淺談自動氣象站更換傳感器與計算機(jī)遇到的問題

摘 要：自動氣象站的應(yīng)用已經(jīng)普遍，它取代了人工對地面氣象要素的采集讀取，提高了效率，節(jié)省了人力，數(shù)據(jù)也更加精準(zhǔn)。設(shè)備在運(yùn)作時會出現(xiàn)許多異常問題，臺站值班人員需要對其進(jìn)行及時而準(zhǔn)確的處理。本文對本臺站自動站設(shè)備更換時遇到的疑難問題進(jìn)行了剖析，并總結(jié)了處理和解決的方式，可為其他臺站工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：自動氣象站；地面測報；裝備保障

中圖分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0023-02

Talking About the Replacement of Sensors in Automatic Weather Stations and

the Problems Encountered by Computers

GAO Yajie1，SHI Dashan1，LI Ge2

（1.Jinan Zhangqiu Meteorological Bureau，Zhangqiu 250000，China；

2.Liaocheng Meteorological Bureau，Liaocheng 252002，China）

Abstract：Automatic weather station has been widely used，it replaces the manual acquisition and reading of meteorological elements on the ground，improves efficiency，saves manpower，and makes the data more accurate. Many abnormal problems will occur when the equipment is in operation，and the station staff on duty need to deal with them timely and accurately. This paper analyzes the difficult problems encountered in the equipment replacement of the automatic station，and summarizes the treatment and solutions，which can provide reference for other station staff.

Keywords：automatic weather station；ground forecasting；equipment support

0 引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，目前我國已經(jīng)普及了自動氣象站，用來實(shí)時探測地面各種氣象要素。人工觀測的項(xiàng)目越來越少。也正因如此，對傳感器等設(shè)備的要求越來越高。傳感器安裝之后需要定期送往上級進(jìn)行標(biāo)定檢查，這就要求每個臺站每年至少更換一次傳感器。臺站的計算機(jī)一年365天中，每分鐘都處于工作狀態(tài)，壽命消耗很快。在更換這些設(shè)備時，會對臺站的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。本文對更換設(shè)備遇到的幾個問題進(jìn)行了歸納說明。

1 更換傳感器

傳感器的更換通常只影響單個要素的數(shù)據(jù)，然而本站近兩年大幅度更換過傳感器，所有傳感器在同一時期到了送檢時間。更換過程持續(xù)了一天。

1.1 更換時的注意事項(xiàng)

在更換傳感器時，需要保證在室內(nèi)將傳感器斷開，即切換到維護(hù)狀態(tài)，使采集器不再采集數(shù)據(jù)。更換完成后，室內(nèi)延長維護(hù)時間，讓傳感器穩(wěn)定一段時間再結(jié)束維護(hù)，這樣可以減少異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。尤其是地溫的更換，地溫最好在陰天進(jìn)行更換，這樣地表的溫度變化小，后期也少有異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生。若必須在晴天烈日進(jìn)行更換，最好選在日落前。傳感器更換是為了更準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，因此更換時也要盡可能少的影響正常數(shù)據(jù)。在更換傳感器的過程中，尤其要注意溫度、濕度和地溫，盡量過了日極值產(chǎn)生的時間再進(jìn)行更換。本站更換時避開了日極值產(chǎn)生的時間，未對日極值產(chǎn)生影響。因此在更換和維護(hù)設(shè)備時，一定要盡可能讓數(shù)據(jù)受影響的程度降低。

1.2 更換后的異常數(shù)據(jù)處理

1.2.1 雨量傳感器

本次更換翻斗式雨量傳感器時，因翻斗式雨量筒已經(jīng)停用，所以切換成稱重式雨量，對數(shù)據(jù)沒有影響。假設(shè)是在使用過程中進(jìn)行了雨量傳感器的更換，則盡量不要在降水的時間段進(jìn)行更換。若堅(jiān)持在降水的時間段更換傳感器，則中斷的時間必須盡可能縮短，盡可能減少缺測的時間，缺測時段的降水量需用備份站代替；無降水的時間段更換傳感器時，需要在更換完成后檢查數(shù)據(jù)，處理缺測時的數(shù)據(jù)，并查看是否有野值，并將其刪除。

1.2.2 氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速

以上幾個傳感器進(jìn)行更換時，本站所需時間大致為：氣壓傳感器20分鐘；溫度、濕度傳感器30分鐘；風(fēng)向、風(fēng)速傳感器40分鐘。

在更換設(shè)備時，需要在軟件中找到相應(yīng)的要素，如氣壓，選中氣壓，點(diǎn)擊右鍵選擇維護(hù)，時間可以選擇長一些（40分鐘以上最為保險），在更換結(jié)束后，再選擇真正的結(jié)束時間即可，若不選擇結(jié)束時間，則在設(shè)定好的時間之后結(jié)束，以防出現(xiàn)野值。

確定軟件已經(jīng)不再讀取相應(yīng)要素后，開始進(jìn)行更換。更換完畢后，稍等3分鐘左右再恢復(fù)傳感器的使用，以防傳感器更換完畢時不穩(wěn)定，出現(xiàn)錯誤數(shù)值。

這些錯誤數(shù)值一旦被讀取，手動無法刪除，只能在小時報文中檢查是否受其影響，并作出修改。雖然在更換的過程中盡可能避免出現(xiàn)野值，但還是會出現(xiàn)錯誤數(shù)值，甚至?xí)霈F(xiàn)并不存在的數(shù)據(jù)。分鐘要素?zé)o法手動修改，以上傳感器進(jìn)行更換時，分鐘要素缺測要按缺測處理，盡量在更換過程中做到不影響小時報文，避開小時發(fā)報，這樣小時極值可從實(shí)有數(shù)據(jù)中自動挑取，然而這不代表不會出現(xiàn)問題。如果突然出現(xiàn)一個不存在的數(shù)值成為了小時極值，就需要手動將其修改，在真實(shí)數(shù)據(jù)中挑取極值。這需要值班員細(xì)心檢查數(shù)據(jù)，與備份站做比較，盡早發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理。修改后的極值等數(shù)據(jù)會在之后的小時報文的詳細(xì)內(nèi)容中顯示為紅色，預(yù)留，這屬于正常情況。

1.3 地溫

地溫傳感器的更換是最不易的，因?yàn)樾枰陂_地溫場，地溫受影響較大，數(shù)據(jù)不易恢復(fù)。盡量選擇日照不強(qiáng)烈的時間段進(jìn)行更換，更換后需要穩(wěn)定一段時間再啟用。本站在更換時由于是陰天，地溫變化小，因此更換后穩(wěn)定了1個小時后將其啟用。若選擇在晴朗的日子進(jìn)行更換，則需要穩(wěn)定更久，否則發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)可疑時，要用備份站代替。

在更換期間，分鐘數(shù)據(jù)按缺測處理，因地溫場更換時間久、跨小時，小時數(shù)據(jù)的處理需要注意以下內(nèi)容：小時數(shù)值用備份站代替，小時極值需從實(shí)有分鐘數(shù)據(jù)和小時記錄中挑取。

2 更換計算機(jī)

本站2017年加入天氣現(xiàn)象儀后，開始使用網(wǎng)絡(luò)通信，不再使用原來的光纖通信盒，改為ZQZ-PT2網(wǎng)絡(luò)通信盒。此通信設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行通信傳輸，沒有原來的RS-232線傳輸。因此，單網(wǎng)卡計算機(jī)在使用時需要增加一個以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，即將USB2.0端口轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)，即可鏈接到業(yè)務(wù)機(jī)上，進(jìn)行下一步操作。新計算機(jī)在將地面測報所需軟件裝機(jī)完畢后，還需要安裝串口服務(wù)器驅(qū)動。操作步驟如下：

2.1 安裝驅(qū)動

單網(wǎng)卡計算機(jī)需要安裝USB2.0轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)設(shè)備的驅(qū)動，通常購買后有光盤驅(qū)動，若沒有，從網(wǎng)上下載安裝即可。安裝成功后，會出現(xiàn)一個新的網(wǎng)絡(luò)鏈接。

2.2 安裝NPORT串口服務(wù)器驅(qū)動

采集軟件（SMO）過去用RS-232線進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，需要COM接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，沒有端口就無法傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)在使用的這種通信方式無法直接讀出COM接口，它以以太網(wǎng)的形式進(jìn)行通信傳輸，需要將它們進(jìn)行下一步的處理，讓以太網(wǎng)接口“變成”過去用的RS-232線的讀數(shù)方式。因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.3 串口服務(wù)器驅(qū)動的安裝和配置

（1）PC機(jī)端安裝“Npadm_Setup_Ver1.16_Build_110 21514.exe”驅(qū)動軟件；

（2）安裝好驅(qū)動后，啟動Nport管理工具“NPort Administrator”，實(shí)現(xiàn)對串口服務(wù)器的相關(guān)設(shè)置，主要設(shè)置串口服務(wù)器的IP地址、串口通訊協(xié)議、串口操作模式及串口編號等；

（3）點(diǎn)擊“Configuration”，然后點(diǎn)擊“Search”，雙擊查找到的設(shè)備，進(jìn)入?yún)?shù)修改界面；

（4）點(diǎn)擊“NetWork”，并勾選“Modify”，修改串口服務(wù)器的IP地址，使其和PC機(jī)對應(yīng)的網(wǎng)卡IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)；

（5）點(diǎn)擊驅(qū)動程序左邊的“Com Mapping”進(jìn)行端口映射，點(diǎn)擊“Add”將串口服務(wù)器對應(yīng)的串口映射到PC機(jī)上，記得點(diǎn)擊“Apply”完成映射保存；

（6）映射出來的串口默認(rèn)都是RS-232協(xié)議，參數(shù)為：1）波特率：9600；2）校驗(yàn)位：None；3）數(shù)據(jù)位：8；4）停止位：1；

（7）根據(jù)ZQZ-PT2通信轉(zhuǎn)換器端的具體串口分配情況，在SMO軟件進(jìn)行相應(yīng)的配置。默認(rèn)的分配情況自動站、能見度、天氣現(xiàn)象、輻射分別接串口服務(wù)器1、2、3、4號端口，所以軟件虛擬的串口需要與實(shí)際的連接順序?qū)?yīng)。例如1、2、3、4號端口分別對應(yīng)COM2、COM5、COM6、COM7。

2.4 處理數(shù)據(jù)

（1）將舊電腦中b庫、c庫的數(shù)據(jù)提前拷貝，在非整點(diǎn)進(jìn)行切換，盡量保證b庫、c庫中的數(shù)據(jù)接近切換計算機(jī)的時間，讓數(shù)據(jù)缺失量盡可能減少（因?yàn)闅v史數(shù)據(jù)下載非常慢），之后下載缺測數(shù)據(jù)。MOI中，在數(shù)據(jù)維護(hù)-常規(guī)要素中補(bǔ)調(diào)小時數(shù)據(jù)，分鐘要素中（J文件）補(bǔ)調(diào)分鐘數(shù)據(jù)，此時b庫保存完；

（2）ISOS中進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)下載，補(bǔ)全原始數(shù)據(jù)庫；

（3）人工質(zhì)控的時次需要進(jìn)行仔細(xì)檢查。因?yàn)槿斯べ|(zhì)控時次（08，14，20）的24小時降水量并非按小時累加，而是使用前一天20時或者08時的12時的降水量進(jìn)行累加，若前一天20時無12時降水量，則會在后續(xù)相應(yīng)時次缺測24小時降水量。

3 結(jié) 論

本文對工作中遇到的難點(diǎn)問題進(jìn)行了總結(jié)，在值班的過程中會遇到許多問題，作為基層值班員，需要具備許多優(yōu)秀的素質(zhì)來應(yīng)對隨時可能發(fā)生的異常問題。平時要多學(xué)習(xí)，多積累經(jīng)驗(yàn)，這樣在實(shí)戰(zhàn)中才能穩(wěn)住陣腳，冷靜應(yīng)對突發(fā)狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國氣象局氣象探測中心.地面氣象觀測業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定實(shí)用手冊 [M].北京：氣象出版社，2016：19-26.

[2] 中國氣象局氣象探測中心.新型自動氣象站實(shí)用手冊 [M].北京：氣象出版社，2016：95-146.

[3] 中國氣象局氣象探測中心，中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院.地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件用戶操作手冊 [M].北京：氣象出版社，2017：103-115.

[4] 中國氣象局氣象探測中心.臺站地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件（ISOS）用戶操作手冊 [M].北京：氣象出版社，2014：55-90.

作者簡介：高雅潔（1991.06-），女，漢族，山東濟(jì)南人，助理工程師，學(xué)士。研究方向：氣象觀測信息化。