天津市區域自動氣象站網系統簡介

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

區域自動氣象站網系統包括自動氣象站組網子站和區域站統一版氣象數據中心。區域自動氣象站組網子站用于實時監測大氣溫度、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，自動氣象站將監測數據通過通信網絡實時發送至氣象數據中心。

1 天津市區域自動氣象站組網模式

1.1 區域自動氣象站組網子站

天津市區域自動氣象站監測網的組網子站結構和實際觀測站點如圖 1、2所示。自動氣象站組網子站主要由各種傳感器系統、采集系統、通訊系統和電源系統等4部分構成，也可以根據氣象子站所在地區業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。采集系統在中央處理器的實時控制下，根據各個氣象數據的不同時間間隔要求，完成數據的連續采集，進行預處理。通訊系統定時獲取采集系統觀測到的氣象數據，通過通信網絡實時發送至區域自動氣象站統一版氣象數據中心。供電系統通過電源控制板，采用太陽能/蓄電池方式供電，配充放電控制電路，保證自動站連續陰雨天內仍然正常工作。

圖1 組網子站結構Fig.1 Net station structure

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

1.2 區域自動氣象站要素指標及算法

區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時間。

表1 區域自動氣象站組網子站技術指標Tab.1 Technical indicators of substation for automatic weather group station

1.3 組網結構

天津區域自動氣象站網系統網絡結構如圖 3所示。

圖3 天津區域自動氣象站網絡結構Fig.3 Network structure of Tianjin regional automatic weather station

1.4 數據傳輸方式

區域自動氣象站網通過通訊服務器設備(見圖4)將區域自動氣象站觀測數據實時發送至氣象數據中心。通信服務器可以安裝在任何提供串口通信的數據采集器上，為采集器提供遠程通信連接。除此之外，完成自動站電源監測功能、短信實時氣象數據報告等功能，最大程度保障數據傳輸的可靠性，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 組網中心站

天津市區域自動氣象站組網中心站采用 C/S的架構。服務器端采集所有組網子站的定時數據和加密數據，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據形成標準的 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據中心收集到的數據保存至SQL SERVER服務器的數據庫中。

2 提高區域自動氣象站網系統運行效率的建議

根據實際工作經驗，主要進行以下維護工作：①每天定時查看中心站的觀測數據入庫情況，發現入庫變慢，立即查看中心站觀測數據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據速度變慢，發現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，查看連接到數據庫的電腦中是否存在數據下載流量過大等現象，并及時進行調查。④利用組網中心站客戶端定期查看各個組網子站的運行情況和子站數據上傳情況，如發現數據錯誤或者子站 GPRS斷線，上報部門領導，組織人員立即進行維修。

3 總 結

天津市區域自動氣象站網系統是一個多技術深度融合的復雜網絡，為保障系統正常運行，必須對站網系統的架構有充分的了解和掌握，在工作中不斷總結經驗，保證站網系統出現問題時，能夠及時恢復，保障氣象探測數據的及時性。■

［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.