多溫度雨量傳感器融合升級方法探討

王霄 謝冬 楊陽 侯硯 胥德梅

摘要：地面氣象觀測作為氣象業務的基石，對涼山州的發展至關重要，尤其在防災減災、精準扶貧中發揮了重要作用。多溫度雨量傳感器標準控制系統，能有效解決現行自動氣象站溫度及雨量傳感器導致數據異常或缺測的問題，確保溫度及雨量數據的完整性和可用性，加快了涼山州氣象現代化進程。本文將對多溫度雨量傳感器融合升級方法、升級過程中存在的弊端以及解決措施進行探討。

關鍵詞：地面氣象觀測;多溫度雨量傳感器;氣象現代化

引言

我國地面氣象觀測自動化改革從全國試運行正式切換調整為業務運行，標志著我國地面氣象觀測邁入全面自動化時代[1]，為滿足氣象現代化建設要求，提升數據準確性和可用性，近期引入了多溫度雨量傳感器標準控制系統，但在其融合升級過程中存在一定的弊端，需要積極探討并提出解決措施。

1 融合升級方式

氣溫多傳感器標準系統包括：三支氣溫傳感器、氣溫多傳感器標準控制器（以下簡稱溫濕分采）等，三支氣溫傳感器采集的氣溫觀測數據進入溫濕分采，通過融合算法和監控算法實現多傳感器數據融合為標準值[2]。

參考當前業務臺站氣溫傳感器出現故障時，值班員需拆除原故障氣溫傳感器，并使用新傳感器替換原傳感器進行氣溫觀測，整個替換過程需要花費一定的時間，并且氣溫數據在更換前后會出現一定的波動，波動幅度受維護時間長短，傳感器性能差距影響，不可避免的會導致數據的連續性受到破壞。結合業務現狀考慮，溫濕分采選取氣溫傳感器Ⅰ的測量結果作為業務主用數據源，氣溫傳感器Ⅱ和Ⅲ的測量結果作為熱備份數據源，將三個傳感器的測量結果與標準值進行對比，如超出閾值±0.3℃，輸出相應狀態碼，觀測業務軟件自動報警，并提示需要檢查異常氣溫傳感器。當現用氣溫傳感器異常，標準控制器可自動切換至下一個狀態正常的熱備份氣溫數據源，切換順序為氣溫傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切換，根據氣溫數據源形成氣溫傳輸值序列，若標準值缺測，或三支溫度傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應狀態碼。

降水多傳感器標準系統包括：三個翻斗式雨量傳感器、降水多傳感器標準控制器（以下簡稱雨量分采）等，三個翻斗式雨量傳感器采集的降水觀測數據進入雨量分采，通過融合算法和監控算法實現多傳感器數據融合為標準值[2]。

當前業務臺站翻斗式雨量傳感器出現故障時，需由臺站人員手動輸入備份站雨量數據，而且對于分鐘雨量不進行替換，影響觀測數據的質量;若對于無備份站的臺站，需由臺站人員拆除原翻斗式雨量傳感器，并使用新傳感器替換原傳感器進行降水觀測，整個替換過程需要花費一定的時間，特別是在降雨過程中，嚴重影響降水觀測的數據質量，不可避免的會導致數據的連續性受到破壞。

結合業務現狀考慮，雨量分采選取翻斗雨量傳感器Ⅰ的測量結果作為業務主用數據源，雨量傳感器Ⅱ或Ⅲ號的測量結果作為熱備份數據源，在整點將三個傳感器的小時累積降水量測量結果與標準值數據進行對比，若超出閾值±0.4mm（≤10mm）或±4%（>10mm），輸出相應狀態碼，觀測業務軟件端可實現自動報警，并提示需要檢查異常雨量傳感器。

若現用雨量數據源異常，標準控制器可自動切換至下一個狀態正常的雨量數據源，切換順序為翻斗式雨量傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ依次切換，根據翻斗雨量數據源形成翻斗雨量傳輸值序列，切換后下一分鐘起即啟用新的數據源作為傳輸值;若標準值缺測，或三個雨量傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應狀態碼。

要求溫濕分采和雨量分采的CAN總線（以下簡稱CAN線）及電源線并聯接入主采集器（以下簡稱主采）防雷板分采對應接口，將原地溫分采集器（以下簡稱地溫分采）CAN線及電源線從中間剪斷，重新制作壓線端子線頭，地溫分采CAN線及電源線并聯接入雨量分采的CAN線對應接口。照此方法接線，主采防雷板分采對應接口應有四根線，分別為溫濕分采CAN線的H線、L線、12V電源線、接地線。雨量分采CAN線接口應有八根線，分別為并聯接入H接口的地溫分采和雨量分采兩根H線、并聯接入L接口的兩根L線、并聯接入12V接口的兩根12V電源線、并聯接入G接口的兩根接地線。

2 存在的弊端

采用這種方式進行融合升級有一定弊端，由于地溫分采CAN線是并聯到雨量分采CAN線接口的，即地溫分采是與雨量分采“共用”一根CAN線，向主采傳輸數據的，若雨量分采到主采的CAN線發生故障，地溫和降水數據傳輸均會出現問題。在臺站維護維修過程中，如果是線路故障導致雨量數據異常，可以基本斷定是雨量分采到主采的CAN線或電源線故障，如果是線路故障導致地溫數據異常，則需要對地溫分采到雨量分采及雨量分采到主采的CAN線和電源線進行逐個排查，增加排障難度。

3 解決措施

基于此，建議保留原地溫分采到主采CAN線及電源線不變，溫濕分采和雨量分采的兩組CAN線及電源線并聯接入主采防雷板的分采對應接口。照此方法接線，主采防雷板分采對應接口應有十二根線，即并聯接入H接口的地溫分采、溫濕分采和雨量分采三根H線、并聯接入L口的三根L線、并聯接入12V口的三根12V電源線、并聯接入G口的三根接地線。

接線過程中，由于主采防雷板冷軋端子接線口大小有限，可能出現一個接口難以容納三根并聯接入線的情況，建議將兩個冷軋端子對接，將溫濕分采和雨量分采兩根H線、L線分別并聯接入其中一端的兩個接口，另一端接出的H線和L線，分別與地溫分采H線、L線并聯接入主材防雷板分采的H、L接口，這樣的話，主采防雷板分采每個接口就只并聯有兩根線，較便于操作，電源線也通過此種方式進行轉換。

4 結論

采用本文所述方式進行融合升級，地溫分采和雨量分采向主采傳輸數據互不干擾，即使雨量分采到主采CAN線或電源線故障，也只會導致雨量數據異常，并不會影響地溫分采向主采正常傳輸數據，相較于原升級方式，排障過程也變得比較簡單，在原有基礎上，進一步提升溫度及雨量數據的完整性和可用性，加快涼山州氣象現代化進程。

參考文獻

[1]趙剛，李炳昆，米雷等.地面氣象觀測自動化存在的問題及其對策建議[J].農業災害研究，2020，10（3）：161.

[2]多傳感器融合觀測改造說明V1.0，中國華云.