譚晗凌 周嘉健 徐黃飛 鄒慶彪

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2107-5042-7420

摘? 要：該文給出Belfort Model 6000能見度儀近一年的故障統(tǒng)計結果，通過分析發(fā)現(xiàn)目前使用電腦超級終端對能見度儀校準時容易出現(xiàn)操作失誤，因此該文基于Belfort Model 6000能見度儀開發(fā)“能見度儀智能標校平臺”，將參數(shù)設置、參數(shù)檢測與匹配、權限獲取、零校準和范圍校準等功能進行“一鍵化”設計，令設備校準便捷化和自動化，并降低人為操作失誤的概率，提高工作效率，最后給出故障維護的方法，保障設備的穩(wěn)定運行。

關鍵詞：大氣探測? ?能見度儀? ?自動化? ?能見度儀現(xiàn)場校準

中圖分類號：P415? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（b）-0027-03

Intelligent Calibration Platform of Belfort Model 6000 Visibility Meter

TAN Hanling? ?ZHOU Jiajian? ?XU Huangfei? ?ZOU Qingbiao

（Guangdong Meteorological Observation Data Senter， Guangzhou， Guangdong Province， 510080 China）

Abstract： This paper presents the fault statistics results of Belfort Model 6000 visibility instrument in recent one year. Through analysis， it is found that it is easy to make operational errors when using computer super terminal to calibrate the visibility instrument. Therefore， this paper develops a "visibility instrument intelligent calibration platform" based on Belfort Model 6000 visibility instrument， which integrates parameter setting， parameter detection and matching， authority acquisition zero calibration， range calibration and other functions are "one key" designed to make equipment calibration convenient and automatic， reduce the probability of human operation errors， improve work efficiency， and finally give fault maintenance methods to ensure the stable operation of the equipment.

Key Words： Atmospheric sounding; Visibility meter; Automation; On-site calibration forward scatter visibility meter

能見度是表征大氣透明程度的重要物理量，并且與天氣變化有密切關系^[1]。目前，能見度儀主要有透射式和散射式兩大類。透射式能見度儀因占地范圍大、低能見度下性能好等特點，其主要用于民航領域;而散射式能見度儀以其體積小和便于維護維修等特點廣泛應用于氣象領域，可為天氣預報做預警，為交通運輸安全提供更為精細化的氣象服務提供數(shù)據(jù)支撐^[2]。

在氣象上，為保障能見度儀的正常運行并按照業(yè)務要求，臺站業(yè)務人員需每6個月將對設備進行校準。目前，Belfort Model 6000能見度儀的校準方法主要是將設備與電腦相連接，利用電腦的超級終端對能見度儀進行參數(shù)設置和校準，在整個校準過程中容易出現(xiàn)人為操作失誤導致設備無法正常工作。因此，該文利用C#編程工具，基于Belfort Model 6000能見度儀，設計并開發(fā)“Belfort能見度傳感器智能標校平臺”。該平臺可自動識別能見度傳感器命令，實現(xiàn)查詢和配置能見度傳感器參數(shù);同時，平臺可自動檢查能見度傳感器配置參數(shù)，從而避免直接采用字符命令檢查傳感器導致參數(shù)誤設置;平臺采用圖形界面，實現(xiàn)一鍵式的能見度傳感器現(xiàn)場零校準和范圍校準操作，提高平臺業(yè)務人員對設備標校的工作效率。

1? 故障分析與維護

1.1 工作原理

Belfort Model 6000能見度儀是前向散射能見度儀，其是由發(fā)射機發(fā)出紅外光輻射，對其臨近的大氣樣本進行照射，大氣中的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)懸浮粒子對照射來的光輻射產生散射，由接收機接收，再通過光電轉換后，計算機解算出能見度值^[3]。

1.2 氣象光學視程

氣象光學視程，是指白熾燈發(fā)出色溫為2 700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度，其計算公式如下^[4]：

公式（1）中，是視覺對比閾值，指人眼能察覺的最小亮度對比;是大氣水平消光系數(shù)，指色溫為2 700 K的白熾光源發(fā)出的平行光束經(jīng)過大氣中單位距離的路徑損失的那部分光通量^[5]。當為0.05時，可得到公式（2）。

2? 智能標校平臺框架設計與實例應用

2.1 框架設計

目前Belfort Model 6000能見度儀校準是接入電腦超級終端，通過輸入相應指令（如“FC”獲取基本參數(shù)、“Ctrl+V”獲取超級用戶權限、“FZ”零校準、“FS”范圍校準等）和參數(shù)設置后開始校準。指令輸入的繁雜和參數(shù)設置的誤錯容易導致設備校準失敗或故障。因此，該文基于Belfort Model 6000能見度儀開發(fā)“能見度儀智能標校平臺”，該平臺具備串口設置、串口檢測、獲取權限（超級用戶）、參數(shù)檢測和匹配、零校準和范圍校準等功能。與原來使用電腦超級終端進行校準的方式相比，平臺將獲取權限、零校準和范圍校準等操作進行“一鍵化”設計，有效減少業(yè)務臺站人員的學習成本和人為失誤，具體見圖1。

能見度儀與電腦相連后運行該平臺，然后進行串口設置，并對設備供電和串口配置進行檢查，若無問題可以獲取超級用戶權限和參數(shù)設置，此時會對參數(shù)與標準參數(shù)進行匹配檢查，匹配無誤后經(jīng)依次進行零校準和范圍校準。

2.2 各功能介紹

2.2.1 參數(shù)備份

該功能是將能見度儀中當前正確的參數(shù)讀取出來并以文本格式保存至本地，當保障人員誤操作改動參數(shù)的時候能夠以此文件為基準進行參數(shù)還原，具體見圖2。

2.2.2 檢查匹配

該功能可以讓軟件讀取能見度傳感器中的各項參數(shù)值，并與保存的正常參數(shù)進行對比，從而找出參數(shù)設置不正確的項目，顯示在發(fā)送內容中，具體見圖3。

2.2.3 能見度儀校準

能見度儀校準有零校準和范圍校準，零校準作用是修正傳感器里由接收偏移造成的誤差，其主要影響高能見度讀數(shù);范圍校準作用是修正傳感器的衰減或增益，其主要影響低能見度讀數(shù)。能見度儀校準共有四步：第一步，獲取超級用戶權限;第二步，進行零校準;第三步，進行消光系數(shù)參數(shù)設置;第四步，進行范圍校準^[6]。

能見度儀無論是進行零校準還是范圍校準，都必須要先獲取超級用戶權限，該平臺只需點擊“獲得權限”按鈕即等同于在電腦的超級終端上鍵入“CTRL+V”后輸入“Foggy”密碼的操作。在開展零校準前，需要把遮光器接入接收端，然后點擊“零校準”按鈕后會進行至少兩次校準，每次約為5 min，每次中間會彈出對話框提示，具體見圖4。

在零校準結束后，需要對設備進行范圍校準。在范圍校準開始前有兩個準備工作：一是在平臺里設置校準板消光系數(shù)值，二是安裝校準板。準備工作結束后，在平臺點擊“范圍校準”后會彈出提示框，并再次確認散射系數(shù)值后，將進行至少2次的校準，每次約為5 min，每次中間會彈出對話框提示，具體見圖5。

3? 結語

通過對能見度儀的故障統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在使用超級終端校準能見度儀的過程中容易出現(xiàn)人為操作失誤。因此，該文在基于Belfort Model 6000能見度儀開發(fā)了“Belfort Model 6000能見度儀智能標校平臺”，令設備校準更為便利化和自動化，同時降低人為操作失誤的概率，提高工作效率。

參考文獻

[1] 馮蕾，鄧毅萍，李藹恂，等.霧天高速公路交通事故的特征及與能見度的關系[J].科技導報，2020，38（11）：160-168.

[2] 謝超，馬學款，張恒德.華南低能見度天氣特征及客觀預報研究[J].氣象科學，2019，39（4）：556-561.

[3] 張健，張國玉，孫高飛，等.用于校準能見度儀的標準散射體定標系統(tǒng)的校準方法[J].光子學報，2017，46（3）：202-210.

[4] 張靜，張志堅，廖菲，等.廣州站能見度數(shù)據(jù)質量評估及其參數(shù)化研究[J].熱帶氣象學報，2017，33（6）：985-991.

[5] 褚進華，唐修雄，矯健，等.能見度儀校準系統(tǒng)的不確定度評定分析[J].電子測量與儀器學報，2020，34（2）：180-187.

[6] 譚浩波，陳歡歡，吳兌，等.Model6000型前向散射能見度儀性能評估及數(shù)據(jù)訂正[J].熱帶氣象學報，2010，26（6）：687-693.

基金項目：廣東省重點領域研發(fā)計劃項目《基于5G應用的新型監(jiān)測及氣象災害視頻圖像智能識別研究》（項目編號：2020B0101130021）。

作者簡介：譚晗凌（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為氣象探測設備研發(fā)和保障。