Vantage Pro2自动气象站的使用维护研究

2012-09-25王志明赵廷宁彭贤锋

湖南农业科学 2012年11期

王志明，赵廷宁，田佳，骆汉，高俊，梁超，彭贤锋

（北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京 100083）

气象观测所获取的气象资料是我国环境监测体系中的重要组成部分，同时也在国民经济和社会发展中发挥着不可替代的基础性作用[1]，因此，加强气象因子本底数据的收集与观测，科学布置生态环境灾害预防与治理措施，是我国环境保护事业的当务之急。随着科技的发展，可自动采集气象因子数据的气象站在环境科学中越来越广泛的应用，有效地提高了气象观测的时空密度，改善了观测质量与可靠性，降低了观测业务成本。关于自动气象站的发展趋势以及区域自动气象站、无人值守自动气象站等基础气象设备的使用以及维护，国内外学者都做了基本的论述分析[2-3]，但对目前环境行业使用广泛的Vantage Pro2 系列自动气象站研究甚少。此型号气象站是美国公司设计生产的多功能、便携式自动观测气象站，在全球范围内具有较高的市场占有率，广泛应用于环境相关的各行业，近几年在我国也得到了大力普及。

在河北、北京、山西、四川等地应用该类型自动气象站，为相关项目的顺利开展提供了科学准确的技术支持，取得了良好的效果。在利用该类型气象站进行了长达4年的科研试验后，对该设备在硬件安装、控制台安放以及设置、气象站配套软件的使用设置以及数据传输的检测等方面所遇到的各种关键性故障比较了解，因此笔者总结出该设备的使用维护方法，为该设备在全国范围内的推广应用提供有力的技术支持。

1 Vantage Pro2 气象站简介

Vantage Pro2 自动气象站是面向气象服务、生态环境检测等的小型气象站，有体积小，重量轻，功耗小，集成度高，安装简单，工作稳定可靠等优点。气象站采用一体化设计，大屏幕液晶图形显示，利用ISS 组件采集外部的风、温、湿、光照、雨量、太阳辐射、紫外辐射、气压、露点、土壤水分、土壤温度、叶面湿度、ET 等气象因子数据，发送到Vantage Pro2 控制台，自动生成NOAA 气象报告，同时还可进行趋势分析，配合适当软件可实现网络实时气象监测，还可通过配置GPRS/CDMA 远程控制模块实现远程控制和数据传输[4]。

2 适用区概况

Vantage Pro2 自动气象站适用性较强，其温度适用区间为-40℃～+65℃；风速可测范围：1～67 m/s；降雨速率可测范围：0～1 999.9 mm/h，经长期实践显示，该类型气象站可在我国华北地区的平原、山地以及南方土石山区可长期稳定使用。目前，该类型气象站已广泛应用于：京承高速公路（北京段）、京包高速公路（北京段）、北京六环路公路工程、河北廊涿高速公路工程等华北平原区开发建设项目的水土保持监测；北京房山周口店废弃矿山项目的植被恢复研究；山西太原、阳泉以及吕梁地区黄土高原丘陵沟壑区抗旱造林技术研究；河北省丰宁县小坝子乡等北方山地高寒地带的气象因子观测；四川地震灾区灾后植被恢复研究与示范等一系列科研项目中，并圆满完成了相关环境因子数据的观测与收集，为这些项目的进一步顺利开展奠定了良好的基础。

Vantage Pro2 自动气象站检测获得的北京、河北省丰宁县、山西吕梁地区的气象数据均准确地描述了当地的气象特征，与事实相符，说明Vantage Pro2 自动气象站在这些地区能正常稳定工作；而且这些区域的气候跨度较大，说明该设备的适用范围较广。

3 气象站使用维护应注意的关键技术

3.1 硬件设备的安装使用

3.1.1 气象站固定按照仪器使用说明书安装好气象站后，为保证气象站的稳定，避免被恶劣气象条件下被大风吹倒导致气象站物理损坏，需在气象站支架的三个中间节点上布置额外加固措施。建议用木棒分别在离三个支点0.5～1．0 m 远的地方进行锚固，支架中间节点与木棒节点用铁丝连接，并且木棒与地面成一定角度，以增加铁丝的张力。

3.1.2 控制台使用维护控制台是自动气象站接收观测数据、存储以及初步分析的重要组成部分，保证控制台的长期稳定工作是整个气象观测工作程序中的重中之重。控制台安装连接见图1。除按照使用手册上的要求对控制台各个参数进行设置外，还需注意以下几个问题。

图1 控制台安装连接示意图

（1）气象站控制台内部装有温度、湿度、气压等传感器，电路板器件比较密集，在安放地点的选择上一定要注意要保证控制台的干燥，防止受潮导致的电路板短路；或者干电池漏液导致的控制台显示板被腐蚀而出现白屏等故障。实践证明，吸水纸可有效吸收控制台内部空气水分以及电池漏液，预防了对电路板的损坏，所以可在干电池外部包裹一层实验室用吸水纸后再安装到控制台内部，并不定期更换吸水纸。

（2）务必保证储存卡与控制台上的卡槽连接紧密。笔者在使用过程中曾遇到储存卡按压不紧导致的数据无法存储，或软件客户端无法连接控制台的情况，这种故障可通过安装储存卡时稍用力按压，使储存卡与控制台卡槽达到物理上的紧密结合来解决。

（3）控制台的电源配置。Vantage Pro2 自动气象站提供了交流电电源适配器和二号干电池供电两种方式。通过咨询相关技术人员和实际测试发现，二者可单独启用也可同时启用，同时启用时交流电供电优先，干电池中的化学电能作为后备电源使用，以应对可能出现的突然断电等情况。建议在外部电源稳定的情况下，交流电和干电池两种供电方式同时启用，在客观条件不允许的情况下才使用干电池供电。实践测试表明，市场上普通二号干电池在控制台内部平均气温20℃的情况下，使用平均寿命为3 个月；在天气较冷时，干电池使用寿命大大缩短，在控制台内部平均气温为5℃的情况下，干电池平均寿命仅为21 天，建议只使用干电池供电的气象站根据气温条件和实际情况合理安排电池更新频率。

3.2 软件调试

3.2.1 数据线连接软件安装好后用数据线连接控制台以及电脑，数据线分为COM 型和USB 型两种通讯端口，根据不同的接口选择与之相匹配的端口连接，系统会自动安装驱动，安装成功后就可正常使用。因为新型笔记本电脑往往没有COM 型接入端口，此时需额外配置COM 型与USB 型之间的转换连接装置，建议使用带驱动程序的转换线，否则系统会因为无法安装合适的驱动而导致转换不成功，继而无法导出或保存观测数据。另外，驱动安装后，需在气象站软件中设置软件接收终端，该终端的COM 端口数值与控制台输出终端的COM 端口数值应保持一致方才能连接成功。

3.2.2 数据传输（1）气象站安装完成后，为保证监测数据能够顺利收集与存储，务必要通过软件进行数据接收测试，具体方法如下：在气象站软件中将观测数据记录间隔由默认的30 min 改为1 min，稍等几分钟后，下载所记录的数据，查看是否有相关气象因子的观测数据，若数据存在，则整个数据传输系统畅通；若没有记录，则需进一步排查数据传输系统的各个环节。（2）在查看数据记录的同时，务必查看接收监测数据的ISS 参数。ISS 表示控制台成功记录到数据包的百分比。实践测试表明，ISS参数值正常工作时其数值为100，即控制台能够完全接收数据包。通常远距离输送、低温、电磁干扰等情况下可能会导致观测数据包丢失，此时可调整控制台与气象站之间的距离来解决，建议控制台与外部气象站之间的直线距离在200 米之内，且控制台远离电视机等电磁干扰设备。（3）需要根据实际观测情况选择数据记录间隔时间。Vantage Pro2 自动气象站存储卡内存空间一般为128 K，测试表明以30 min 为记录间隔可存储45 d 的全部气象因子数据，以60 min 为记录间隔可保存90 d 的全部气象因子数据，存储空间已满后，系统会按照时间顺序自动覆盖前期观测数据。因此，在气象因子观测过程中要根据实际情况选择数据记录间隔时间，并及时导出数据，另行保存。