新型自动气象站应用前景

2015-04-09新疆石河子炮台气象站炮台镇832066孟祥君

石河子科技 2015年5期

关键词：气象站采集器总线

（新疆石河子炮台气象站，炮台镇，832066）孟祥君

新型自动气象站应用前景

（新疆石河子炮台气象站，炮台镇，832066）孟祥君

自动气象站是地基观测系统重要组成部分，其探测水平和运行能力决定着国家气象基本业务能力和气象服务水平。新型自动气象站投入业务运行无疑又是向前迈了一大步，具有非常广阔应用前景。

地面测报；新型自动气象站；应用

1 新型自动气象站应用背景

炮台镇于上世纪1954年9月建站，1984年地面测报业务引入了PC1500计算机，由于当时软硬件的落后,工作中它还不是主角，只是制作毛发湿度表订正图、编制仪器检定订正表、制作气压简表和气象要素计算等一些辅助工作。2004年7月1日地面测报软件OSSMO2004正式投入业务运行，主要的气象要素观测、编发报由计算机来完成，云、能、天、蒸发、日照、冻土、雪深等要素的观测仍由人工去做，地面气象观测报表除附加信息须由手工输入计算机外，其他都由软件自动完成。2004年至2014年大约10年间，我们称之半自动化时代。新型自动气象站从2014年1月1日在我站正式使用。

2 新型自动气象站目前使用状况

综观使用新型自动气象站实践情况，它的性能大大优于老站，特别是它的数据采样的可靠性和文件传输的及时性，可以说它的设备稳定运行率、到报率和数据可用率基本上达到了百分之百。说到它的可靠性，迄今为止本站还未曾发生过气象要素值有任何跳变的现象，短时天气所引起要素值剧变应属合理范围，更不用说可疑、错误和缺测的观测记录了。网络传输方面，内网不通的事情时有出现，但很快在较短的时间内上传成功而且没有超过其要求的时间限制。新型自动站业务运行的其他方面也是正常顺利且皆无大碍。

3 新型自动气象站系统结构设计

新型自动气象站设计采用了国际标准，并遵循标准、开放的技术路线。在结构设计方面采用“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的方式。其中“主/分采集器”以主采集器系统为核心，根据观测需要配置相应的分采集器系统，采集系统设备在观测场的布局分布采用分布式布设方式，根据传感器放置要求布设各分采集器系统，主采集器和分采集器均为独立模块各自独立运行，通过CAN总线把主采集器和各分采集器连接起来，各分采集器通过CAN总线把观测数据传送给主采集器。因此，新型自动气象站在系统结构设计和系统设备布设处理都十分便捷。

4 新型自动气象站的关键技术

4.1 嵌入式系统技术

嵌入式系统技术是在应用系统中嵌入以高性能微处理器系统为核心的数据处理技术。在新型自动气象站观测系统中采用了以ARM标准构架的ARM9系列32位微处理器作为系统的核心控制器，并构成主采集器系统，系统加载Linux操作系统和文件处理系统，可以在数据采集器端实现各种综合处理能力，其中包括各种复杂数学计算处理、对观测数据进行的质量控制处理、数据文件存储处理、WebServer服务等。

4.2 外部总线技术

外部总线技术是可以通过简单的连接方式实现部件之间的现场数据通信技术，通过外部总线可以实现各部件、模块之间的连接以及数据的传输处理。在新型自动气象站技术标准中，外部总线采用CAN总线标准，数据通信协议采用CanOpen通信协议，CAN总线配置有硬件的控制器，当有多个节点同时需要向总线发出数据时，控制器可以按照事先预定设计的优先级，自动控制发送数据的顺序，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其在网络线负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况，CAN的直线通信距离最远可达10km，通信速率最高可达1Mbps。

5 新型自动气象站的优越性

新型自动气象站与之前使用的自动气象站相比，其优势表现在以下几个方面。

5.1 标准化能力的提高

为了提高标准化能力新型自动气象站是按照统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路开发研制的，因此不同厂家生产的各种部件和模块可以进行互换，这将方便基层观测台站对设备的维护和保障，同时降低了维护成本。

5.2 技术性能的提高

在新型自动气象站引入了嵌入式系统，可以大大提高自动气象站的数据处理能力，使许多复杂数据分析、处理计算功能在数据采集器端得以实现。嵌入式系统丰富的外设处理单元、多种通讯端口，可以非常方便实现自动气象站数据通讯处理、远程访问的功能，CAN总线的运用既加强了新型自动气象站系统内部的通讯联系和可靠性，又规范了主采集器与各分采集器的通讯格式，使不同厂家设备的互换有了明确的标准，同时采用CAN现场总线制，可以无限地接入各种智能传感器和一般传感器，在已建新型自动气象站扩展新的测量要素或增加传感器时不需要对系统已有传感器进行连接、布线做改动，只需将新的分采集器或传感器加入系统中，然后进行简单地软件升级配置即可。

5.3 高精度的多要素

新型自动气象站采用新的数据处理技术，可以实现高精度的测量，例如用铠装铂电阻替代HMP45D测量温度等。在观测要素方面增加了大量的新要素，其中包括红外地温、称重式雨量、土壤水分、云能天的观测等。

5.4 大容量的数据存储

在新型自动气象站中，除了配置大容量Flash存储器，同时还配置了大容量CF卡（SD卡）存储器，实现资料双备份，减少了数据资料的丢失，而且观测数据记录采用业务上的数据格式存储，使观测数据的存储变得更加方便、快捷。

5.5 高精度的时钟

新型自动气象站时钟电路采用走时精度高的时钟芯片，同时采用GPS对时，不仅提高了时钟观测准确度，还有效减少了程序设计和台站操作的复杂度。

5.6 多种通讯方式的处理能力

新型自动气象站配置了多种数据通讯端口，包括RS232，RS485，CAN，RJ45，UBS等通讯端口，通过以上通讯端口可以十分方便地以各种通讯方式接入各种外部设备及分采集器系统，同时直接通过RJ45端口可以实现远程或本地方式的连接，用户可以登陆采集器系统，对采集器系统进行访问。

5.7 可维护性的提高

新型自动气象站采用了模块化设计方式，各模块独立运行，因此在维护方面减小了最小维护单元的规模，当某一个分采集器系统和某个出现问题或运行故障时，只需单独断开其与主系统的连接，进行维护、维修处理操作，在此期间整套主系统仍然可以继续运行。

5.8 计量可操作性的提高

新型自动气象站常规六要素中温湿度采用智能传感器的处理方式，气压传感器本身以串口数据形式输出，加上风向、风速、雨量的数据输出格式都为数字信号，而在测量方面数字测量通道产生的测量误差很小。因此，新型自动气象站常规六要素的计量检定完全可以独立进行，与主采集无关，从而解决了长期困扰计量检定工作的被检传感器的测量数据与采集器相关的问题。