■黃茜 周睿 龍志軍

（永順縣氣象局 湖南 湘西416700）

地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息檢測(cè)技術(shù)

■黃茜 周睿 龍志軍

（永順縣氣象局 湖南 湘西416700）

在21世紀(jì)下，科技的飛速發(fā)展極大地推動(dòng)了氣象觀測(cè)技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展，使得氣象觀測(cè)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，地面氣象觀測(cè)設(shè)備越來(lái)越多樣，功能越來(lái)越強(qiáng)大。本文圍繞地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備，在梳理和明確其運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)上，從檢測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)和檢測(cè)信息編碼設(shè)計(jì)兩方面對(duì)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)設(shè)計(jì)展開(kāi)探討。

地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)設(shè)計(jì)

0 前言

氣象災(zāi)害的發(fā)生往往會(huì)給人們帶來(lái)較為嚴(yán)重的影響和損失，且影響較為廣泛，以農(nóng)業(yè)、航海、交通方面影響最為顯著，特別是最近兩年，伴隨全球環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，氣候變化異常，氣象災(zāi)害發(fā)生頻繁。為了減少氣象災(zāi)害發(fā)生及其給人類(lèi)帶來(lái)的損失損害，對(duì)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加強(qiáng)檢測(cè)尤為重要。

1 地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)計(jì)思路

伴隨自動(dòng)化技術(shù)、智能技術(shù)在地面氣象觀測(cè)事業(yè)中應(yīng)用的不斷成熟，一些新的地面氣象觀測(cè)設(shè)備誕生了，這些氣象觀測(cè)設(shè)備與常規(guī)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備不同，是自動(dòng)化程度更高，工作性能更優(yōu)的一批新型現(xiàn)代化地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備。如紅外地溫觀測(cè)設(shè)備、輻射觀測(cè)設(shè)備、云能天觀測(cè)設(shè)備、自動(dòng)土壤水分觀測(cè)設(shè)備、梯度風(fēng)能觀測(cè)設(shè)備等等[1]。其中，某些自動(dòng)化地面氣象觀測(cè)設(shè)備已在一些地區(qū)的氣象觀測(cè)系統(tǒng)中運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間，尚處于測(cè)試階段，發(fā)展階段。

根據(jù)這些新型地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備的性能特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)組成，對(duì)于其運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)計(jì)，應(yīng)順應(yīng)地面自動(dòng)氣象站總體發(fā)展趨勢(shì)，以第二代地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站為研究核心。第二代地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站基于控制器區(qū)域網(wǎng)嵌入式技術(shù)和CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，硬件部分采用主采集器、分采集器、傳感器、外部總線和外圍設(shè)備組合而成，軟件部分包括業(yè)務(wù)軟件和嵌入式軟件。因而地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)計(jì)，應(yīng)以業(yè)務(wù)需求為出發(fā)點(diǎn)，以維修維護(hù)為基本條件，首先對(duì)氣象觀測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，以此為依據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)分類(lèi)，然后依據(jù)分類(lèi)在主要觀測(cè)點(diǎn)處設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)編碼設(shè)計(jì)，最后參照國(guó)家有關(guān)文件將地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)所得信息編制成文件。

2 地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)上面介紹，以第二代為代表的地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備應(yīng)劃分為以下幾類(lèi)：采集設(shè)備、外圍設(shè)備、觀測(cè)設(shè)備和軟件模塊。采集設(shè)備包括主采集器和若干個(gè)分采集器；外圍設(shè)備包括CAN總線、供電設(shè)備、通信設(shè)備、終端設(shè)備等；觀測(cè)設(shè)備包括風(fēng)、雨、云觀測(cè)，蒸發(fā)觀測(cè)，紅外地溫觀測(cè)，氣壓觀測(cè)、溫濕度觀測(cè)及新增地面觀測(cè)模塊；軟件模塊包括各種業(yè)務(wù)軟件和嵌入式軟件。這四類(lèi)氣象觀測(cè)設(shè)備之下的各構(gòu)成模塊又由若干個(gè)可維修更換的元器件組成[2]。

在對(duì)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備分好類(lèi)基礎(chǔ)上，開(kāi)始確定運(yùn)行狀態(tài)信息檢測(cè)點(diǎn)位置。主采集器檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)包括主板溫度、主板電源、CAN總線、便攜式內(nèi)存卡、全球定位系統(tǒng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等十幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。分采集器（氣候、地溫和溫濕三類(lèi)分采集器）檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)包括主板溫度、供電類(lèi)型、工作電壓、計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接口等二十幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。不同檢測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)指標(biāo)不盡相同，工作電壓電流的運(yùn)行狀態(tài)有正常、偏高/偏低、未檢測(cè)、超上限/下限等幾種狀態(tài)；供電類(lèi)型的運(yùn)行狀態(tài)有交、直流兩種；采集器、通信裝置、收發(fā)裝置等的運(yùn)行狀態(tài)有正常、故障等幾種狀態(tài)，傳感器、電纜的運(yùn)行狀態(tài)主要有正常、損壞、接觸不良、偏高/低、超上限/下限等[3]。軟件部分的檢測(cè)點(diǎn)包括嵌入式軟件通信、參數(shù)設(shè)置，軟件運(yùn)行狀態(tài)、嵌入式軟件時(shí)間同步性等，分正常、異常、錯(cuò)誤、同步、不同步等幾種狀態(tài)。

2.2 檢測(cè)信息編碼設(shè)計(jì)

地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)信息的編碼設(shè)計(jì)包括三部分，即狀態(tài)值、設(shè)備各組成結(jié)構(gòu)單元和運(yùn)行狀態(tài)名稱(chēng)。對(duì)于地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)值的編碼可以用英文字母N和0到9的數(shù)字來(lái)表示。不同設(shè)備類(lèi)型不同的運(yùn)行狀態(tài)要分別進(jìn)行統(tǒng)一編碼，例如傳感器、采集器等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)為I類(lèi)，這類(lèi)設(shè)備的正常、故障和無(wú)檢查狀態(tài)分別用0、2、9表示，而無(wú)設(shè)備無(wú)配置則用N來(lái)表示。這幾個(gè)編碼在所有類(lèi)型設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)編碼中具有普遍適用性，均代表正常、故障和無(wú)檢查。而其余數(shù)字在不同類(lèi)型設(shè)備中則分別表示其他不同的運(yùn)行狀態(tài)。各組成結(jié)構(gòu)單元的編碼采用NXX形式，XX為各結(jié)構(gòu)名稱(chēng)，而Z則代表狀態(tài)變量，如主分采集器的結(jié)構(gòu)編碼分別為ZMC、ZCC，氣壓觀測(cè)的結(jié)構(gòu)編碼為ZPP，能見(jiàn)度觀測(cè)的結(jié)構(gòu)編碼為ZVV等。運(yùn)行狀態(tài)名稱(chēng)的編碼采用大寫(xiě)的英文字母表示，不同結(jié)構(gòu)下的同一種運(yùn)行狀態(tài)可以采用相同的字母來(lái)表示，而對(duì)于同一結(jié)構(gòu)不同運(yùn)行狀態(tài)則采用數(shù)字來(lái)加以區(qū)分[4]。例如，8個(gè)地溫傳感器的工作電壓依次可以表示為PV1、PV2、PV3……。對(duì)于地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備綜合運(yùn)行狀態(tài)的編碼可以在各模塊編碼后加“S”后綴來(lái)表示，且運(yùn)行狀態(tài)名稱(chēng)的編碼必須要保證在三位，若不足三位可以用空格來(lái)補(bǔ)齊。

3 總結(jié)

綜上，在信息技術(shù)飛速發(fā)展，氣象觀測(cè)重要性日益突出的背景下，地面氣象觀測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化將會(huì)以較快的速度持續(xù)發(fā)展下去，地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)也將會(huì)得到快速的發(fā)展。所以在今后的研究和設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)對(duì)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)信息文件進(jìn)行合理編碼，提高運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)水準(zhǔn)。

[1]汪波.用于地面氣象觀測(cè)的北斗衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué),2012.

[2]翀裴 .綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)（ASOM）設(shè)計(jì)[D].北京郵電大學(xué),2012.

[3]張璇.全國(guó)區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D].電子科技大學(xué),2015.

[4]李成偉.自動(dòng)氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集器檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),2010.

X3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-396-1