QML201數據采集器在廣西區域自動氣象站中的應用

李艷萍，蘇禹賓，陶 偉

（廣西氣象技術裝備中心，廣西南寧530022）

廣西地處祖國南疆，境內以丘陵山地為主，南瀕熱帶海洋，分屬中亞熱帶和南亞熱帶氣候區，因受海洋暖濕氣流和北方變性冷氣團的交替影響，干旱、洪澇、冰雹、大風、雷電以及地溫冷（凍）害等氣象災害發生頻繁。區域自動氣象站網的建設，對中小尺度天氣的監測和預警起了重要的作用，根據規劃，在廣西各鄉鎮建設1 200多個區域自動氣象站，其中300多個為四要素站。廣西鄉鎮因地理環境、氣候環境、經濟條件等的約束，無法正常提供市電，自動站只能采用太陽能供電，數據通信采用無線通信傳輸。多要素自動氣象站因采集任務多、傳感器多等諸多原因，對數據采集器的性能要求更加高，尤其是在各鄉鎮條件差的環境中使用，要保證自動氣象站長期穩定運行，對采集器性能特別是從穩定性、供電系統、通信系統等方面提出更高的要求。

QML201數據采集器是芬蘭Vaisala公司生產的一款低功耗、易擴展、多種通信接口的數據采集器，內置各種氣象要素采集算法，易于配置、維護和安裝。廣西區域自動氣象站（四要素以上）采用QML201采集器為采集核心，增加一個前置機，彌補了QML201采集器在加密功能上的不足，以GPRS通信為主要方式，可擴展要素采集。從安裝使用以來，自動氣象站系統測量精確，運行穩定，耗電量低，支持加密觀測功能，加密間隔設置靈活。

1 Q M L201數據采集器基本功能和技術參數

QML201數據采集器使用32位CPU，16位數/模轉換器，CPU中有1.7 MB閃存來記錄測量和計算的數據，可以擴展存儲能力，使用可卸存儲卡（CF卡）；配有1個RS-232（COM0端）和1個RS-485（COM1端）通信端口，可通過擴展卡再增加2個RS-232和2個RS-485通信端口。QML201數據采集器有10個模擬輸入通道、2個計數/頻率輸入通道和1個內置的氣壓傳感器接口，因此可以根據需要增加多種要素的采集。

QML201數據采集器帶有功能強大的軟件，帶有氣象算法、一般運算、統計計算、單位換算等方法庫，自定義的數據報表和數據記錄存儲格式，用戶可方便的根據傳感器類型和數據采集處理要求建立和修改參數文件來達到數據采集和傳輸的要求。

2 系統結構和數據采集器的配置

2.1 自動氣象站的系統結構

以QML201數據采集器為采集核心的自動氣象站，主要由采集器（包括各種傳感器和供電系統）、前置機、GPRS DTU組成（如圖1所示），通過無線網絡與中心站進行數據通信，中心站也可通過無線網絡與自動氣象站進行對話。自動氣象站的加密觀測時間間隔，根據每一次任務需求來設定，因此要求自動氣象站可靈活地設置加密觀測時間間隔，而QML201數據采集器，對于某一組數據記錄的自動發送，是在參數配置文件中預先設置好的，無法隨時更改自動發送時間。為了實現加密觀測功能并能減輕中心站的任務，我們在采集器與通信設備之間，加了前端處理機（簡稱前置機），主要用來增加加密觀測的靈活性，提高自動氣象站的數據處理傳輸速度，除此以外，前置機對其他的數據通信是透明的。

圖1 自動氣象站的系統結構示意圖

2.2 Q M L201數據采集器的配置方法

QML201數據采集器，通過Lizard Setup Software MAWS軟件來建立和修改采集器的參數配置文件。在配置文件中，可根據傳感器的輸出信號選擇采集器的輸入通道，設置計算方法和記錄格式以及數據傳輸等，配置步驟如下：

（1）定義傳感器設備的接入和通信口設備；

（2）定義測量方法和計算方法；

（3）定義數據報表和數據日志組。

配置文件設置完成存檔后，使用Maws Terminal軟件將配置文件寫入QML201數據采集器，采集器將根據設定的采集任務和采集方法進行工作。

目前，廣西區域自動氣象站網中采用QML201為采集核心的站點要素有4～7要素，分別為風向、風速、雨量、溫度、濕度、氣壓、能見度等要素，傳感器除了氣壓、能見度、濕度是使用芬蘭Vaisala公司的傳感器以外，其他的都采用國內的產品。傳感器輸出信號和采集器接入端設置如表1描述。

表1 傳感器與采集器接入端配置表

2.3 中心站數據處理方法

廣西區域自動氣象站網的數據接收處理，都統一由一個中心站完成，中心站通過網內站點的唯一ID標識來進行站點身份識別，對站點觀測數據進行接收、數據質量控制、站點狀態判斷等。中心站有遠程終端通信界面，可與遠程QML201數據采集器透明通信，直接向采集器發送數據請求和終端命令，查看采集器和傳感器運行情況。

3 運行特點

以QML201數據采集器為采集核心的廣西多要素自動氣象站已建站300個，因其采集器的功能穩定、采集準確、低功耗等優點，自動站長期運行穩定，數據傳輸及時，狀態監控方便簡單，故障率低，主要特點如下：

（1）采集要素擴展簡單方便。因QML201數據采集器的接入通道多，類型多樣，接入設置方便簡單，因此自動氣象站對要素的擴展非常的容易實現，廣西目前已經擴展到了7要素。

（2）要素采集準確，計算速度快，性能穩定。QML201數據采集器有先進的軟件功能，帶有數據校驗、多種氣象數據采集算法庫和統計方法庫，能保證自動氣象站要素測量和計算值的準確性；有運行自監控功能，對采集器、傳感器、通信單元等運行狀態的監控，使得自動站得以長期穩定運行，故障率低。

（3）低功耗，在連續的低溫陰雨天氣中仍能正常運行。QML201數據采集器的功耗低，因而降低了整個自動氣象站的功耗，采用太陽能和后備電池的供電方式，在連續的20余天的連續低溫陰雨天氣中，仍能正常運行（蓄電池未老化、通信信號良好、數據上傳間隔為1 h的情況下）。

4 結束語

QML201數據采集器具有低功耗、易擴展、多種通信接口、準確的采集算法、易于配置、維護和安裝等功能，非常適合在廣西野外環境使用，增加一個前置機，彌補了QML201采集器在加密功能上的不足，滿足了氣象業務要求。

[1]Vaisala O.Lizard Setup SoftWare MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2003

[2]Vaisala O.MAWS Terminal MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2001

[3]Vaisala O.Vaisala Hydromet system MAWS301 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[4]Vaisala O.Visibility Sensor PWD 10/20 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[5]中國氣象局﹒地面氣象觀測規范[M]﹒北京：氣象出版社，2003.

[6]中國氣象局監測網絡司﹒氣象儀器和觀測方法指南(第六版)[M]﹒北京：氣象出版社，1996.