探究自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法

高毅超 陳靜宜 葉洛

摘要 近年來，我國氣象計(jì)量工作水平不斷提高，自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)工作顯得尤為重要。當(dāng)前，自動(dòng)氣象站在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作開展過程中主要采用人工操作的方式進(jìn)行，實(shí)際工作效率不高。針對(duì)自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)工作展開討論，分析自動(dòng)氣象站在執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過程中常見的相關(guān)問題，并在此基礎(chǔ)上提出了一些對(duì)應(yīng)的優(yōu)化措施，旨在通過云技術(shù)的應(yīng)用，提升自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的效果。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)氣象站;現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn);云技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）12–0057–02

近年來，隨著我國科技水平的不斷提高，自動(dòng)檢測(cè)化技術(shù)水平也有了飛速的發(fā)展?；跉庀笥^測(cè)的自動(dòng)化技術(shù)條件不斷提升，對(duì)應(yīng)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)相比傳統(tǒng)的操作方式有著更高的準(zhǔn)確性。因此，為從根本上提高自動(dòng)數(shù)據(jù)觀測(cè)的精確度，自動(dòng)氣象站需要定期展開校準(zhǔn)工作，從而促進(jìn)相關(guān)工作的順利開展。此外，在氣象計(jì)量檢查的過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要充分結(jié)合時(shí)代發(fā)展的要求，明確自動(dòng)氣象站工作的基本技術(shù)原理，并在此基礎(chǔ)上了解各個(gè)行業(yè)的發(fā)展需求，全面擴(kuò)大自動(dòng)氣象站信息監(jiān)測(cè)的覆蓋面。

1 自動(dòng)氣象站校準(zhǔn)方法簡介

當(dāng)前，大部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室在開展相應(yīng)校準(zhǔn)工作的過程中，需要通過數(shù)據(jù)匹配的方式尋找有效的氣象站校準(zhǔn)方法，工作室需要充分討論實(shí)際環(huán)境下的鑒定條件，利用當(dāng)前較為先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，搜集現(xiàn)場(chǎng)的具體信息數(shù)據(jù)，以此作為自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行的保障。相關(guān)工作人員需要全面地調(diào)整自動(dòng)氣象站的移動(dòng)系統(tǒng)，從而提升自動(dòng)氣象站系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。自動(dòng)氣象站在執(zhí)行移動(dòng)計(jì)量的過程中，一般會(huì)包含不同類型的設(shè)備，并且相關(guān)的設(shè)備中均具有一定的通信功能，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，操作人員需要精確記錄歷史數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行計(jì)量與核對(duì)，最大程度地提高當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫的真實(shí)性與穩(wěn)定性[1]。

在校準(zhǔn)工作開展過程中，大部分情況下均以數(shù)據(jù)錄入為主。近年來，我國開始對(duì)各個(gè)市級(jí)自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與更新，通過加裝通訊設(shè)置接口的方式，提高無線通信功能的穩(wěn)定性。因此，在應(yīng)用過程中，觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)全面控制整個(gè)校準(zhǔn)過程，其中，分散的設(shè)備主要包括校準(zhǔn)傳感器、數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)主要保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫，而沒有上傳至云端實(shí)現(xiàn)共享存儲(chǔ)。自動(dòng)氣象站在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的過程中，可以核查自動(dòng)氣象站的多種要素，由于系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中呈現(xiàn)出一體化的發(fā)展模式，因此，在開展相關(guān)工作的過程當(dāng)中，可以對(duì)多種要素進(jìn)行系統(tǒng)化的核查[2]?；诙嗄K的無線通信技術(shù)在具體應(yīng)用的過程中，需要檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)氣象站還需要進(jìn)行系統(tǒng)性的核查，在檢查的過程中并不包括對(duì)環(huán)境設(shè)備進(jìn)行控制。

現(xiàn)階段，氣象行業(yè)在整體發(fā)展的過程中，最為有效的計(jì)量解決方法就是實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)充分結(jié)合。隨著我國多地已開始建設(shè)傳感器實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。由于并沒有針對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，以至于在展開相關(guān)審核工作的過程中，并不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。為解決自動(dòng)氣象站無法開展批量任務(wù)的問題，需要對(duì)管理模式的統(tǒng)一性進(jìn)行設(shè)置。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基于云技術(shù)的移動(dòng)計(jì)量網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為有效保障自動(dòng)氣象站計(jì)量的效率，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)化校準(zhǔn)，核對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，針對(duì)證書的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行信息化管理。在云端技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的新型網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)在整體建設(shè)包括云平臺(tái)建設(shè)、建立地級(jí)市的移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建立云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)異步通信或同步通信。

2.2 移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

現(xiàn)階段，氣象行業(yè)在整體發(fā)展的過程中普遍使用自動(dòng)氣象站，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線布局的方式。傳感器和分采集器在具體應(yīng)用的過程中，一般通過總線和其他設(shè)備連接。校準(zhǔn)項(xiàng)目還需要應(yīng)用其他的輔助設(shè)備，將不同的設(shè)備通過同一種通信方式連接，以便實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，可以使得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和輔助設(shè)備有效連接。在此基礎(chǔ)上，還需要應(yīng)用無線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。在應(yīng)用無線AP組網(wǎng)的過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)可以有效控制輔助設(shè)備線。此外，還需要應(yīng)用被測(cè)傳感設(shè)備。傳感器實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)充設(shè)備用于自動(dòng)氣象站的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備的綜合采集。

2.2.1 地溫傳感器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn) 在使用綜合設(shè)備的過程中，會(huì)選擇精密度較高的數(shù)字溫度計(jì)作為溫度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，利用溫度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行全面管理。在校準(zhǔn)的過程中，會(huì)應(yīng)用低溫傳感器對(duì)傳感設(shè)備進(jìn)行批量校準(zhǔn)，應(yīng)用自動(dòng)氣象站采集設(shè)備調(diào)整轉(zhuǎn)換器[3]。針對(duì)多種溫度的傳感器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)讀取，從而獲得上位機(jī)會(huì)，通過協(xié)議內(nèi)容有效地讀取轉(zhuǎn)換設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而可以設(shè)定更加精準(zhǔn)的數(shù)字精密溫度標(biāo)準(zhǔn)值。在構(gòu)建協(xié)議的過程中，需要了解不同設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，按照協(xié)議的具體內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.2.2 雨量傳感器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn) 在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的過程中，常見的雨量傳感器為HY-AJS2型雨量校準(zhǔn)儀。內(nèi)部所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)器通常情況下是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的容量瓶，因此，在開展相關(guān)工作的過程當(dāng)中，需要選擇與之相匹配的校準(zhǔn)儀通信方式。雨量傳感器在接收相應(yīng)信號(hào)的過程中，信號(hào)傳輸?shù)倪^程就等于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試，完成一系列的操作之后才可以被發(fā)送至上位機(jī)。

2.2.3 能見度儀的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn) 能見度儀在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的過程中，要選擇能見度與之相匹配的校準(zhǔn)條件。操作人員需要了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，以便使用調(diào)試端子調(diào)整上位機(jī)的情況。應(yīng)用調(diào)試端子的過程中，需要選擇上位機(jī)可以接收到的校準(zhǔn)指令，在整體輸出的過程中還要考慮設(shè)備的可控范圍。

2.2.4 數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn) 傳感器校準(zhǔn)在具體實(shí)施的過程中需要應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室，由于實(shí)驗(yàn)室的各方面條件相對(duì)而言更加符合綜合檢測(cè)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步保障系統(tǒng)觀測(cè)性能，需要對(duì)不同的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)數(shù)據(jù)的收集內(nèi)容，可以對(duì)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試，以更好地推動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了便攜式的多功能氣象站檢測(cè)設(shè)備，這種檢測(cè)設(shè)備的出現(xiàn)為后續(xù)的檢查工作帶來了極大的便利。此外，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用也進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的運(yùn)行，通過無線通信協(xié)議可以有效地控制各個(gè)分機(jī)。在應(yīng)用氣象站采集設(shè)備的過程當(dāng)中，需要針對(duì)測(cè)量的通道設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。檢測(cè)設(shè)備在運(yùn)行的過程中，需要對(duì)接口簽訂一定的協(xié)議，通過優(yōu)化和調(diào)整協(xié)議內(nèi)容，連接轉(zhuǎn)換設(shè)備和上位機(jī)。氣象檢測(cè)儀器在具體運(yùn)行的過程中會(huì)向主設(shè)備發(fā)送指令，主機(jī)可以有效控制每一部分的分機(jī)，并且采集系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。氣象計(jì)量管理部門會(huì)維護(hù)每一個(gè)站臺(tái)的信息，根據(jù)校準(zhǔn)計(jì)劃開展各項(xiàng)工作，建立云平臺(tái)，以便于可以對(duì)不同的校準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)送信息[4]。省級(jí)的云平臺(tái)會(huì)接收地市級(jí)的系統(tǒng)信息，然后由計(jì)量管理部門審核相應(yīng)的信息，最后由特定的管理部門審核簽發(fā)的證書。地方部門在開展相應(yīng)工作的過程中，可以登錄云平臺(tái)下載相應(yīng)的信息和內(nèi)容。針對(duì)云平臺(tái)設(shè)定的校準(zhǔn)參數(shù)，各系統(tǒng)在具體運(yùn)行的過程中，需要調(diào)整項(xiàng)目內(nèi)容，讀取標(biāo)準(zhǔn)器的相應(yīng)內(nèi)容，以便將這些數(shù)據(jù)傳輸至省級(jí)云平臺(tái)。

3 現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作流程

在云技術(shù)的基礎(chǔ)上，自動(dòng)氣象站在開展現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作的過程中，可以科學(xué)、合理地劃分相應(yīng)的內(nèi)容，以更好地開展協(xié)同工作。操作人員需要調(diào)整校準(zhǔn)系統(tǒng)，檢查云平臺(tái)發(fā)布的參數(shù)配置是否符合實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際內(nèi)容對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新和調(diào)整。校準(zhǔn)項(xiàng)目在實(shí)施的過程中會(huì)應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，此外，還會(huì)應(yīng)用到協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，在選擇校準(zhǔn)站點(diǎn)的過程中一般會(huì)采用上位機(jī)軟件，該軟件能夠自動(dòng)記錄系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，自動(dòng)檢查系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中是否存在異常。在開展系統(tǒng)檢查工作時(shí)，如發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目存在異常，應(yīng)立即暫停運(yùn)行。云平臺(tái)在整體建設(shè)的過程中，局部并不具備聯(lián)網(wǎng)的條件，這時(shí)就需要應(yīng)用到氣象內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，以便重新上傳整體數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)的校準(zhǔn)設(shè)備如果被任意更改，工作人員需要登錄平臺(tái)維護(hù)數(shù)據(jù)信息。相關(guān)的氣象計(jì)量管理部門也需要審核現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，審核完成之后還需要頒發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)證書，以便更好地開展后續(xù)工作。

4 結(jié)束語

氣象站在開展校準(zhǔn)工作的過程中，需要針對(duì)特定的情況制定補(bǔ)充方案，確保能夠更好地開展新型自動(dòng)氣象站計(jì)量檢定工作，提高計(jì)量鑒定工作的自動(dòng)化和信息化水平。在建立移動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的過程中，需要了解相應(yīng)的實(shí)踐工作內(nèi)容，針對(duì)校準(zhǔn)項(xiàng)目引進(jìn)相應(yīng)的輔助設(shè)備，從根本上提高現(xiàn)場(chǎng)的校準(zhǔn)工作效率和質(zhì)量。校準(zhǔn)工作在開展的過程中，大多數(shù)由上位機(jī)軟件控制，可以有效提高系統(tǒng)工作的自動(dòng)化水平，同時(shí)降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過提高現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作的規(guī)范化水平，可以實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，省級(jí)的云平臺(tái)也可以及時(shí)獲取相應(yīng)的信息，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作向信息化、智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，有效推動(dòng)校準(zhǔn)工作的穩(wěn)定開展。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Discussion on Field Calibration Method of Automatic Weather Station

GAO Yi-chao et al（Fuzhou Agrometeorol-ogical Experimental Station， Fuzhou， Fujian 350014）

Abstract In the overall process of meteorological measurement， the field calibration of automatic weather station is one of the important ways. At this stage， the technology in the specific application process depends on manual operation， and the whole work efficiency is relatively low. This paper analyzed and studied the field? calibration of automatic weather stations， discussed the existing problems， and formulated targeted solutions， hoping to effectively improve the field calibration level of automatic weather stations on the basis of cloud technology.

Key words Automatic weather station; Field calibration; Cloud technology; Internet of things