QML201數(shù)據(jù)采集器在廣西區(qū)域自動氣象站中的應(yīng)用

李艷萍，蘇禹賓，陶 偉

（廣西氣象技術(shù)裝備中心，廣西南寧530022）

廣西地處祖國南疆，境內(nèi)以丘陵山地為主，南瀕熱帶海洋，分屬中亞熱帶和南亞熱帶氣候區(qū)，因受海洋暖濕氣流和北方變性冷氣團(tuán)的交替影響，干旱、洪澇、冰雹、大風(fēng)、雷電以及地溫冷（凍）害等氣象災(zāi)害發(fā)生頻繁。區(qū)域自動氣象站網(wǎng)的建設(shè)，對中小尺度天氣的監(jiān)測和預(yù)警起了重要的作用，根據(jù)規(guī)劃，在廣西各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)1 200多個區(qū)域自動氣象站，其中300多個為四要素站。廣西鄉(xiāng)鎮(zhèn)因地理環(huán)境、氣候環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件等的約束，無法正常提供市電，自動站只能采用太陽能供電，數(shù)據(jù)通信采用無線通信傳輸。多要素自動氣象站因采集任務(wù)多、傳感器多等諸多原因，對數(shù)據(jù)采集器的性能要求更加高，尤其是在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)條件差的環(huán)境中使用，要保證自動氣象站長期穩(wěn)定運行，對采集器性能特別是從穩(wěn)定性、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等方面提出更高的要求。

QML201數(shù)據(jù)采集器是芬蘭Vaisala公司生產(chǎn)的一款低功耗、易擴(kuò)展、多種通信接口的數(shù)據(jù)采集器，內(nèi)置各種氣象要素采集算法，易于配置、維護(hù)和安裝。廣西區(qū)域自動氣象站（四要素以上）采用QML201采集器為采集核心，增加一個前置機(jī)，彌補了QML201采集器在加密功能上的不足，以GPRS通信為主要方式，可擴(kuò)展要素采集。從安裝使用以來，自動氣象站系統(tǒng)測量精確，運行穩(wěn)定，耗電量低，支持加密觀測功能，加密間隔設(shè)置靈活。

1 Q M L201數(shù)據(jù)采集器基本功能和技術(shù)參數(shù)

QML201數(shù)據(jù)采集器使用32位CPU，16位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，CPU中有1.7 MB閃存來記錄測量和計算的數(shù)據(jù)，可以擴(kuò)展存儲能力，使用可卸存儲卡（CF卡）；配有1個RS-232（COM0端）和1個RS-485（COM1端）通信端口，可通過擴(kuò)展卡再增加2個RS-232和2個RS-485通信端口。QML201數(shù)據(jù)采集器有10個模擬輸入通道、2個計數(shù)/頻率輸入通道和1個內(nèi)置的氣壓傳感器接口，因此可以根據(jù)需要增加多種要素的采集。

QML201數(shù)據(jù)采集器帶有功能強(qiáng)大的軟件，帶有氣象算法、一般運算、統(tǒng)計計算、單位換算等方法庫，自定義的數(shù)據(jù)報表和數(shù)據(jù)記錄存儲格式，用戶可方便的根據(jù)傳感器類型和數(shù)據(jù)采集處理要求建立和修改參數(shù)文件來達(dá)到數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊蟆?/p>

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集器的配置

2.1 自動氣象站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以QML201數(shù)據(jù)采集器為采集核心的自動氣象站，主要由采集器（包括各種傳感器和供電系統(tǒng)）、前置機(jī)、GPRS DTU組成（如圖1所示），通過無線網(wǎng)絡(luò)與中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，中心站也可通過無線網(wǎng)絡(luò)與自動氣象站進(jìn)行對話。自動氣象站的加密觀測時間間隔，根據(jù)每一次任務(wù)需求來設(shè)定，因此要求自動氣象站可靈活地設(shè)置加密觀測時間間隔，而QML201數(shù)據(jù)采集器，對于某一組數(shù)據(jù)記錄的自動發(fā)送，是在參數(shù)配置文件中預(yù)先設(shè)置好的，無法隨時更改自動發(fā)送時間。為了實現(xiàn)加密觀測功能并能減輕中心站的任務(wù)，我們在采集器與通信設(shè)備之間，加了前端處理機(jī)（簡稱前置機(jī)），主要用來增加加密觀測的靈活性，提高自動氣象站的數(shù)據(jù)處理傳輸速度，除此以外，前置機(jī)對其他的數(shù)據(jù)通信是透明的。

圖1 自動氣象站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 Q M L201數(shù)據(jù)采集器的配置方法

QML201數(shù)據(jù)采集器，通過Lizard Setup Software MAWS軟件來建立和修改采集器的參數(shù)配置文件。在配置文件中，可根據(jù)傳感器的輸出信號選擇采集器的輸入通道，設(shè)置計算方法和記錄格式以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，配置步驟如下：

（1）定義傳感器設(shè)備的接入和通信口設(shè)備；

（2）定義測量方法和計算方法；

（3）定義數(shù)據(jù)報表和數(shù)據(jù)日志組。

配置文件設(shè)置完成存檔后，使用Maws Terminal軟件將配置文件寫入QML201數(shù)據(jù)采集器，采集器將根據(jù)設(shè)定的采集任務(wù)和采集方法進(jìn)行工作。

目前，廣西區(qū)域自動氣象站網(wǎng)中采用QML201為采集核心的站點要素有4～7要素，分別為風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、溫度、濕度、氣壓、能見度等要素，傳感器除了氣壓、能見度、濕度是使用芬蘭Vaisala公司的傳感器以外，其他的都采用國內(nèi)的產(chǎn)品。傳感器輸出信號和采集器接入端設(shè)置如表1描述。

表1 傳感器與采集器接入端配置表

2.3 中心站數(shù)據(jù)處理方法

廣西區(qū)域自動氣象站網(wǎng)的數(shù)據(jù)接收處理，都統(tǒng)一由一個中心站完成，中心站通過網(wǎng)內(nèi)站點的唯一ID標(biāo)識來進(jìn)行站點身份識別，對站點觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、站點狀態(tài)判斷等。中心站有遠(yuǎn)程終端通信界面，可與遠(yuǎn)程QML201數(shù)據(jù)采集器透明通信，直接向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)請求和終端命令，查看采集器和傳感器運行情況。

3 運行特點

以QML201數(shù)據(jù)采集器為采集核心的廣西多要素自動氣象站已建站300個，因其采集器的功能穩(wěn)定、采集準(zhǔn)確、低功耗等優(yōu)點，自動站長期運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸及時，狀態(tài)監(jiān)控方便簡單，故障率低，主要特點如下：

（1）采集要素擴(kuò)展簡單方便。因QML201數(shù)據(jù)采集器的接入通道多，類型多樣，接入設(shè)置方便簡單，因此自動氣象站對要素的擴(kuò)展非常的容易實現(xiàn)，廣西目前已經(jīng)擴(kuò)展到了7要素。

（2）要素采集準(zhǔn)確，計算速度快，性能穩(wěn)定。QML201數(shù)據(jù)采集器有先進(jìn)的軟件功能，帶有數(shù)據(jù)校驗、多種氣象數(shù)據(jù)采集算法庫和統(tǒng)計方法庫，能保證自動氣象站要素測量和計算值的準(zhǔn)確性；有運行自監(jiān)控功能，對采集器、傳感器、通信單元等運行狀態(tài)的監(jiān)控，使得自動站得以長期穩(wěn)定運行，故障率低。

（3）低功耗，在連續(xù)的低溫陰雨天氣中仍能正常運行。QML201數(shù)據(jù)采集器的功耗低，因而降低了整個自動氣象站的功耗，采用太陽能和后備電池的供電方式，在連續(xù)的20余天的連續(xù)低溫陰雨天氣中，仍能正常運行（蓄電池未老化、通信信號良好、數(shù)據(jù)上傳間隔為1 h的情況下）。

4 結(jié)束語

QML201數(shù)據(jù)采集器具有低功耗、易擴(kuò)展、多種通信接口、準(zhǔn)確的采集算法、易于配置、維護(hù)和安裝等功能，非常適合在廣西野外環(huán)境使用，增加一個前置機(jī)，彌補了QML201采集器在加密功能上的不足，滿足了氣象業(yè)務(wù)要求。

[1]Vaisala O.Lizard Setup SoftWare MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2003

[2]Vaisala O.MAWS Terminal MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2001

[3]Vaisala O.Vaisala Hydromet system MAWS301 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[4]Vaisala O.Visibility Sensor PWD 10/20 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[5]中國氣象局﹒地面氣象觀測規(guī)范[M]﹒北京：氣象出版社，2003.

[6]中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司﹒氣象儀器和觀測方法指南(第六版)[M]﹒北京：氣象出版社，1996.