DZZ5型自动气象站主采集器的现场校准方法

王驰 李博 赵建凯 张晨阳 安学武

摘要：主采集器通道测量误差直接影响自动气象站各气象要素观测数据的准确性，因此对主采集器进行现场校准是十分必要的。本文详细描述了DZZ5型自动气象站主采集器的现场校准流程，总结了2019年对内蒙古自治区部分DZZ5型自动气象站主采集器的现场校准实际经验，为下一步自动站升级为多气温、多雨量后的主采集器的现场校准积累了必要的经验。

关键词：DZZ5型自动气象站;HY-3000数据采集器;主采集器;现场校准

中图分类号：S163文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815041

收稿日期：2020-06-24

作者简介：王驰（1990-），男，硕士，助理工程师。研究方向：气象地面观测设备保障。

前言

主采集器是自动气象站（以下简称“自动站”）的核心，负责采集本身以及分采集器上挂接的所有传感器的数据，按统一的规范进行处理、存储、传输，并实现对CAN总线网络的管理[1]。主采集器测量通道的误差是自动站观测系统误差来源的重要组成部分，此误差会对自动站观测数据准确性产生影响，因此对主采集器进行周期性校准，并根据校准结果维修或更换主采集器，是保证自动站观测数据准确性的重要手段[3]。

本文根据内蒙古自治区大气探测技术保障中心对DZZ5型自动站主采集器常规6要素通道的现场校准实际经验，对主采集器的现场校准流程进行了总结，并对校准结果进行了讨论。

1校准前的准备工作

1.1校准设备

自动站主采集器现场校准所使用的设备包括安装有串口调试助手软件SSCOM42的笔记本电脑和HY-2000自动气象站采集器校准仪（以下简称“校准仪”）。其中，校准仪是针对各型号自动站采集器的现场校准，由内蒙古自治区大气探测技术保障中心与华云升达（北京）气象科技有限责任公司研制的，其在设计要求上满足所有气象要素观测值的计量要求，便于携带，可在野外使用，实现了低能耗、易维护，能很好地规避运输中的不可控要素[5]，兼顾了自动站全功能测试、故障在线测试、备件离线检查及设备线路板级维修辅助测试[6]。如图1所示，校准仪工作面板的左半部分为“信号源”区域，包括接线端子、独立显示器、独立键盘;右半部分为“采集器”区域，包括接线端子、共用显示器、共用键盘，信号采集与通讯控制2种状态可以进行切换。2部分之间还有5V和12V供电端口。

1.2现场校准条件

现场校准时应满足下列环境条件[7]：气温10～30℃;相对湿度≤80%。

2现场校准流程

现场校准流程如图2所示。需要说明的是，现场校准应在整点过后3～5min开始，并在下个整点前10min恢复自动站正常运行，以避免干扰台站整点数据的发送。

2.1外观检查

使用目测法检查主采集器外观，检查包括下列内容：生产商、采集器型号和出厂编号等标志清晰可辨;金属件无锈蚀及其它机械损坏;各通道传感器连接线、通讯线和电源线接插件连接可靠[7]。

2.2校准仪参数设置

现场校准HY-3000数据采集器（以下简称“主采集器”）时使用校准仪工作面板的“信号源”部分。按“1温度”按钮，设置温度校准点的参量值;按“2/ABC湿度”按钮，按1输入湿度校准点的参量值。DZZ5型自动气象站使用的是PTB210型气压传感器，通讯参数为9600 N81。按“设置”，选择“2COM2[气压传感器]”，按照PTB210的通讯参数设置校准仪COM2端口对应的通讯参数。设置完成后返回主界面，按“3/DEF气压”按钮，再按1设置气压校准点，输入参量值;按2设置传感器型号，选择“HYPTB210（P）”;按3设置逻辑电平，选择“5V”。按“4/GHI风向”按钮，按1设置风向校准点，依次输入参量值;按2设置传感器型号，选择“ZQZ-TF/EL15-2C”;按3设置逻辑电平，选择“5V”。按“7/PQRS风速”按钮，按1设置风速校准点，依次输入参量值;按2设置传感器型号，选择“EL15-1A/C”;按3设置逻辑电平，选择“5V”（注意：如果“逻辑电平”选项选错，如加载12V电压至逻辑电平电压为5V的主采集器，可能会损坏主采集器）。按“8/TUV雨量”按钮，按1输入雨量校准点的参量值，注意测试雨量时首先要确认雨量是否打开，即按“9/WXYZ雨量开停”按钮，使显示屏雨量的状态显示“ON”。

2.3线缆插拔与校准点数据读取

先将主采集器RS232-1端口上的端子拔下，再将与电脑连接的USB转串口接入RS232-1端口。打开串口调试助手，发送OBSAMPLE MAIN命令，先确认电脑可以正常读取主采集器中的数据;把雨量、风向、风速、温度、湿度和气压测试线一端分别连接到校准仪的雨量、风向、风速、温度、湿度和COM2端口上;将主采集器上I1、I/O、I2和COM2端口上的端子拔下，把雨量、风向、风速和气压测试线另一端分别连接到采集器的I1、I/O、I2和RS232-5端口上。若自动站安装有HY1101温湿分采集器，则温度、湿度测试线另一端应该连接到温湿分采集器的对应端口上;若自动站未安装HY1101温湿分采集器，则把温度、湿度测试线另一端分别连接到主采集器的CH1、CH2端口即可。

发送DATE YYYY-MM-DD（YYYY为年，MM为月，DD为日）命令修改主采集器的日期，为方便工作人员操作，改为测试的前1d即可，返回“T”则表示修改成功[8]。此操作目的是减少台站地面综合观测业务软件ISOS中的分钟数据出现人工输入的校准点数据的可能性。

用校准仪“信号源”键盘输入温度、湿度、雨量、风向、风速和气压的不同校准点参量值（见表1），并进行记录。在此操作流程中各个传感器的校准点设置需满足下列2个条件之一[7]：根据主采集器各通道技术指标选择校准点;根據台站经纬度、海拔高度或当地气象要素年绝对值等条件选择对应的校准点。

注意主采集器校准点全部测试完后，先拔下温度、湿度、风速、风向、气压和雨量测试线，将原来主采集器上的传感器连接线重新接到对应端口上，再发送OBSAMPLE MAIN命令，直到确认雨量值为0，温度、湿度、风速、风向、气压值也恢复正常后，发送DATE YYYY-MM-DD（YYYY为年，MM为月，DD为日）命令将主采集器的日期恢复至当天，最后拔下RS232-1端口的测试线，将原通讯线重新接入该端口。

2.4校准点数据处理

由于人工輸入的某些校准点测试值超出本站气象要素年绝对值数据的正常范围，为防止人工输入的校准点数据影响台站的数据质量控制，可以在主采集器现场校准完成的下一个整点通过台站地面综合观测业务软件ISOS补发更正，即在现场校准的那1h内选择正常分钟数据中的极大风速、极大风速的风向、最大风速、最大风速的风向、最高气温、最低气温，然后在“省级自定与应急观测”中修改对应类型的数据。另外，由于每个地方的经纬度、海拔高度并不一致，所以输入气压校准点数据后是否影响台站气压观测数据要根据ISOS软件中“省级自定与应急观测”最高气压、最低气压的情况进行判断，并以此确定是否更正台站气压数据。

3结束语

通过对内蒙古自治区部分DZZ5型自动气象站主采集器的现场校准，不仅对这部分DZZ5型自动站的主采集器运行情况有了详细的数据支撑，提高了台站气象观测数据的可靠性，更为下一步自动站升级为多气温、多雨量后的主采集器的现场校准积累了一定经验。本文仅总结了内蒙古的DZZ5型自动气象站主采集器的现场校准，而没有讨论DZZ4型自动气象站主采集器的现场校准，后续可以进一步研究总结。

参考文献

[1] 江苏省无线电科学研究所有限公司.DZZ4型自动气象站用户手册[M].无锡：江苏省无线电科学研究所有限公司，2014.

[2]张天华，郭瑞宝.自动气象站采集器通道及合成误差分析[J].气象与环境科学，2018，41（02）：118-123.

[3]韩广鲁，孙嫣，任燕，等.自动气象站数据采集器校准方法[J].山东气象，2015（01）：57-59.

[4]华云升达北京气象科技有限责任公司.DZZ5型自动气象站用户手册[M].北京：华云升达（北京）气象科技有限责任公司，2013.

[5]逄淑蕾，隋丹，孙哲，等.自动气象观测站数据采集器检测仪的设计与功能[J].黑龙江科学，2019，10（12）：76-77.

[6]内蒙古气象技术装备保障手册编写组.内蒙古气象技术装备保障手册[M].呼和浩特：内蒙古自治区气象局，2013.

[7]QX/T291-2015，自动气象站数据采集器现场校准方法[S].北京：气象出版社，2015.

[8]李博.新型自动站采集器现场校准及数据处理[J].内蒙古科技与经济，2020（03）：77，79.

（责任编辑贾灿）