王馳 李博 趙建凱 張晨陽 安學武

摘要：主采集器通道測量誤差直接影響自動氣象站各氣象要素觀測數(shù)據(jù)的準確性，因此對主采集器進行現(xiàn)場校準是十分必要的。本文詳細描述了DZZ5型自動氣象站主采集器的現(xiàn)場校準流程，總結(jié)了2019年對內(nèi)蒙古自治區(qū)部分DZZ5型自動氣象站主采集器的現(xiàn)場校準實際經(jīng)驗，為下一步自動站升級為多氣溫、多雨量后的主采集器的現(xiàn)場校準積累了必要的經(jīng)驗。

關鍵詞：DZZ5型自動氣象站;HY-3000數(shù)據(jù)采集器;主采集器;現(xiàn)場校準

中圖分類號：S163文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815041

收稿日期：2020-06-24

作者簡介：王馳（1990-），男，碩士，助理工程師。研究方向：氣象地面觀測設備保障。

前言

主采集器是自動氣象站（以下簡稱“自動站”）的核心，負責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)范進行處理、存儲、傳輸，并實現(xiàn)對CAN總線網(wǎng)絡的管理[1]。主采集器測量通道的誤差是自動站觀測系統(tǒng)誤差來源的重要組成部分，此誤差會對自動站觀測數(shù)據(jù)準確性產(chǎn)生影響，因此對主采集器進行周期性校準，并根據(jù)校準結(jié)果維修或更換主采集器，是保證自動站觀測數(shù)據(jù)準確性的重要手段[3]。

本文根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術保障中心對DZZ5型自動站主采集器常規(guī)6要素通道的現(xiàn)場校準實際經(jīng)驗，對主采集器的現(xiàn)場校準流程進行了總結(jié)，并對校準結(jié)果進行了討論。

1校準前的準備工作

1.1校準設備

自動站主采集器現(xiàn)場校準所使用的設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自動氣象站采集器校準儀（以下簡稱“校準儀”）。其中，校準儀是針對各型號自動站采集器的現(xiàn)場校準，由內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術保障中心與華云升達（北京）氣象科技有限責任公司研制的，其在設計要求上滿足所有氣象要素觀測值的計量要求，便于攜帶，可在野外使用，實現(xiàn)了低能耗、易維護，能很好地規(guī)避運輸中的不可控要素[5]，兼顧了自動站全功能測試、故障在線測試、備件離線檢查及設備線路板級維修輔助測試[6]。如圖1所示，校準儀工作面板的左半部分為“信號源”區(qū)域，包括接線端子、獨立顯示器、獨立鍵盤;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，信號采集與通訊控制2種狀態(tài)可以進行切換。2部分之間還有5V和12V供電端口。

1.2現(xiàn)場校準條件

現(xiàn)場校準時應滿足下列環(huán)境條件[7]：氣溫10～30℃;相對濕度≤80%。

2現(xiàn)場校準流程

現(xiàn)場校準流程如圖2所示。需要說明的是，現(xiàn)場校準應在整點過后3～5min開始，并在下個整點前10min恢復自動站正常運行，以避免干擾臺站整點數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2.1外觀檢查

使用目測法檢查主采集器外觀，檢查包括下列內(nèi)容：生產(chǎn)商、采集器型號和出廠編號等標志清晰可辨;金屬件無銹蝕及其它機械損壞;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校準儀參數(shù)設置

現(xiàn)場校準HY-3000數(shù)據(jù)采集器（以下簡稱“主采集器”）時使用校準儀工作面板的“信號源”部分。按“1溫度”按鈕，設置溫度校準點的參量值;按“2/ABC濕度”按鈕，按1輸入濕度校準點的參量值。DZZ5型自動氣象站使用的是PTB210型氣壓傳感器，通訊參數(shù)為9600 N81。按“設置”，選擇“2COM2[氣壓傳感器]”，按照PTB210的通訊參數(shù)設置校準儀COM2端口對應的通訊參數(shù)。設置完成后返回主界面，按“3/DEF氣壓”按鈕，再按1設置氣壓校準點，輸入?yún)⒘恐?按2設置傳感器型號，選擇“HYPTB210（P）”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”。按“4/GHI風向”按鈕，按1設置風向校準點，依次輸入?yún)⒘恐?按2設置傳感器型號，選擇“ZQZ-TF/EL15-2C”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”。按“7/PQRS風速”按鈕，按1設置風速校準點，依次輸入?yún)⒘恐?按2設置傳感器型號，選擇“EL15-1A/C”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”（注意：如果“邏輯電平”選項選錯，如加載12V電壓至邏輯電平電壓為5V的主采集器，可能會損壞主采集器）。按“8/TUV雨量”按鈕，按1輸入雨量校準點的參量值，注意測試雨量時首先要確認雨量是否打開，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線纜插拔與校準點數(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，先確認電腦可以正常讀取主采集器中的數(shù)據(jù);把雨量、風向、風速、溫度、濕度和氣壓測試線一端分別連接到校準儀的雨量、風向、風速、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、風向、風速和氣壓測試線另一端分別連接到采集器的I1、I/O、I2和RS232-5端口上。若自動站安裝有HY1101溫濕分采集器，則溫度、濕度測試線另一端應該連接到溫濕分采集器的對應端口上;若自動站未安裝HY1101溫濕分采集器，則把溫度、濕度測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站地面綜合觀測業(yè)務軟件ISOS中的分鐘數(shù)據(jù)出現(xiàn)人工輸入的校準點數(shù)據(jù)的可能性。

用校準儀“信號源”鍵盤輸入溫度、濕度、雨量、風向、風速和氣壓的不同校準點參量值（見表1），并進行記錄。在此操作流程中各個傳感器的校準點設置需滿足下列2個條件之一[7]：根據(jù)主采集器各通道技術指標選擇校準點;根據(jù)臺站經(jīng)緯度、海拔高度或當?shù)貧庀笠啬杲^對值等條件選擇對應的校準點。

注意主采集器校準點全部測試完后，先拔下溫度、濕度、風速、風向、氣壓和雨量測試線，將原來主采集器上的傳感器連接線重新接到對應端口上，再發(fā)送OBSAMPLE MAIN命令，直到確認雨量值為0，溫度、濕度、風速、風向、氣壓值也恢復正常后，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至當天，最后拔下RS232-1端口的測試線，將原通訊線重新接入該端口。

2.4校準點數(shù)據(jù)處理

由于人工輸入的某些校準點測試值超出本站氣象要素年絕對值數(shù)據(jù)的正常范圍，為防止人工輸入的校準點數(shù)據(jù)影響臺站的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，可以在主采集器現(xiàn)場校準完成的下一個整點通過臺站地面綜合觀測業(yè)務軟件ISOS補發(fā)更正，即在現(xiàn)場校準的那1h內(nèi)選擇正常分鐘數(shù)據(jù)中的極大風速、極大風速的風向、最大風速、最大風速的風向、最高氣溫、最低氣溫，然后在“省級自定與應急觀測”中修改對應類型的數(shù)據(jù)。另外，由于每個地方的經(jīng)緯度、海拔高度并不一致，所以輸入氣壓校準點數(shù)據(jù)后是否影響臺站氣壓觀測數(shù)據(jù)要根據(jù)ISOS軟件中“省級自定與應急觀測”最高氣壓、最低氣壓的情況進行判斷，并以此確定是否更正臺站氣壓數(shù)據(jù)。

3結(jié)束語

通過對內(nèi)蒙古自治區(qū)部分DZZ5型自動氣象站主采集器的現(xiàn)場校準，不僅對這部分DZZ5型自動站的主采集器運行情況有了詳細的數(shù)據(jù)支撐，提高了臺站氣象觀測數(shù)據(jù)的可靠性，更為下一步自動站升級為多氣溫、多雨量后的主采集器的現(xiàn)場校準積累了一定經(jīng)驗。本文僅總結(jié)了內(nèi)蒙古的DZZ5型自動氣象站主采集器的現(xiàn)場校準，而沒有討論DZZ4型自動氣象站主采集器的現(xiàn)場校準，后續(xù)可以進一步研究總結(jié)。

參考文獻

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[5]逄淑蕾，隋丹，孫哲，等.自動氣象觀測站數(shù)據(jù)采集器檢測儀的設計與功能[J].黑龍江科學，2019，10（12）：76-77.

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[8]李博.新型自動站采集器現(xiàn)場校準及數(shù)據(jù)處理[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2020（03）：77，79.

（責任編輯賈燦）