天津市區(qū)域自動氣象站網(wǎng)系統(tǒng)簡介

李曉波，陳樹成，崔 明，蘇連維

(天津市氣象探測中心 天津300074)

0 引 言

區(qū)域自動氣象站網(wǎng)系統(tǒng)包括自動氣象站組網(wǎng)子站和區(qū)域站統(tǒng)一版氣象數(shù)據(jù)中心。區(qū)域自動氣象站組網(wǎng)子站用于實時監(jiān)測大氣溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓以及能見度等氣象要素，同時還可以根據(jù)需求增加草溫、地溫以及紫外輻射等觀測要素，自動氣象站將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡實時發(fā)送至氣象數(shù)據(jù)中心。

1 天津市區(qū)域自動氣象站組網(wǎng)模式

1.1 區(qū)域自動氣象站組網(wǎng)子站

天津市區(qū)域自動氣象站監(jiān)測網(wǎng)的組網(wǎng)子站結構和實際觀測站點如圖 1、2所示。自動氣象站組網(wǎng)子站主要由各種傳感器系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等4部分構成，也可以根據(jù)氣象子站所在地區(qū)業(yè)務需求配備微機終端和 LED顯示大屏等外圍設備。傳感器系統(tǒng)將對應氣象要素的變化轉換成電量的相應變化，完成自動測量。采集系統(tǒng)在中央處理器的實時控制下，根據(jù)各個氣象數(shù)據(jù)的不同時間間隔要求，完成數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，進行預處理。通訊系統(tǒng)定時獲取采集系統(tǒng)觀測到的氣象數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡實時發(fā)送至區(qū)域自動氣象站統(tǒng)一版氣象數(shù)據(jù)中心。供電系統(tǒng)通過電源控制板，采用太陽能/蓄電池方式供電，配充放電控制電路，保證自動站連續(xù)陰雨天內仍然正常工作。

圖1 組網(wǎng)子站結構Fig.1 Net station structure

圖2 實際觀測站點Fig.2 An automatic weather station

1.2 區(qū)域自動氣象站要素指標及算法

區(qū)域自動氣象站主要觀測要素技術指標如表 1所示。不同的要素采樣頻率不同，通常氣壓、氣溫、濕度等要素的采樣頻率為 30次/min，計算每分鐘算術平均值和小時內極值出現(xiàn)的時間。風速要素的采樣頻率為4次/s，以0.25,s為步長求3,s滑動平均值，以1,s為步長計算每分鐘的 1,min、2,min算術平均值；以 1,min為步長(取 1,min平均值)計算每分鐘的10,min滑動平均值，并計算每分鐘、每小時內 3,s極值(即極大風速)和每小時內 10,min極值(即最大風速)以及小時內極值對應時間。風向要素的采樣頻率為1次/s，計算1,min、2,min平均值，并以1,min為步長(取 1,min平均值)計算每分鐘的 10,min平均值，對應極大風速和最大風速時的風向。降水量要素的采樣頻率為 1次/min，計算每分鐘水位的算術平均值，每分鐘、每小時累計值。能見度(氣象光學視程)要素的采樣頻率為4次/min，計算每分鐘算術平均值和小時內極值及出現(xiàn)時間。

表1 區(qū)域自動氣象站組網(wǎng)子站技術指標Tab.1 Technical indicators of substation for automatic weather group station

1.3 組網(wǎng)結構

天津區(qū)域自動氣象站網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖 3所示。

圖3 天津區(qū)域自動氣象站網(wǎng)絡結構Fig.3 Network structure of Tianjin regional automatic weather station

1.4 數(shù)據(jù)傳輸方式

區(qū)域自動氣象站網(wǎng)通過通訊服務器設備(見圖4)將區(qū)域自動氣象站觀測數(shù)據(jù)實時發(fā)送至氣象數(shù)據(jù)中心。通信服務器可以安裝在任何提供串口通信的數(shù)據(jù)采集器上，為采集器提供遠程通信連接。除此之外，完成自動站電源監(jiān)測功能、短信實時氣象數(shù)據(jù)報告等功能，最大程度保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，其應用場景如圖5所示。

圖4 通訊服務器Fig.4 Communication server

圖5 應用場景Fig.5 Application scenario

1.5 組網(wǎng)中心站

天津市區(qū)域自動氣象站組網(wǎng)中心站采用 C/S的架構。服務器端采集所有組網(wǎng)子站的定時數(shù)據(jù)和加密數(shù)據(jù)，目前設置為 5,min加密。一方面將收集到的所有子站的觀測數(shù)據(jù)形成標準的 Z報文，上傳到國家氣象信息中心。另一方面把服務器端氣象數(shù)據(jù)中心收集到的數(shù)據(jù)保存至SQL SERVER服務器的數(shù)據(jù)庫中。

2 提高區(qū)域自動氣象站網(wǎng)系統(tǒng)運行效率的建議

根據(jù)實際工作經(jīng)驗，主要進行以下維護工作：①每天定時查看中心站的觀測數(shù)據(jù)入庫情況，發(fā)現(xiàn)入庫變慢，立即查看中心站觀測數(shù)據(jù)入庫臨時文件是否積存過大。②每周巡視中心站服務器情況，查看服務器是否有報警，日志記錄是否有異常，運行時間是否過長等致使中心站處理數(shù)據(jù)速度變慢，發(fā)現(xiàn)問題及時查找原因并處理。③在天氣預報有降雨等天氣過程時候，查看連接到數(shù)據(jù)庫的電腦中是否存在數(shù)據(jù)下載流量過大等現(xiàn)象，并及時進行調查。④利用組網(wǎng)中心站客戶端定期查看各個組網(wǎng)子站的運行情況和子站數(shù)據(jù)上傳情況，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤或者子站 GPRS斷線，上報部門領導，組織人員立即進行維修。

3 總 結

天津市區(qū)域自動氣象站網(wǎng)系統(tǒng)是一個多技術深度融合的復雜網(wǎng)絡，為保障系統(tǒng)正常運行，必須對站網(wǎng)系統(tǒng)的架構有充分的了解和掌握，在工作中不斷總結經(jīng)驗，保證站網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，能夠及時恢復，保障氣象探測數(shù)據(jù)的及時性?！?/p>

［1］胡玉峰. 自動氣象站原理與測量方法[M]. 北京：氣象出版社，2006.

［2］李黃. 自動氣象站實用手冊[M]. 北京：氣象出版社，2007.

［3］中國氣象局氣象探測中心. 新型自動氣象站實用手冊[M]. 北京：氣象出版社，2016.