雙套DZZ6型自動(dòng)站共享DNQ3型能見度儀串行數(shù)據(jù)輸出

滿洪艷+龐旭龍

摘要 介紹了DNQ3型能見度儀的結(jié)構(gòu)、工作原理、功能及相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)了雙套DZZ6型自動(dòng)站與DNQ3型能見度儀的共享通信，并對(duì)其通信原理、接線方法以及臺(tái)站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)說明，以期提高觀測效率并保證數(shù)據(jù)的完整性。

關(guān)鍵詞 DZZ6型自動(dòng)站；DNQ3型能見度儀；結(jié)構(gòu)；原理；共享通信；軟件設(shè)置

中圖分類號(hào) P415.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 1007-5739（2017）06-0203-01

目前，吉林省部分臺(tái)站安裝了雙套中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司生產(chǎn)的DZZ6型自動(dòng)氣象站，然而只配備1個(gè)DNQ3型能見度儀。根據(jù)現(xiàn)有的接線方法，即使雙套站同時(shí)運(yùn)行，也只能在1臺(tái)采集器上讀出能見度數(shù)據(jù)。根據(jù)能見度的通信原理，經(jīng)過試驗(yàn)，在磐石市氣象局實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)DNQ3型能見度儀同時(shí)為雙套DZZ6型自動(dòng)氣象站輸出數(shù)據(jù)，達(dá)到主備份地面觀測系統(tǒng)能見度觀測數(shù)據(jù)共享。

1 DNQ3型能見度儀結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

DNQ3型前向散射能見度儀是一種智能化的新一代大氣能見度監(jiān)測設(shè)備，具備能見度觀測和背景光測量功能。該儀器至少包含以下3個(gè)部分：傳感器、采集器和支架。其中，傳感器部分包括接收器、發(fā)射器和控制處理器等；采集器包括接口單元、中央處理單元、存儲(chǔ)單元等；支架部分包括立柱和底座。為保證設(shè)備良好運(yùn)行還應(yīng)包括供電電源、電源防雷器和蓄電池等；且可選配無線通信模塊。

1.2 工作原理

根據(jù)氣象光學(xué)視程（MOR）的定義（白熾燈發(fā)出色溫為2 700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度），通過消光系數(shù)可以計(jì)算得到氣象光學(xué)視程。當(dāng)前向散射角在20～50°范圍時(shí)，在常規(guī)大氣環(huán)境下，不論是濃度改變還是粒徑分布不同，同一散射角的散射強(qiáng)度和消光系數(shù)有很好的比例關(guān)系[1-2]。

前向散射能見度儀由發(fā)射器和接收器組成，前向散射角通常取值為25～45°。由接收器接收到的散射光的強(qiáng)度計(jì)算被采樣大氣的消光系數(shù)σ。

根據(jù)柯西米德定律計(jì)算氣象光學(xué)視程（MOR）：

MOR=-ln（ε）/σ

式中：ε為對(duì)比閾值，σ為消光系數(shù)。

當(dāng)ε=0.05時(shí)，MOR=2.996/σ。

DNQ3型能見度儀傳感器部分包括發(fā)射器、接收器和控制處理器等，通過測量35°角散射的紅外光強(qiáng)度來估算大氣光學(xué)視程（MOR）[3-4]。發(fā)射器通過紅外發(fā)光二極管發(fā)出一束紅外光射入大氣中，接收器將采樣區(qū)內(nèi)特定角度的散射光匯聚到光電傳感器的接收面上，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)處理后送至電源/控制器的數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)CPU取樣并計(jì)算后，采用適當(dāng)?shù)乃惴▽y量值轉(zhuǎn)換成氣象能見度值，再通過RS-232接口與用戶計(jì)算機(jī)通信，經(jīng)CPU采樣和計(jì)算后得到能見度值。

2 DNQ3型能見度儀主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 主要功能

可對(duì)大氣能見度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測；采用RS-232與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊；能見度儀能對(duì)自身的12 V直流電源、接收器溫度等進(jìn)行監(jiān)測。

2.2 相關(guān)參數(shù)

測量范圍10～30 000 m，測量精度為±10%。采用12 V直流電源，功率≤10 W。工作條件：環(huán)境溫度為-45～50 ℃，相對(duì)濕度0～100%，大氣壓力≥650 hPa。貯運(yùn)條件：環(huán)境溫度為 -50～60 ℃，相對(duì)濕度0～100%。

3 共享通信設(shè)計(jì)

3.1 共享通信實(shí)現(xiàn)原理

該站雙套站分別定義為A站（安裝能見度傳感器）、B站（未安裝能見度傳感器）。能見度儀通過RS-232通信接口接入采集器。通過共享能見度儀串行通信RS-232發(fā)端信號(hào)，即能見度儀的T端信號(hào)，連接到2個(gè)DZZ6采集器的R端：將A站采集器R端信號(hào)與B站采集器R端信號(hào)并聯(lián)，其連接電路如圖1所示。

3.2 接線方法

準(zhǔn)備2根做好壓線端子的導(dǎo)線，將A站采集器的R端與B站采集器R端并連，A站采集器的G端與B站采集器G端并連即可，完成接線后重啟A、B站采集器。

4 臺(tái)站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件設(shè)置

4.1 設(shè)置或讀取能見度傳感器狀態(tài)

在臺(tái)站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件SMO中設(shè)備管理菜單中點(diǎn)“維護(hù)終端”打開采集器命令終端輸入如下命令：

命令符：SENST VI

返回值為1表示傳感器開啟（SENST：設(shè)置或讀取各傳感器狀態(tài)命令；VI：能見度傳感器標(biāo)識(shí)符；單個(gè)傳感器的開啟狀態(tài)，用“0”或“1”表示，“1”表示傳感器開啟，“0”表示傳感器關(guān)閉）。

若沒有開啟能見度傳感器，則鍵入命令開啟：SENST VI 1↙

返回值：表示設(shè)置失敗，表示設(shè)置成功。

4.2 在B站SMO軟件掛接能見度傳感器

在SMO業(yè)務(wù)軟件參數(shù)設(shè)置菜單下打開觀測項(xiàng)目掛接設(shè)置對(duì)話框，將能見度傳感器掛接到新型自動(dòng)站中，同時(shí)選中“視程障礙判別”選項(xiàng)。

4.3 在B站MOI軟件中設(shè)置能見度參數(shù)

在MOI業(yè)務(wù)軟件參數(shù)菜單下打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，自動(dòng)觀測能見度數(shù)據(jù)源選擇“新型站能見度”，在一般觀測項(xiàng)目中能見度欄選擇“自動(dòng)”，視程障礙類現(xiàn)象欄選擇“自動(dòng)”。

5 結(jié)語

通過以上操作在磐石市氣象局實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)DNQ3型能見度儀同時(shí)為雙套DZZ6型自動(dòng)氣象站輸出數(shù)據(jù)，達(dá)到了主備份地面觀測系統(tǒng)能見度觀測數(shù)據(jù)共享[5]。通過業(yè)務(wù)檢驗(yàn)，此方法的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：一是可以在主備份計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)軟件上同時(shí)顯示能見度數(shù)據(jù)，在啟用備份站計(jì)算機(jī)發(fā)報(bào)時(shí)可以通過業(yè)務(wù)軟件直接讀取每1 min能見度值、10 min能見度和正點(diǎn)能見度值，省略了從主站拆卸能見度儀再安裝到備份站的步驟，簡化了應(yīng)急工作流程，極大地提高了工作效率。二是業(yè)務(wù)軟件參數(shù)設(shè)置正確、完整，同時(shí)可以完成天氣現(xiàn)象綜合判別，有利于主備份站判別觀測數(shù)據(jù)的對(duì)比。三是在主站因采集器未采集能見度而造成能見度數(shù)據(jù)缺測的情況下，可以從備份站計(jì)算機(jī)上直接讀取數(shù)據(jù)替代，減少數(shù)據(jù)缺測的次數(shù)，保證數(shù)據(jù)完整性。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2007.

[2] 中國氣象局氣象探測中心.新型自動(dòng)氣象（氣候）站功能需求書（修訂版）[Z/OL].（2015-07-09）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=O-50NKIQqqS8I7_TTuOtclHYubopHiXXwaLM_ogGE6GfEyHVuSl EOh8RcBQw7pH_i2DRPEpStSYxisxoXKyJzmeB-1WhouThV-F4XSnH kJ7.

[3] 陳美紅.前向散射型能見度儀信息特性研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2007.

[4] 中國氣象局綜合觀測司.前向散射能見度儀觀測規(guī)范（試行）[Z/OL].（2015-08-01）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=twRz_xl z5TiViV7PhYDWhB924AqC2xJI6Mf8xi3YZKn4q3buspoeLhxOfr3sqEN Cc0KuvDcyRt2l Ez3Yr5iNtWhvLcpWLzI2Vx394LdY9S3.

[5] 新型自動(dòng)氣象（氣候）站終端命令格式[Z/OL].（2010-07-14）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=3hAx4QSvPG4nWuJ-6xaad9L ia6y7HVgqfkLRspVu4Ma0DW4pbnSAtyrctTdK8tH1Qmf5d-AHvrOaomf Rw2sTgzhmznPxYeGyGGwG71l9Sx3.