Vantage Pro2自動氣象站的使用維護研究

王志明，趙廷寧，田 佳，駱 漢，高 俊，梁 超，彭賢鋒

（北京林業大學水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，北京 100083）

氣象觀測所獲取的氣象資料是我國環境監測體系中的重要組成部分，同時也在國民經濟和社會發展中發揮著不可替代的基礎性作用[1]，因此，加強氣象因子本底數據的收集與觀測，科學布置生態環境災害預防與治理措施，是我國環境保護事業的當務之急。隨著科技的發展，可自動采集氣象因子數據的氣象站在環境科學中越來越廣泛的應用，有效地提高了氣象觀測的時空密度，改善了觀測質量與可靠性，降低了觀測業務成本。關于自動氣象站的發展趨勢以及區域自動氣象站、無人值守自動氣象站等基礎氣象設備的使用以及維護，國內外學者都做了基本的論述分析[2-3]，但對目前環境行業使用廣泛的Vantage Pro2 系列自動氣象站研究甚少。此型號氣象站是美國公司設計生產的多功能、便攜式自動觀測氣象站，在全球范圍內具有較高的市場占有率，廣泛應用于環境相關的各行業，近幾年在我國也得到了大力普及。

在河北、北京、山西、四川等地應用該類型自動氣象站，為相關項目的順利開展提供了科學準確的技術支持，取得了良好的效果。在利用該類型氣象站進行了長達4年的科研試驗后，對該設備在硬件安裝、控制臺安放以及設置、氣象站配套軟件的使用設置以及數據傳輸的檢測等方面所遇到的各種關鍵性故障比較了解，因此筆者總結出該設備的使用維護方法，為該設備在全國范圍內的推廣應用提供有力的技術支持。

1 Vantage Pro2 氣象站簡介

Vantage Pro2 自動氣象站是面向氣象服務、生態環境檢測等的小型氣象站，有體積小，重量輕，功耗小，集成度高，安裝簡單，工作穩定可靠等優點。氣象站采用一體化設計，大屏幕液晶圖形顯示，利用ISS 組件采集外部的風、溫、濕、光照、雨量、太陽輻射、紫外輻射、氣壓、露點、土壤水分、土壤溫度、葉面濕度、ET 等氣象因子數據，發送到Vantage Pro2 控制臺，自動生成NOAA 氣象報告，同時還可進行趨勢分析，配合適當軟件可實現網絡實時氣象監測，還可通過配置GPRS/CDMA 遠程控制模塊實現遠程控制和數據傳輸[4]。

2 適用區概況

Vantage Pro2 自動氣象站適用性較強，其溫度適用區間為-40℃～+65℃；風速可測范圍：1～67 m/s；降雨速率可測范圍：0～1 999.9 mm/h，經長期實踐顯示，該類型氣象站可在我國華北地區的平原、山地以及南方土石山區可長期穩定使用。目前，該類型氣象站已廣泛應用于：京承高速公路（北京段）、京包高速公路（北京段）、北京六環路公路工程、河北廊涿高速公路工程等華北平原區開發建設項目的水土保持監測；北京房山周口店廢棄礦山項目的植被恢復研究；山西太原、陽泉以及呂梁地區黃土高原丘陵溝壑區抗旱造林技術研究；河北省豐寧縣小壩子鄉等北方山地高寒地帶的氣象因子觀測；四川地震災區災后植被恢復研究與示范等一系列科研項目中，并圓滿完成了相關環境因子數據的觀測與收集，為這些項目的進一步順利開展奠定了良好的基礎。

Vantage Pro2 自動氣象站檢測獲得的北京、河北省豐寧縣、山西呂梁地區的氣象數據均準確地描述了當地的氣象特征，與事實相符，說明Vantage Pro2 自動氣象站在這些地區能正常穩定工作；而且這些區域的氣候跨度較大，說明該設備的適用范圍較廣。

3 氣象站使用維護應注意的關鍵技術

3.1 硬件設備的安裝使用

3.1.1 氣象站固定 按照儀器使用說明書安裝好氣象站后，為保證氣象站的穩定，避免被惡劣氣象條件下被大風吹倒導致氣象站物理損壞，需在氣象站支架的三個中間節點上布置額外加固措施。建議用木棒分別在離三個支點0.5～1．0 m 遠的地方進行錨固，支架中間節點與木棒節點用鐵絲連接，并且木棒與地面成一定角度，以增加鐵絲的張力。

3.1.2 控制臺使用維護 控制臺是自動氣象站接收觀測數據、存儲以及初步分析的重要組成部分，保證控制臺的長期穩定工作是整個氣象觀測工作程序中的重中之重。控制臺安裝連接見圖1。除按照使用手冊上的要求對控制臺各個參數進行設置外，還需注意以下幾個問題。

圖1 控制臺安裝連接示意圖

（1）氣象站控制臺內部裝有溫度、濕度、氣壓等傳感器，電路板器件比較密集，在安放地點的選擇上一定要注意要保證控制臺的干燥，防止受潮導致的電路板短路；或者干電池漏液導致的控制臺顯示板被腐蝕而出現白屏等故障。實踐證明，吸水紙可有效吸收控制臺內部空氣水分以及電池漏液，預防了對電路板的損壞，所以可在干電池外部包裹一層實驗室用吸水紙后再安裝到控制臺內部，并不定期更換吸水紙。

（2）務必保證儲存卡與控制臺上的卡槽連接緊密。筆者在使用過程中曾遇到儲存卡按壓不緊導致的數據無法存儲，或軟件客戶端無法連接控制臺的情況，這種故障可通過安裝儲存卡時稍用力按壓，使儲存卡與控制臺卡槽達到物理上的緊密結合來解決。

（3）控制臺的電源配置。Vantage Pro2 自動氣象站提供了交流電電源適配器和二號干電池供電兩種方式。通過咨詢相關技術人員和實際測試發現，二者可單獨啟用也可同時啟用，同時啟用時交流電供電優先，干電池中的化學電能作為后備電源使用，以應對可能出現的突然斷電等情況。建議在外部電源穩定的情況下，交流電和干電池兩種供電方式同時啟用，在客觀條件不允許的情況下才使用干電池供電。實踐測試表明，市場上普通二號干電池在控制臺內部平均氣溫20℃的情況下，使用平均壽命為3 個月；在天氣較冷時，干電池使用壽命大大縮短，在控制臺內部平均氣溫為5℃的情況下，干電池平均壽命僅為21 天，建議只使用干電池供電的氣象站根據氣溫條件和實際情況合理安排電池更新頻率。

3.2 軟件調試

3.2.1 數據線連接 軟件安裝好后用數據線連接控制臺以及電腦，數據線分為COM 型和USB 型兩種通訊端口，根據不同的接口選擇與之相匹配的端口連接，系統會自動安裝驅動，安裝成功后就可正常使用。因為新型筆記本電腦往往沒有COM 型接入端口，此時需額外配置COM 型與USB 型之間的轉換連接裝置，建議使用帶驅動程序的轉換線，否則系統會因為無法安裝合適的驅動而導致轉換不成功，繼而無法導出或保存觀測數據。另外，驅動安裝后，需在氣象站軟件中設置軟件接收終端，該終端的COM 端口數值與控制臺輸出終端的COM 端口數值應保持一致方才能連接成功。

3.2.2 數據傳輸 （1）氣象站安裝完成后，為保證監測數據能夠順利收集與存儲，務必要通過軟件進行數據接收測試，具體方法如下：在氣象站軟件中將觀測數據記錄間隔由默認的30 min 改為1 min，稍等幾分鐘后，下載所記錄的數據，查看是否有相關氣象因子的觀測數據，若數據存在，則整個數據傳輸系統暢通；若沒有記錄，則需進一步排查數據傳輸系統的各個環節。（2）在查看數據記錄的同時，務必查看接收監測數據的ISS 參數。ISS 表示控制臺成功記錄到數據包的百分比。實踐測試表明，ISS參數值正常工作時其數值為100，即控制臺能夠完全接收數據包。通常遠距離輸送、低溫、電磁干擾等情況下可能會導致觀測數據包丟失，此時可調整控制臺與氣象站之間的距離來解決，建議控制臺與外部氣象站之間的直線距離在200 米之內，且控制臺遠離電視機等電磁干擾設備。（3）需要根據實際觀測情況選擇數據記錄間隔時間。Vantage Pro2 自動氣象站存儲卡內存空間一般為128 K，測試表明以30 min 為記錄間隔可存儲45 d 的全部氣象因子數據，以60 min 為記錄間隔可保存90 d 的全部氣象因子數據，存儲空間已滿后，系統會按照時間順序自動覆蓋前期觀測數據。因此，在氣象因子觀測過程中要根據實際情況選擇數據記錄間隔時間，并及時導出數據，另行保存。

3.3 其他需注意的問題

3.3.1 數據殘缺 時常檢查網絡狀態和自動氣象站數據采集情況，如有異常及時進行處理[5]。若發現監測數據中個別氣象因子數據殘缺或者異常，需排查相關氣象因子的傳感器設備運行情況是否正常，例如接收不到風速風向數據，有可能是外部氣象站風速傳感器的網口與主板接觸不良所致，需進行人工調整。

3.3.2 數據導出 在下載數據時，務必保證控制臺處在通電狀態。實踐測試表明，部分氣象站在交流電供電或者交流電與干電池同時供電時，可能會出現觀測數據可以下載但無法在軟件上查看或保存的現象，而在干電池單獨供電時則不會出現這種情況。

3.3.3 電源更新與時間設置 控制臺內無智能時間控制模塊，在斷電后重新供電時，務必謹記對控制臺按照當前時間重新設置時間點。外部氣象站的電源經測試，平均可堅持半年以上，建議半年更新一次，或者從監測數據殘缺分析中判斷外部電源是否需要更換。

3.3.4 保持設備清潔 除上述注意事項外，還要經常留心查看雨量筒內的過濾網上有無塵土、小蟲等堵塞，要及時清理，保持小孔暢通[6]；要定期清洗雨量器與防輻射罩；在清洗雨量筒前，要先拔下傳感器數據插頭；當防輻射罩灰塵過多時，用濕棉布擦洗[7]。

致謝：

本文在寫作過程中得到了北京渠道科學器材有限公司王振華工程師和美國Davis Instruments 公司的技術支持，在這里表示衷心的感謝！

[1]海春興，趙 燁，馬 禮.中國北方農牧交錯區夏季土壤風蝕研究——以河北豐寧縣大灘鄉二道河為例[J].干旱區資源與環境，2002，16（2）：6-9.

[2]馬祖勝，馬 強，湯冬平.自動氣象站的日常管理和維護[J].氣象水文海洋儀器，2009，26（3）：108-110.

[3]周欽強，李源鴻，李建勇，等.自動氣象站探測網實時監控關鍵技術[J].氣象科技，2011，39（4）：477-482.

[4]北京渠道科學器材有限公司.Vantage Pro2 自動氣象站中文安裝手冊[Z].北京渠道科學器材有限公司，2008.

[5]張小石，黃莉芬.自動氣象站設備維護與撤換[J].氣象水文海洋儀器，2009，26（2）：134-137.

[6]張勇剛，呂奐坤，劉愛明.自動氣象站設備夏季維護簡析[J].氣象水文海洋儀器，2009，26（2）：128-129.

[7]田 佳，駱 漢，田 濤，等.基于CDMA1X 的無線傳輸自動氣象站系統的構建[J].水土保持通報，2010，30（2）：180-183.