CAWS600型自动气象站RS232通讯改造为光纤通讯的效率比较

2016-04-23张朝昌高艳伦景安华山东省菏泽市气象局山东菏泽74000山东省定陶县气象局山东定陶7400

安徽农业科学 2016年6期

张朝昌，高艳伦，景安华　(.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 74000；．山东省定陶县气象局，山东定陶 7400)

张朝昌1，高艳伦2，景安华1(1.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000；2．山东省定陶县气象局，山东定陶 274100)

摘要在CAWS600型自动气象站RS232通讯改造为光纤通讯的背景下，以山东省菏泽市7个气象站点为例，对采用光纤传输方式和电缆传输方式自动气象站监控软件记录数据进行比较，分析其运行日志文件记录的不成功次数、完成时间的平均值、极差、标准差。结果表明，光纤传输较电缆传输在自动气象站的运用中更为稳定，更能及时、准确、稳定地将气象资料从采集器中传输到计算机中，提高了自动气象站数据记录的效率和稳定性。

关键词自动气象站；电缆传输；光纤传输；记录分析

Comparison of Efficiency of RS232 Communication Transformed into the Optical Fiber Communication in CAWS600 Type Automatic Weather Station

ZHANG Chao-chang1, GAO Yan-lun2, JING An-hua1

(1. Heze City Meteorological Bureau in Shandong Province, Heze, Shandong 274000; 2. Dingtao County Meteorological Bureau in Shandong Province, Dingtao, Shandong 274100)

AbstractUnder the background of RS232 communication transformed into the optical fiber communication in CAWS600 type automatic weather station, with 7 weather stations in Shandong Province as example, the data of automatic weather station monitoring software was compared with the optical fiber transmission mode and cable transmission mode, the unsuccessful times, average completion time, range and standard deviation were analyzed. The results showed that optical fiber transmission is more stable than cable transmission in automatic weather stations, which can transfer meteorological data from collector to computer more timely, accurate, stable, thus improve the stability of automatic weather station.

Key wordsAutomatic weather station; Cable transmission; Optical fiber transmission; Record and analysis

自动气象站采集的气象资料要准确、及时地传递到信息中心，在这个过程中采集的气象数据要正确、稳定、及时地从采集器中下载到值班计算机中，才能进一步处理，这是保证设备稳定运行率、到报率、数据可用率的前提。目前CAWS600自动气象站采集器至计算机采用RS232通信口通过串口隔离器和四芯电缆传送[1]，传输质量易受采集器或计算机接地不良、强干扰源、电压不稳等影响。随着技术的发展，光纤传输应用更为普遍。光纤传输具有成本低廉、适应性好、扩展性好、易于维护等特点[2]。菏泽市通过先试点再推广的方式将全部CAWS600自动气象站的传输方式更换为光纤传输，笔者对更换前后的相关记录资料进行分析，探讨光纤传输应用于自动气象站的优势。

1自动气象站电缆传输转换为光纤传输方法

光纤转换器采用MOXA TCF142系列的串口转光纤转换器，具备转换串口(RS-232或RS422/485)及光纤(多模或单模)讯号的能力。CAWS600气象站DT50/500数据采集器RS232通信口接九针的COM接头，焊接4、3、1，用三芯电线连接光纤转换器的Tx、Rx、GND端，采集器端光纤转换器电源可用DY01(DY03)电源版12DV提供；值班室主机连九孔的COM口，焊接2、3、5，三芯电线连接光纤转换器Tx、Rx、GND端，采集器到值班室两光纤转换器间用光纤Tx、Rx端交叉连接，光纤转换器跳线采用1 on，2、3、4 off。

图1　光纤转换器图示Fig.1　Optical fiber converter icon

2电缆传输方式改造为光纤传输方式效果分析

2.1选择分析的数据为了分析更换传输方式后对自动气象站传输稳定度、反应速度、系统稳定度、资料完好度的影响，对SAWSS运行时自动记录运行日志进行分析，该文件名为OSSMO 2004目录下 log子目录下LOG文件，其内容有以下几类：系统启动、系统退出、分钟数据下载、正点数据下载、获取采集器时间、数据下载不成功及相关审核信息[3]。从中挑出与自动气象站传输稳定度、反应速度、系统稳定度、资料完好度有关的项目进行列示。

2.1.1启动和退出次数差。正常情况下，重启计算机或重启软件，软件应在日志内记录关闭和启动一次，软件正常退出时启动与关闭的次数是相等的，除非软件读取缺误陷入死锁、强制退出或计算机直接断电，则导致软件记录在日志内启动次数大于关闭次数。将分析时间段内相应的启动和退出次数统计后取启动与退出的差值，计算异常退出的次数，从而反映出软件与硬件配合的整个系统运行稳定度。

2.1.2正点数据下载。正常情况下，SAWSS在正点后10 s开始读取采集器处理好的正点数据[3]，写入数据文件和上传数据文件中，并在日志中记载时间。因为程序定时下载其写入日志的时间相对固定，记载的时间反映出正点数据自采集器到计算机传输稳定度、采集器反应速度和下载资料完好度。

2.1.3分钟数据下载。正常情况下，下载了正点数据后，再下载前1 h逐分钟资料，写入气压、湿度、风、降水、温度分钟数据文件中。因为程序按固定的时间差下载，其写入日志的时间相对固定，也反映出分钟数据自采集器到计算机传输稳定度、采集器反应速度和下载资料完好度。

2.1.4对时读取与返回时间差。一般情况下按参数设置的对时次数，由计算机时间对采集器时间进行检查，并用计算机时间校准采集器时间，得出计算机开始读取采集器时间至得到采集器的时间的间隔，反映出采集器反应速度，采集器时间与计算机时间同步的程度。

2.2传输效果分析

2.2.1总体分析。为了分析光纤与电缆传输方式的不同，分析表征其完成分钟数据、正点数据、对时3个对自动气象站记录的运行有重要作用的平均值来表现其总体差异、极差、标准偏差来体现其稳定性。

试点站在2013年12月31日前更换光纤，因2014年测报业务软件升级对时机制发生了变化，数据变化较大不采用其数据，其余台站均在2014年4月后更换，更换前3个月与更换后3个月的总体情况见表1，反映了以更换月为界，前3个月与后3个月的逐时次全部资料的记录情况。

表1　电缆传输转换为光纤传输前3个月与后3个月数据记录比较

从表1可以看出，由电缆传输转换为光纤传输后，在实际运行的情况下，各站点的表现不尽相同，异常退出偏少的有3个站点，总体平均偏少了1.53次异常退出。分钟数据下载时间提前的有4个站点，平均加快了0.14 s，极差变小的有4个站，平均极差偏小了6.40 s，标准偏差偏小的有4个站点，平均标准偏差偏小了0.26 s。正点数据下载时间提前的有3个站点，平均提前了0.12 s，极差变小的有4个站点，平均极差变小了5.13 s，标准偏差偏小的有3个站点，平均标准偏差偏小了0.24。对时时间缩短的有4个站点，平均缩短了0.03 s，极差变小的有4个站点，平均减小了5 s，标准偏差变小的有5个站点，平均标准偏差偏小了0.07 s。变优的各要素并未统一表现在某几个站点上，而是任何一个站点都有表现较好的一个方面。说明电缆传输和光纤传输都是非常成熟的传输方法，在各方面条件都满足的情况下都能很好地传输数据。从平均水平看，光纤传输的各项数据均优于电缆传输，这说明电缆传输的不稳定情况更多；其随时间变化、情况变化导致的传输不稳定情况多；光纤传输方式给自动站系统带来了稳定性的提高，传输数据更加及时。比如观测场距值班室距离远，按国家标准，接地电阻小于5Ω，但随时间推移接地体腐蚀变形，电阻变大或安装维修使设备接地电阻变大，从而在采集器与计算机之间有电压差，静电和干扰电压不能及时入地，造成电缆传输方式更易被干扰，曾在一站上测出计算机和传输电缆屏蔽地之间有AC35VR的电压，但用光纤传输直接隔绝了观测场与值班室计算机之间的电联接，避免了地电串扰[4]。

2.2.2逐月分析。为了分析电缆传输更换为光纤传输前后逐月变化情况，以更换月为界，比较所有台站更换前3个月、后3个月和当月逐月资料平均情况。以更换月为0月，更换前为-1、-2、-3月，更换后为1、2、3月，分析逐月的平均值、标准偏差变化趋线。分钟数据下载时间平均值标准偏差逐月变化情况见图2。正点数据下载时间平均值和标准差逐月变化情况见图3。对时时间平均值和标准差逐月变化情况见图4。

图2　分钟数据下载时间平均值和标准偏差逐月变化情况Fig.2　Monthly variation of mean and standard deviation of minutes data download time

由图2可知，在更换光纤传输后时间缩短且逐月波动减小，表明更换光纤缩短了分钟数据的下载时间，且逐月变化变小；从标准偏差可以看出，更换前3个月数据下载的时间的离散大于更换后的时间离散，标准偏差的逐月变化也变小。总体上看，更换为光纤传输后自动气象站记录的及时性和稳定性的提高是比较显著的。

图3　正点数据下载时间平均值和标准偏差逐月变化情况Fig.3　Monthly variation of mean and standard deviation of data on time download time

从图3可以看出，正点数据下载时间平均值在转换为光纤传输后曲线下降且波动减小，表明更换光纤传输提高了正点资料的下载速度，且更换后逐月变化非常小。从标准偏差可以看出，前3个月(电缆传输)数据下载的时间的离散大于更换后(光纤传输)的时间离散，即更换为光纤传输对正点资料下载的及时性和稳定性的提高是比较显著的。前3个月中(电缆传输)的-1和-2月波动不大，-3和-2月之间有明显的变化；换光纤后1～3月也有波动，但其波动比更换前-3和-2月波动几乎差一个数量级，这是其他不可预知的条件导致传输不稳定造成的，对电缆传输影响大，对光纤传输影响小，说明光纤传输抗干扰能力大于电缆传输。