◆王 楓 武玉龍 呂玥玥

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簡(jiǎn)述呼和浩特市氣象站自動(dòng)放球系統(tǒng)

◆王 楓1武玉龍2呂玥玥1

(1.中國(guó)氣象局上海物資管理處 上海 200050；2.呼和浩特市氣象局 內(nèi)蒙古 010051)

隨著氣象現(xiàn)代化事業(yè)的不斷發(fā)展，氣象觀測(cè)設(shè)備的數(shù)量和類(lèi)型日益增多，現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對(duì)氣象觀測(cè)設(shè)備智能化的期望也越來(lái)越高。高空氣象探測(cè)存在大量偶然性和不確定性，特別是遇到雷暴、強(qiáng)降水、大風(fēng)等惡劣天氣時(shí)常會(huì)導(dǎo)致遲放重放，甚至缺測(cè)。自動(dòng)放球系統(tǒng)使用智能化的氣球充氣及探空儀施放，解決了在惡劣天氣條件下、放球難的問(wèn)題，提高探測(cè)質(zhì)量，為天氣預(yù)報(bào)服務(wù)提供更穩(wěn)定的參考依據(jù)。

自動(dòng)放球；安裝流程；大風(fēng)放球

1 自動(dòng)放球系統(tǒng)概述

1.1 主要功能與性能

自動(dòng)放球系統(tǒng)是常規(guī)高空氣象觀測(cè)系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，具有探空氣球自動(dòng)充灌、自動(dòng)施放等功能。該系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制一套機(jī)械裝置代替復(fù)雜的人工操作，實(shí)現(xiàn)從探空氣球充氣到探空氣球攜帶探空儀施放全過(guò)程的自動(dòng)化，以保障在雷暴、大風(fēng)、強(qiáng)降雨等惡劣天氣條件下，高空探測(cè)工作的正常進(jìn)行。

1.2 自動(dòng)放球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)放球系統(tǒng)由自動(dòng)放球方艙、氫氣源及氫氣輸送管道、探空工作室、超聲波測(cè)風(fēng)儀等配套設(shè)施組成。見(jiàn)圖1自動(dòng)放球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中自動(dòng)放球方艙由氣體控制室、電氣控制室、氣球施放室三部分組成。氣體控制室由匯流集裝置、氫氣泄漏檢測(cè)儀、氣體輸送高壓軟管等構(gòu)成；電氣控制室由配電分機(jī)、控制分機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、串口分機(jī)、交換機(jī)、伺服控制箱、電機(jī)減速器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、空調(diào)、UPS電源等構(gòu)成；氣球施放室由充氣施放裝置、放球筒、擋風(fēng)頂蓋、光柵、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、氫氣泄漏檢測(cè)儀、防爆照明燈等構(gòu)成。配套設(shè)施由配電系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、避雷針、安防設(shè)施、PC計(jì)算機(jī)等等組成。

圖1 自動(dòng)放球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 呼和浩特市氣象站建設(shè)內(nèi)容

2.1 選址要求

自動(dòng)放球方艙安裝場(chǎng)地應(yīng)平坦堅(jiān)實(shí)、四周開(kāi)闊，半徑50米范圍內(nèi)無(wú)架空電線(xiàn)、建筑、林木等障礙物，并遠(yuǎn)離排水不暢的低洼地。同時(shí)，安裝場(chǎng)地還應(yīng)滿(mǎn)足10噸起重機(jī)作業(yè)的需要，運(yùn)輸?shù)缆放榔露炔淮笥?5°，最小轉(zhuǎn)彎半徑不小于9米，凈高不小于4.5米，以便于運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)入、起重機(jī)吊裝及各種設(shè)備移動(dòng)、存放[1]。自動(dòng)放球方艙與L波段雷達(dá)配合使用，兩者的相對(duì)位置關(guān)系在選址時(shí)也需要考慮在內(nèi)。

（1）相對(duì)距離。自動(dòng)放球方艙相對(duì)L波段雷達(dá)天線(xiàn)的直線(xiàn)距離應(yīng)大于60米，且不能處于L波段雷達(dá)天線(xiàn)與原有人工放球點(diǎn)的連線(xiàn)上。

（2）相對(duì)高度。L波段雷達(dá)仰角存在下限，因此自動(dòng)放球方艙與L波段雷達(dá)天線(xiàn)的相對(duì)高度，應(yīng)使雷達(dá)跟蹤方艙裝載平臺(tái)（距地面高度850mm）上待釋放的探空儀時(shí)，L波段雷達(dá)天線(xiàn)仰角指示不低于-3°。

（3）相對(duì)方位。自動(dòng)放球方艙應(yīng)處于相對(duì)于L波段雷達(dá)天線(xiàn)地面盛行風(fēng)的下風(fēng)方向，且自動(dòng)放球方艙軸線(xiàn)與起始放球時(shí)L波段雷達(dá)天線(xiàn)光電軸指向應(yīng)盡可能相互垂直，以避免探空儀升空后出現(xiàn)過(guò)頂跟蹤丟球的情況。

2.2 基礎(chǔ)建設(shè)

在架設(shè)安裝自動(dòng)放球系統(tǒng)前，架設(shè)臺(tái)站需要預(yù)先修建施工架設(shè)場(chǎng)地的道路、建好方艙基礎(chǔ)平臺(tái)和管道敷設(shè)地溝等，保證其他建設(shè)工作順利進(jìn)行，縮短方艙建設(shè)時(shí)間。

2.3 自動(dòng)放球方艙

將自動(dòng)放球方艙用12噸的吊車(chē)，吊裝到先前建設(shè)好的方艙基礎(chǔ)平臺(tái)上。設(shè)備吊裝完成后，進(jìn)行方艙水平基準(zhǔn)標(biāo)定和方艙方位零度標(biāo)定。標(biāo)定完成后，放置地腳螺栓，澆筑混凝土，將方艙固定在方艙基礎(chǔ)平臺(tái)上。

2.4 超聲波測(cè)風(fēng)儀

首先將超聲波測(cè)風(fēng)儀、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋和安裝桿組裝起來(lái)，然后將超聲波測(cè)風(fēng)儀頂端的“N”標(biāo)志與正北方向?qū)R，最后將其固定在先前建設(shè)好的超聲波測(cè)風(fēng)儀安裝桿基礎(chǔ)平臺(tái)上。

2.5 氫氣輸送管道焊接

呼和浩特市氣象站高空氣象觀測(cè)站采用電解水制氫。在制氫房的灌球室出氣口處增加1個(gè)三通，通過(guò)三通引出兩路管路，其中一路保留人工充氣功能，另一路經(jīng)氫氣管道連接至自動(dòng)放球方艙。

2.6 探空值班室

安裝有自動(dòng)放球系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)安裝在高空氣象站探空工作室內(nèi)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋與自動(dòng)放球方艙聯(lián)接。自動(dòng)放球系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)與高空氣象站探空雷達(dá)終端協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)氣球施放的聯(lián)動(dòng)[2]。探空工作室可遠(yuǎn)程管理監(jiān)控自動(dòng)放球方艙內(nèi)設(shè)備運(yùn)行，并通過(guò)自動(dòng)放球方艙內(nèi)外安裝的攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

2.7 配套設(shè)施

配套設(shè)施主要包括自動(dòng)放球系統(tǒng)建設(shè)的供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、防雷設(shè)施、安防設(shè)施等。

（1）供配電系統(tǒng)

在自動(dòng)放球方艙5米范圍內(nèi)安裝室外配電箱，并通過(guò)電纜線(xiàn)將室外配電箱與高空氣象觀測(cè)站供電端連接。其中電源電壓為AC220V，電源頻率為50Hz，電源負(fù)荷不小于10kW。

（2）通信系統(tǒng)

自動(dòng)放球方艙與探空工作室之間采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋通信方式。

（3）防雷設(shè)施

由于高空氣象觀測(cè)站現(xiàn)有的防雷設(shè)施能夠覆蓋自動(dòng)放球系統(tǒng)，按照規(guī)定沒(méi)有增設(shè)防雷設(shè)施，但在進(jìn)出自動(dòng)放球方艙和探空工作室的電源電纜、網(wǎng)線(xiàn)等我們加裝金屬套管并與高空氣象觀測(cè)站現(xiàn)有地網(wǎng)進(jìn)行了等電位連接。

（4）安防設(shè)施

在距自動(dòng)放球方艙四周外圍5米處，建設(shè)隔離柵欄，并在其顯著位置設(shè)置“氫氣危險(xiǎn)嚴(yán)禁煙火”的警示標(biāo)志。

3 總結(jié)

呼和浩特市氣象站自動(dòng)放球系統(tǒng)的使用，將結(jié)束一直以來(lái)探空氣球只能由人工釋放的歷史。通過(guò)了解自動(dòng)放球系統(tǒng)基本功能與結(jié)構(gòu)，對(duì)于高空觀測(cè)人員，提高了工作效率以及放球時(shí)間與氣球釋放的實(shí)際性與同步性。不僅減輕了高空氣象站業(yè)務(wù)人員的工作量，更解決了業(yè)務(wù)人員惡劣天氣下放球難的問(wèn)題。

[1]李偉，張春暉，孟昭林等.L波段氣象探測(cè)網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010.

[2]郭啟云，李偉，劉鳳琴.L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)定位高度應(yīng)用于位勢(shì)高度的研究分析[J].儀器儀表學(xué)報(bào)（增刊），2011.