南海石油平臺海洋自動氣象站選址安裝

周嘉健，徐黃飛

(廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，廣州 510080)

0 引言

南海沿海各省在現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系建設(shè)中加大了對海洋氣象的投入，尤其是南海海洋氣象綜合觀測業(yè)務(wù)取得了長足的發(fā)展，同時進(jìn)行了一系列海洋氣象方面的科研與試驗工作。但海洋氣象監(jiān)測業(yè)務(wù)仍顯薄弱，監(jiān)測站點偏少、分布不均勻、監(jiān)測設(shè)備老化等造成了海洋探測資料嚴(yán)重匱乏，該現(xiàn)象成為了相關(guān)部門當(dāng)前和今后一段時間面臨的挑戰(zhàn)。海洋石油平臺自動氣象站的建設(shè)能提高南海海域海洋氣象立體觀測能力；改進(jìn)和完善臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、大風(fēng)和海霧等海洋氣象災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)；推進(jìn)海洋氣象預(yù)警信息覆蓋整個南海，構(gòu)成一個覆蓋全省的立體氣象防災(zāi)減災(zāi)體系；大力提升海洋氣象服務(wù)能力，提高對南海的災(zāi)害性天氣的防護(hù)能力和提高預(yù)報預(yù)測準(zhǔn)確率，同時增強防御和減輕氣象災(zāi)害的服務(wù)能力。

1 海洋自動氣象站介紹

由廣東省氣象計算機應(yīng)用開發(fā)研究所研發(fā)的海洋石油平臺自動氣象站，基于CAN總線技術(shù)，具有數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸功能，可連續(xù)觀測氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和降水量等氣象要素；還可添加多種海洋觀測要素傳感器如海水溫鹽、潮位、波浪等數(shù)據(jù)處理功能，包括缺測檢查、自動補收、校驗、審核等[1，2]。

1.1 海洋石油平臺自動氣象站結(jié)構(gòu)

海洋石油平臺自動氣象站由硬件和軟件組成。硬件分為采集器、傳感器、外部總線和外圍設(shè)備；軟件分為采集、業(yè)務(wù)和通信軟件。采集器包括1個主采集器和若干個分采集器；外圍設(shè)備主要包括電源、終端計算機、通信接口等。

1.2 海洋石油平臺自動氣象站特點

自動氣象站是專門用于氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、計算處理和存儲的設(shè)備，可對連續(xù)自動探測記錄風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓和降水等氣象要素的值，進(jìn)行計算、編報、顯示處理，同時可實現(xiàn)資料遠(yuǎn)距離傳輸，自動氣象站具有如下特點：

1)高穩(wěn)定性和可靠性。為保證自動氣象站具有高穩(wěn)定性和可靠性，選用高可靠性的元件和傳感器，從硬件電路和軟件編程方面對系統(tǒng)進(jìn)行可靠性處理，引入系統(tǒng)質(zhì)量控制設(shè)計。

2)高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和可信度。選配性能穩(wěn)定的氣象傳感器，使系統(tǒng)的準(zhǔn)確度滿足南海海洋氣象觀測業(yè)務(wù)的需求。

3)輸出數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化。提供標(biāo)準(zhǔn)串口(RS-232)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線或有線數(shù)據(jù)傳輸顯示，并可通過接口實現(xiàn)自動氣象站單站或組網(wǎng)自動校時、遠(yuǎn)程控制配置參數(shù)等功能。

4)接口通道防雷安全措施嚴(yán)密。使用防靜電感應(yīng)接口芯片，大大減少靜電感應(yīng)危害；使用防雷器件、光電隔離、多重DC/DC供電隔離技術(shù)，防范雷擊和干擾。

5)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模塊化、集成化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化。要求系統(tǒng)自動化程度高，適應(yīng)性、通用性強，可實現(xiàn)模塊化組合。且具有靈活的擴展性，能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展中不斷增加的要素要求。

6)嵌入采集器軟件操作靈活，硬件維護(hù)方便。操作保護(hù)功能嚴(yán)密，任何誤操作均無效，可以通過小鍵盤的輸入進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置。硬件的設(shè)計采用模塊化、板塊化，同時有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)檢測盒，為故障維修提供方便。

1.3 通信方式

本站建立專門的海上石油平臺自動氣象站數(shù)據(jù)處理及傳輸系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)處理及時和數(shù)據(jù)完整，采用北斗衛(wèi)星通信[3，4]進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收，確保數(shù)據(jù)完整率不低于96%，數(shù)據(jù)傳輸頻率為5 min/次。

1.4 供電形式

海洋自動氣象站具有兩種供電方式：一是市電供電(交流供電)；二是直流供電(蓄電池供電)。

平臺上提供220 V的交流電，雖然平臺保證24 h供電，為確保自動氣象站采集資料萬無一失，設(shè)計為自動氣象站提供交流電和蓄電池組兩種方式，采用自動切換裝置，當(dāng)交流電中斷時自動切換為蓄電池組供電。具體設(shè)備安裝電路說明如下：

1)交流電源：交流電源(220 V)從配電房內(nèi)引出至自動氣象站設(shè)備采集箱內(nèi)。

2)自動氣象站系統(tǒng)電源：自動氣象站系統(tǒng)采用13.6 V直流供電。AC220 V交流電經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)镈C13.6 V，設(shè)計最大輸出功率為80 W，實際在給蓄電池充電時最大功率<30 W。供電設(shè)備具有自動切換功能，當(dāng)交流電源停止供電時，負(fù)載供電會自動切換至從蓄電池組輸出。

2 自動氣象站選址與安裝建設(shè)要求

海洋自動氣象站的安裝，尤其是在石油平臺上，安裝過程中會受到各方因素影響。

2.1 安裝地點選擇

石油平臺是一個位于海洋上的大型結(jié)構(gòu)設(shè)施，用于鉆井提取石油和天然氣。每個平臺包含生產(chǎn)區(qū)(也稱作業(yè)區(qū))和生活區(qū)。生產(chǎn)區(qū)包含開采等作業(yè)，有各種開采設(shè)施，而生活區(qū)是工作人員居住的地方。因此，在平臺上自動氣象站需要安裝在盡可能遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)的生活區(qū)內(nèi)，這樣觀測得到的數(shù)據(jù)才具有代表性。由于所建設(shè)的站點位于南海，主要降水和臺風(fēng)的路徑等基本從南面發(fā)生，因此自動氣象站安裝的位置盡可能選取西南或東南方向。

2.2 機箱、北斗通信設(shè)備和各傳感器的安裝要求

安裝在石油平臺上的海洋自動氣象站能測量溫度、相對濕度、風(fēng)向風(fēng)速、雨量、氣壓和能見度，具體安裝要求如下：

1)傳感器和防爆機箱等盡量地選擇生活區(qū)內(nèi)通風(fēng)良好和開闊地點進(jìn)行安裝，可初步選定在平臺相對較高的甲板邊緣，最大限度避免遮擋造成的誤差，并盡可能選取西南或東南方向；

2)對于風(fēng)傳感器的安裝，為確保風(fēng)要素探測的準(zhǔn)確性，盡量在平臺邊緣相對開闊地點的制高點安裝風(fēng)向風(fēng)速傳感器，同時考慮該點的盛行風(fēng)向，風(fēng)桿底座與安裝點平臺焊接牢固；

3)溫度與濕度傳感器放入同一個百葉箱中，并且溫度傳感器在濕度傳感器南面；百葉箱和北斗通信終端安裝在T型桿上，T型桿安裝在防爆機箱背面，而防爆機箱通過4個固定腳焊接在甲板上；

4)北斗的安裝要求四面無遮擋(30°仰角無阻礙)，否則影響信號發(fā)射；

5)雨量傳感器的安裝地點附近應(yīng)盡可能無遮擋，若四周沒有合適的選擇，則可以架在平臺圍欄處。

6)能見度傳感器的安裝則需要注意接收端和發(fā)射端的方向。接收端在南，發(fā)射端在北，這樣能避免太陽光直接到達(dá)接收端而影響觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時安裝點也要盡可能保證四周無遮擋物和反光物。

3 結(jié)束語

海洋石油平臺自動氣象站的建設(shè)對改進(jìn)和完善臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、大風(fēng)、海霧等海洋氣象災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)，提高對南海的災(zāi)害性天氣的防護(hù)能力和提高預(yù)報預(yù)測準(zhǔn)確率，增強防御和減輕氣象災(zāi)害的服務(wù)能力等都具有重大意義。文章簡要地介紹了石油平臺海洋自動氣象站組成和特點，并給出了自動氣象站選址和安裝建設(shè)的基本規(guī)范以及安裝過程中的注意事項，可為后續(xù)其他石油平臺海洋自動氣象站建設(shè)的選址和安裝提供參考，但自動氣象站實際在平臺上的安裝建設(shè)需根據(jù)平臺的實際情況而定。