气象观测数据）
非实时自动气象站（不能实时提供数据）
2、按人工干预情况
有人自动站
无人自动站
§14.1 结构及工作原理
一、体系结构
二、工作原理
三、主要功能
一、体系结构
自动气象站
软件
采集软件
地面测报业务软件
远程监控软件
硬件
传感器
采集器
通讯接口
系统电源
计算机
自动气象站体系结构
集散式
总线式
集散式通过以CPU为核心的采集器集中采集和
处理分散配置的各个传感器信号。
总线式通过总线挂接各种功能模块（板）采
集和处理分散配置的各个传感器信号。
二、工作原理
1、随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元
件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数
据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量
到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素
值，并按一定的格式存储在采集器中。
2、在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在
计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。
在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数
据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成
各种气象记录报表和气象数据文件。
3、通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程
监控。
三、 主要功能
⑴ 自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、
蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要
素。
⑵ 按业务需求通过计算机输入人工观测数据。
⑶ 按照海平面气压计算公式自动计算海平面气压；
按照湿度参量的计算公式计算水汽压、相对湿度、
露点温度以及所需的各种统计量。
⑷ 编发各类气象报告。
⑸ 按《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形
成观测数据文件。
⑹ 编制各类气象报表。
⑺ 实现通讯组网和运行状态的远程监控。
§14.2观测系统的组成
观测系统的组成：硬件系统、软件系统组成
一、 硬件：传感器、采集器、系统电源、通信接口、外围设备（计算机、打印
机）
（一） 传感器
定义：能感受被测气象要素的变化并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或
装置。
组成：敏感元件、转换器
自动气象站常用的传感器有：
气压—振筒式气压传感器、膜盒式电容气压传感器、气温—铂电阻温度传感器
湿度——湿敏电容湿度传感器、
风向—单翼风向传感器
风速——风杯风速传感器、
雨量—翻斗式雨量传感器
蒸发——超声测距蒸发量传感器、
辐射—热电堆式辐射传感器
地温——铂电阻地温传感器、
日照——直接辐射表、双金属片日照传感器
（二） 数据采集器
数据采集器是自动气象站的核心。
功能是数据采样、数据处理、数据存储、数据传输。
主要技术性能为：
⑴ 数据采样速率及算法符合地面规范规定；
⑵ 采集器的电源能保证采集器至少七天正常工作，数据存
储器至少能存储三天的每分钟气压、气温、相对湿度、风
向、风速、降水量和下表列各项目的每小时正点观测数据，
能在计算机中形成规定的数据文件。
⑶ 能直接从数据采集器的显示器上读取以下所需的数据：
① 可读取瞬时的数据有：
风向、风速、气温、相对湿度、本站气压、海平面气压、降
水量、各层地温、各种辐射的辐照度等。
②可读取人工编报所需的定时数据
（三）系统电源
1、自动气象站具备高稳定性、无干扰的系统电源。
2、在有市电的地方，使用市电，并对备用电池浮充
电，以备市电出现故障时使用。若使用计算机，
则还配备不间断电源（UPS）和后备电池。
3、在无市电的地区，自动气象站可用电池供电，这
时，可用辅助电源对电池充电。可作辅助电源的
有：柴油或汽油发电机、风力发电机、太阳能电
池板等。
（四） 通信接口
联接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与
中心站等的通信联接设备。
（五）外围设备（外围设备有：计算机、打印机、
显示器）
二、系统软件（采集软件、业务软件、远程监控软件）
（一）采集软件
采集软件由厂家提供，写在采集器中。必须遵守本规范及其
它气象技术规定。
其主要功能有：
⑴ 接受和响应业务软件对参数的设置和系统时钟的调整（时
钟也可在采集器上直接调整，但必须保证采集器和计算机
时钟一致）；
⑵ 实时和定时采集各传感器的输出信号，经计算、处理形成
各气象要素值；
⑶ 存储、显示和传输各气象要素值；
⑷ 大风报警；
⑸ 运行状态监控。
（二）业务软件
业务软件根据地面气象业务的需要编制，由国务院气象主管
机构颁发。
现行台站使用的业务软件：
1、地面测报业务软件：OSSMO
2、自动气象站监控软件：SAWSS
3、通讯组网接口软件：CNIS
4、自动气象站数据质量控制软件
主要功能包括：参数设置、实时数据显示、定时数据存储、
编发气象报告、数据维护、数据审核、报表编制，按照
《全国地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形成统一
的数据文件等。
§14.3 采样和算法
一、采样
采样顺序：气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、
辐射、日照、蒸发。
采样时次：
1、气温、湿度、气压、地温、辐射→每分钟6次，1分钟平
均值为瞬时值。
2、风向、风速 →每秒钟1次，求3秒钟、2分钟、10分钟的
滑动平均值。3秒钟的平均值为瞬时值。
3、降水量、蒸发量、日照时数 →每分钟1次。
二、 算法
⑴ 平均值
气温、湿度、气压、地温、辐射均为1分钟内有效采样值的
算术平均。
风向、风速以1秒钟为步长，求3秒钟的滑动平均值；
以1秒钟为步长，求1分钟和2分钟滑动平均风速
以1分钟为步长，求10分钟滑动平均风速。
风向、风速采用滑动平均方法，计算公式（风书）
⑵ 极值选取
最大风速从10分钟平均风速值中选取。
其它要素的极值（含极大风速）均从瞬时值中选取。
⑶ 降水量、日照时数、蒸发量、辐射均计算累计值。
三、安装
（一） 基本要求
⑴ 温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发、辐射、地温、
日照传感器均按规定要求安装在观测场规定的位置上，风
向、风速传感器也可以安装在屋顶平台上，气压传感器一
般安装在数据采集器内。
⑵ 安装前应认真阅读仪器技术手册，按照要求进行安装。
不同型号的自动气象站的数据采集器安装地点不同，可安
装在观测场内或观测值班室内。
⑶ 计算机、打印机及其电源（蓄电池、UPS电源）等设备均
安放在观测值班室内。
⑷ 传感器和数据采集器用专用电缆连接。
⑸ 各传感器的安装高度应符合地面观测规范的要求。
（二） 传感器的安装
各传感器的安装见气象要素的观测中的有关章节。
（三）电缆的安装与连接
1、为了防雷、防鼠、防水和安装、维修方便，自动气象站
的电缆应穿入电缆管内，电缆管应安置在电缆沟内。
2、电缆沟要求便于排水、通风，两侧应砌砖墙，砖墙壁上
预设安置电缆管的金属支架（或金属挂钩），为防止电缆
被积水浸泡，安置电缆的金属支架（或金属挂钩）距离地
沟底的高度以不小于30cm为宜；观测场内的电缆沟一般在
小路下面，沟上面盖的水泥盖板就是小路的路面，沟的宽
度以30cm左右为宜，沟的深度以便于安装电缆和防止大雨
后积水为宜。
3、不宜建电缆沟的台站，也可采用埋电缆管和修建电缆井
的方法铺设电缆。
4、电缆不能架空架设。
（四）采集器、电源、计算机与打印机等的安装
采集器、电源、计算机与打印机等的安装位置以便
于操作为原则。
（五）避雷装置
⑴ 观测场需要安装避雷针。风向、风速传感器应在
避雷针的有效保护范围内；
⑵ 整个自动气象站设备的机壳应连接到接地装置上。
室内部分的接地线可连接在市电的地线上，也可
接到专门为自动气象站设备做的接地装置上，接
地电阻应小于5Ω；连接传感器电缆线的转接盒要
有接地装置，接地电阻应小于5Ω；设备接地端与
避雷接地网联在一起时，要通过地线等电位连接
器连接。
（六）软件安装
采集软件已由厂家在设备出厂前安装在采集
器中。配备计算机的需安装业务软件，安
装方法按照业务软件技术操作手册进行，
运行前需进行初始化。
初始化的主要内容有：
⑴ 对时(设定和修改采集器、计算机时钟)。
⑵ 设定系统管理权限。
⑶ 设定气象台基本参数和自动气象站有关
参数。
四、日常工作
⑴ 保持自动站设备处于正常连续的运行状态，每小时
正点前10分钟要查看数据采集器的显示屏或计算机显
示的实时观测数据是否正常。
⑵ 每日日出后和日落前应巡视观测场和值班室内的自
动气象站设备。
巡视的主要内容包括：查看各传感器是否正常、雨量传
感器的漏斗有无堵塞、地温传感器的埋置是否正确、
风向、风速传感器是否转动灵活、直接辐射表跟踪是
否正确等。
⑶ 自动气象站的降水量可供编发天气报、加密天气报、
加密雨量报、重要天气报用。每日08、20时仍须人工
观测雨量筒的降水量，并记入观测簿中定时降水量栏
作为正式记录。
⑷ 定时输入人工观测记录，通过地面测报业
务软件完成规定气象报告的拍发或上传，气
象记录报表的编制或数据文件的制作。
⑸定时数据需按观测记录簿格式抄入相应栏中
（基准站除外）。
⑹ 每日20时后必须认真检查当日数据是否齐
全，并做好当日数据文件的备份。
⑺ 自动气象站的数据出现缺测时，按规范规
定进行补测。
⑻ 定期取回无人值守自动气象站的数据。
五、 维护
⑴ 要定期检查维护各要素传感器，检查维护在气象要素的
观测中的有关章节中。
⑵ 每周用毛刷清洁采集器、UPS电源、计算机、打印机。
⑶ 每月检查各电缆是否有破损，各接线处是否有松动现象。
⑷ 每月检查供电设施，保证供电安全。
⑸ 每年春季对防雷设施进行全面检查，对接地电阻进行复
测。
⑹ 定期对自动气象站的传感器、采集器和整机进行现场检
查、校验。
⑺ 定期按气象计量部门制定的检定规程进行检定。
⑻备份器件设备要有专人保管，存放地方要符合要求，传感
器要完好，不要超检。
⑼无人值守的自动气象站由业务部门每三个月派技术人员到
现场检查维护。
定期检查、维护的情况记入值班日志中。对自动站数据有影
响的还要摘入备注栏。
六、自动气象站网
组成：由一个中心站、若干自动气象站通过
有线或无线通信电路和组网软件组成。
主要功能有：
1、自动观测各气象要素
2、编制和存储各类气象报告和观测数据文件
3、建立气象观测数据库
4、实现气象观测报告和观测数据文件的自动
传输、调用、实时控制
5、对系统运行的状态的远程监控。