多温度雨量传感器融合升级方法探讨

王霄 谢冬 杨阳 侯砚 胥德梅

摘要：地面气象观测作为气象业务的基石，对凉山州的发展至关重要，尤其在防灾减灾、精准扶贫中发挥了重要作用。多温度雨量传感器标准控制系统，能有效解决现行自动气象站温度及雨量传感器导致数据异常或缺测的问题，确保温度及雨量数据的完整性和可用性，加快了凉山州气象现代化进程。本文将对多温度雨量传感器融合升级方法、升级过程中存在的弊端以及解决措施进行探讨。

关键词：地面气象观测;多温度雨量传感器;气象现代化

引言

我国地面气象观测自动化改革从全国试运行正式切换调整为业务运行，标志着我国地面气象观测迈入全面自动化时代[1]，为满足气象现代化建设要求，提升数据准确性和可用性，近期引入了多温度雨量传感器标准控制系统，但在其融合升级过程中存在一定的弊端，需要积极探讨并提出解决措施。

1 融合升级方式

气温多传感器标准系统包括：三支气温传感器、气温多传感器标准控制器（以下简称温湿分采）等，三支气温传感器采集的气温观测数据进入温湿分采，通过融合算法和监控算法实现多传感器数据融合为标准值[2]。

参考当前业务台站气温传感器出现故障时，值班员需拆除原故障气温传感器，并使用新传感器替换原传感器进行气温观测，整个替换过程需要花费一定的时间，并且气温数据在更换前后会出现一定的波动，波动幅度受维护时间长短，传感器性能差距影响，不可避免的会导致数据的连续性受到破坏。结合业务现状考虑，温湿分采选取气温传感器Ⅰ的测量结果作为业务主用数据源，气温传感器Ⅱ和Ⅲ的测量结果作为熱备份数据源，将三个传感器的测量结果与标准值进行对比，如超出阈值±0.3℃，输出相应状态码，观测业务软件自动报警，并提示需要检查异常气温传感器。当现用气温传感器异常，标准控制器可自动切换至下一个状态正常的热备份气温数据源，切换顺序为气温传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切换，根据气温数据源形成气温传输值序列，若标准值缺测，或三支温度传感器均超出阈值，则传输值记为缺测，并输出相应状态码。

降水多传感器标准系统包括：三个翻斗式雨量传感器、降水多传感器标准控制器（以下简称雨量分采）等，三个翻斗式雨量传感器采集的降水观测数据进入雨量分采，通过融合算法和监控算法实现多传感器数据融合为标准值[2]。

当前业务台站翻斗式雨量传感器出现故障时，需由台站人员手动输入备份站雨量数据，而且对于分钟雨量不进行替换，影响观测数据的质量;若对于无备份站的台站，需由台站人员拆除原翻斗式雨量传感器，并使用新传感器替换原传感器进行降水观测，整个替换过程需要花费一定的时间，特别是在降雨过程中，严重影响降水观测的数据质量，不可避免的会导致数据的连续性受到破坏。

结合业务现状考虑，雨量分采选取翻斗雨量传感器Ⅰ的测量结果作为业务主用数据源，雨量传感器Ⅱ或Ⅲ号的测量结果作为热备份数据源，在整点将三个传感器的小时累积降水量测量结果与标准值数据进行对比，若超出阈值±0.4mm（≤10mm）或±4%（>10mm），输出相应状态码，观测业务软件端可实现自动报警，并提示需要检查异常雨量传感器。

若现用雨量数据源异常，标准控制器可自动切换至下一个状态正常的雨量数据源，切换顺序为翻斗式雨量传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切换，根据翻斗雨量数据源形成翻斗雨量传输值序列，切换后下一分钟起即启用新的数据源作为传输值;若标准值缺测，或三个雨量传感器均超出阈值，则传输值记为缺测，并输出相应状态码。

要求温湿分采和雨量分采的CAN总线（以下简称CAN线）及电源线并联接入主采集器（以下简称主采）防雷板分采对应接口，将原地温分采集器（以下简称地温分采）CAN线及电源线从中间剪断，重新制作压线端子线头，地温分采CAN线及电源线并联接入雨量分采的CAN线对应接口。照此方法接线，主采防雷板分采对应接口应有四根线，分别为温湿分采CAN线的H线、L线、12V电源线、接地线。雨量分采CAN线接口应有八根线，分别为并联接入H接口的地温分采和雨量分采两根H线、并联接入L接口的两根L线、并联接入12V接口的两根12V电源线、并联接入G接口的两根接地线。

2 存在的弊端

采用这种方式进行融合升级有一定弊端，由于地温分采CAN线是并联到雨量分采CAN线接口的，即地温分采是与雨量分采“共用”一根CAN线，向主采传输数据的，若雨量分采到主采的CAN线发生故障，地温和降水数据传输均会出现问题。在台站维护维修过程中，如果是线路故障导致雨量数据异常，可以基本断定是雨量分采到主采的CAN线或电源线故障，如果是线路故障导致地温数据异常，则需要对地温分采到雨量分采及雨量分采到主采的CAN线和电源线进行逐个排查，增加排障难度。

3 解决措施

基于此，建议保留原地温分采到主采CAN线及电源线不变，温湿分采和雨量分采的两组CAN线及电源线并联接入主采防雷板的分采对应接口。照此方法接线，主采防雷板分采对应接口应有十二根线，即并联接入H接口的地温分采、温湿分采和雨量分采三根H线、并联接入L口的三根L线、并联接入12V口的三根12V电源线、并联接入G口的三根接地线。

接线过程中，由于主采防雷板冷轧端子接线口大小有限，可能出现一个接口难以容纳三根并联接入线的情况，建议将两个冷轧端子对接，将温湿分采和雨量分采两根H线、L线分别并联接入其中一端的两个接口，另一端接出的H线和L线，分别与地温分采H线、L线并联接入主材防雷板分采的H、L接口，这样的话，主采防雷板分采每个接口就只并联有两根线，较便于操作，电源线也通过此种方式进行转换。

4 结论

采用本文所述方式进行融合升级，地温分采和雨量分采向主采传输数据互不干扰，即使雨量分采到主采CAN线或电源线故障，也只会导致雨量数据异常，并不会影响地温分采向主采正常传输数据，相较于原升级方式，排障过程也变得比较简单，在原有基础上，进一步提升温度及雨量数据的完整性和可用性，加快凉山州气象现代化进程。

参考文献

[1]赵刚，李炳昆，米雷等.地面气象观测自动化存在的问题及其对策建议[J].农业灾害研究，2020，10（3）：161.

[2]多传感器融合观测改造说明V1.0，中国华云.