應用全自動GPS探空系統實現常規高空氣象觀測自動化

孫克敏++張云飛++陳楊

摘要：近些年來，我國已建設完成120部L波段雷達探空系統，實現了觀測數據采集、監測和集成的自動化。但充灌及施放氣球還是人工操作，大風及暴雨等惡劣天氣施放氣球極其困難，本文將全自動GPS探空系統和L波段雷達探空系統完美結合，從灌球施放到整理記錄，全程實現常規高空氣象觀測的自動化。

關鍵詞：自動化；結合；使用方法；存在問題；解決方法

中圖分類號： P412.27 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.15.045

L波段雷達探空系統在我國已布設成功，它不僅提高了我國高空氣象觀測業務質量和觀測精度，而且實現了觀測數據采集、監測和集成的自動化，但在充灌及施放氣球領域還沒有實現自動化，大風及雷雨天人工施放氣球成功率還很低。在此基礎上，我站將全自動GPS探空系統的自動放球部分和L波段探空系統釋放軟件完美結合，實現了充灌及釋放氣球自動化，減少或免除了臺站人員的勞動強度，獲得的氣象探測資料也更精準，大大提高了探測高度及時空密度，全程實現了常規高空氣象觀測的自動化與現代化。

1自動放球系統的功能及使用方法

自動放球系統主要功能是控制遠端站按規定的程序完成自動放球任務。自動放球系統首先錄取超聲測風儀數據，決定是否具備放球條件。條件具備時依次實施的過程是：控制室空調的控制、氣源壓力的檢測及切換、分度轉臺轉動、探空儀檢測、電動窗開啟/閉合、探空儀加載、探空氣球充氣、擋風頂蓋轉動/開啟、探空氣球及探空儀的施放、頂蓋閉合及轉盤裝置復原、充氣釋放機構退位、系統恢復到下次放球等待狀態。在自動放球系統運行過程中，傳感器自動檢測各機械位置、氫氣泄漏量以及充氣量的控制等。當機械位置狀態檢測值超過允許閾值時，自動放球系統自動停止運行，并顯示報警信息，提示操作員處理方法。

2與L波段探空雷達配合完成氣球釋放的具體步驟

首先用L波段探空終端完成探空儀基值測定操作，然后將GTS1-2型探空儀與放線器及安裝基座相連接，固定在自動放球系統的數控轉臺上，設置好氣球充氣量后，進行自動運行操作。自動放球系統自動完成灌球操作后，將等待L波段雷達終端發送釋放氣球指令。操作人員點擊正點施放后，自動放球系統自動彈出氣球，操作員指揮L波段雷達自動跟蹤氣球并接收整理記錄。

3異常情況的處理辦法

地面風速超過20米/秒時，系統會停止運行；地面風速超過設置的“大風等待風速”時，系統會進入放球等待模式。

自動運行過程中，出現異常情況時，應立即點擊自動探空控制軟件主界面“緊急停止”鍵，停止系統的繼續運行。

自動運行過程中，軟件主界面氫氣濃度監測數據超過4000PPM時，系統將自動關斷控制室或匯流集電源，停止系統的繼續運行。

如果“緊急停止”發生在探空氣球充氣前，點擊控制軟件主界面“自動復位”鍵后，系統將自動復位至等待放球狀態。

如果“緊急停止”發生在探空氣球充氣中或充氣后，只能使用手動復位。

4常見故障分析及排除方法

4.1數控轉臺不轉動

首先檢查自動放球軟件的運行及系統自檢功能是否正常、是否解除“緊急停止”；空氣壓縮機故障或輸出壓力低于0.6Mpa；氣體輸送管路漏氣或集成控制閥及驅動轉臺氣缸故障。

解決方法：給空氣壓縮機加電或維修空氣壓縮機；查找漏氣點并更換故障單元及故障氣缸。

4.2不能充氣或不停充氣

充氣氣缸沒有旋松；氫氣輸送管路堵塞或充氣電磁閥及質量流量計故障；氫氣泄露超標；自動放球控制軟件死機。

解決方法：檢查充氣氣缸的松緊狀況；查找堵塞點及更換相關故障電磁閥及質量流量計；查找漏氣點并更換故障單元；重啟自動放球控制軟件。

4.3無地面氣象數據

首先檢查探空接收機與自動探空軟件運行是否正常、探空儀與探空接收機工作頻率設置是否一致；地面氣象儀電源未接通或串口電纜松脫；采集器或傳感器損壞；串口設置不正確。

解決方法：接通地面氣象儀電源；檢查連接好串口電纜；更換故障單元及重新設置串口參數。

4.4頂蓋不能轉動

地面測風儀故障或無風速數據顯示；伺服驅動器故障或控制板故障；自動繞線裝置電纜磨損或斷開；液壓泵站或液壓油缸故障；液壓管漏油或油箱缺油。

解決方法：更換故障測風儀、故障單元或故障控制板；更換故障電纜或液壓油缸；查找漏油點并更換或加油。

5結語

本文對全自動GPS探空系統與L波段探空雷達的結合進行了初探，主要為使高空氣象觀測人員能夠更好地了解和掌握自動探空系統的特點和操作方法，指導高空氣象觀測人員解決使用中遇到的技術問題，提升高空探測的觀測質量和準確度，確保自動探空系統正常運行。總之，全自動GPS探空系統與L波段探空雷達完美結合、相輔相成，將逐步提高我國高空觀測自動化技術水平。

參考文獻

[1]李偉，等著.常規高空氣象觀測業務手冊[M].北京：氣象出版社，2012：2.

[2]郭啟云，孫宜軍，曹云昌，等.自動探空系統業務操作手冊[M].南京：南京大橋機器有限公司，2014：4.

作者簡介：孫克敏，本科學歷，高級工程師，研究方向：大氣探測（地面及高空等綜合觀測）。