李曉波，陳樹成，崔 明，蘇連維

(天津市氣象探測(cè)中心 天津300074)

0 引 言

區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)系統(tǒng)包括自動(dòng)氣象站組網(wǎng)子站和區(qū)域站統(tǒng)一版氣象數(shù)據(jù)中心。區(qū)域自動(dòng)氣象站組網(wǎng)子站用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣壓以及能見度等氣象要素，同時(shí)還可以根據(jù)需求增加草溫、地溫以及紫外輻射等觀測(cè)要素，自動(dòng)氣象站將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至氣象數(shù)據(jù)中心。

1 天津市區(qū)域自動(dòng)氣象站組網(wǎng)模式

1.1 區(qū)域自動(dòng)氣象站組網(wǎng)子站

天津市區(qū)域自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)網(wǎng)的組網(wǎng)子站結(jié)構(gòu)和實(shí)際觀測(cè)站點(diǎn)如圖 1、2所示。自動(dòng)氣象站組網(wǎng)子站主要由各種傳感器系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等4部分構(gòu)成，也可以根據(jù)氣象子站所在地區(qū)業(yè)務(wù)需求配備微機(jī)終端和 LED顯示大屏等外圍設(shè)備。傳感器系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)氣象要素的變化轉(zhuǎn)換成電量的相應(yīng)變化，完成自動(dòng)測(cè)量。采集系統(tǒng)在中央處理器的實(shí)時(shí)控制下，根據(jù)各個(gè)氣象數(shù)據(jù)的不同時(shí)間間隔要求，完成數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，進(jìn)行預(yù)處理。通訊系統(tǒng)定時(shí)獲取采集系統(tǒng)觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至區(qū)域自動(dòng)氣象站統(tǒng)一版氣象數(shù)據(jù)中心。供電系統(tǒng)通過電源控制板，采用太陽能/蓄電池方式供電，配充放電控制電路，保證自動(dòng)站連續(xù)陰雨天內(nèi)仍然正常工作。

圖1 組網(wǎng)子站結(jié)構(gòu)Fig.1 Net station structure

圖2 實(shí)際觀測(cè)站點(diǎn)Fig.2 An automatic weather station

1.2 區(qū)域自動(dòng)氣象站要素指標(biāo)及算法

區(qū)域自動(dòng)氣象站主要觀測(cè)要素技術(shù)指標(biāo)如表 1所示。不同的要素采樣頻率不同，通常氣壓、氣溫、濕度等要素的采樣頻率為 30次/min，計(jì)算每分鐘算術(shù)平均值和小時(shí)內(nèi)極值出現(xiàn)的時(shí)間。風(fēng)速要素的采樣頻率為4次/s，以0.25,s為步長(zhǎng)求3,s滑動(dòng)平均值，以1,s為步長(zhǎng)計(jì)算每分鐘的 1,min、2,min算術(shù)平均值；以 1,min為步長(zhǎng)(取 1,min平均值)計(jì)算每分鐘的10,min滑動(dòng)平均值，并計(jì)算每分鐘、每小時(shí)內(nèi) 3,s極值(即極大風(fēng)速)和每小時(shí)內(nèi) 10,min極值(即最大風(fēng)速)以及小時(shí)內(nèi)極值對(duì)應(yīng)時(shí)間。風(fēng)向要素的采樣頻率為1次/s，計(jì)算1,min、2,min平均值，并以1,min為步長(zhǎng)(取 1,min平均值)計(jì)算每分鐘的 10,min平均值，對(duì)應(yīng)極大風(fēng)速和最大風(fēng)速時(shí)的風(fēng)向。降水量要素的采樣頻率為 1次/min，計(jì)算每分鐘水位的算術(shù)平均值，每分鐘、每小時(shí)累計(jì)值。能見度(氣象光學(xué)視程)要素的采樣頻率為4次/min，計(jì)算每分鐘算術(shù)平均值和小時(shí)內(nèi)極值及出現(xiàn)時(shí)間。

表1 區(qū)域自動(dòng)氣象站組網(wǎng)子站技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Technical indicators of substation for automatic weather group station

1.3 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

天津區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

圖3 天津區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 Network structure of Tianjin regional automatic weather station

1.4 數(shù)據(jù)傳輸方式

區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)通過通訊服務(wù)器設(shè)備(見圖4)將區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至氣象數(shù)據(jù)中心。通信服務(wù)器可以安裝在任何提供串口通信的數(shù)據(jù)采集器上，為采集器提供遠(yuǎn)程通信連接。除此之外，完成自動(dòng)站電源監(jiān)測(cè)功能、短信實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)報(bào)告等功能，最大程度保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕鋺?yīng)用場(chǎng)景如圖5所示。

圖4 通訊服務(wù)器Fig.4 Communication server

圖5 應(yīng)用場(chǎng)景Fig.5 Application scenario

1.5 組網(wǎng)中心站

天津市區(qū)域自動(dòng)氣象站組網(wǎng)中心站采用 C/S的架構(gòu)。服務(wù)器端采集所有組網(wǎng)子站的定時(shí)數(shù)據(jù)和加密數(shù)據(jù)，目前設(shè)置為 5,min加密。一方面將收集到的所有子站的觀測(cè)數(shù)據(jù)形成標(biāo)準(zhǔn)的 Z報(bào)文，上傳到國家氣象信息中心。另一方面把服務(wù)器端氣象數(shù)據(jù)中心收集到的數(shù)據(jù)保存至SQL SERVER服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。

2 提高區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的建議

根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，主要進(jìn)行以下維護(hù)工作：①每天定時(shí)查看中心站的觀測(cè)數(shù)據(jù)入庫情況，發(fā)現(xiàn)入庫變慢，立即查看中心站觀測(cè)數(shù)據(jù)入庫臨時(shí)文件是否積存過大。②每周巡視中心站服務(wù)器情況，查看服務(wù)器是否有報(bào)警，日志記錄是否有異常，運(yùn)行時(shí)間是否過長(zhǎng)等致使中心站處理數(shù)據(jù)速度變慢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)查找原因并處理。③在天氣預(yù)報(bào)有降雨等天氣過程時(shí)候，查看連接到數(shù)據(jù)庫的電腦中是否存在數(shù)據(jù)下載流量過大等現(xiàn)象，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)查。④利用組網(wǎng)中心站客戶端定期查看各個(gè)組網(wǎng)子站的運(yùn)行情況和子站數(shù)據(jù)上傳情況，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者子站 GPRS斷線，上報(bào)部門領(lǐng)導(dǎo)，組織人員立即進(jìn)行維修。

3 總 結(jié)

天津市區(qū)域自動(dòng)氣象站網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)多技術(shù)深度融合的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，為保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須對(duì)站網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)有充分的了解和掌握，在工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，保證站網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠及時(shí)恢復(fù)，保障氣象探測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性?！?/p>

［1］胡玉峰. 自動(dòng)氣象站原理與測(cè)量方法[M]. 北京：氣象出版社，2006.

［2］李黃. 自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：氣象出版社，2007.

［3］中國氣象局氣象探測(cè)中心. 新型自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：氣象出版社，2016.