DZZ5型自動氣象站主采集器的現場校準方法

王馳 李博 趙建凱 張晨陽 安學武

摘要：主采集器通道測量誤差直接影響自動氣象站各氣象要素觀測數據的準確性，因此對主采集器進行現場校準是十分必要的。本文詳細描述了DZZ5型自動氣象站主采集器的現場校準流程，總結了2019年對內蒙古自治區部分DZZ5型自動氣象站主采集器的現場校準實際經驗，為下一步自動站升級為多氣溫、多雨量后的主采集器的現場校準積累了必要的經驗。

關鍵詞：DZZ5型自動氣象站;HY-3000數據采集器;主采集器;現場校準

中圖分類號：S163文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815041

收稿日期：2020-06-24

作者簡介：王馳（1990-），男，碩士，助理工程師。研究方向：氣象地面觀測設備保障。

前言

主采集器是自動氣象站（以下簡稱“自動站”）的核心，負責采集本身以及分采集器上掛接的所有傳感器的數據，按統一的規范進行處理、存儲、傳輸，并實現對CAN總線網絡的管理[1]。主采集器測量通道的誤差是自動站觀測系統誤差來源的重要組成部分，此誤差會對自動站觀測數據準確性產生影響，因此對主采集器進行周期性校準，并根據校準結果維修或更換主采集器，是保證自動站觀測數據準確性的重要手段[3]。

本文根據內蒙古自治區大氣探測技術保障中心對DZZ5型自動站主采集器常規6要素通道的現場校準實際經驗，對主采集器的現場校準流程進行了總結，并對校準結果進行了討論。

1校準前的準備工作

1.1校準設備

自動站主采集器現場校準所使用的設備包括安裝有串口調試助手軟件SSCOM42的筆記本電腦和HY-2000自動氣象站采集器校準儀（以下簡稱“校準儀”）。其中，校準儀是針對各型號自動站采集器的現場校準，由內蒙古自治區大氣探測技術保障中心與華云升達（北京）氣象科技有限責任公司研制的，其在設計要求上滿足所有氣象要素觀測值的計量要求，便于攜帶，可在野外使用，實現了低能耗、易維護，能很好地規避運輸中的不可控要素[5]，兼顧了自動站全功能測試、故障在線測試、備件離線檢查及設備線路板級維修輔助測試[6]。如圖1所示，校準儀工作面板的左半部分為“信號源”區域，包括接線端子、獨立顯示器、獨立鍵盤;右半部分為“采集器”區域，包括接線端子、共用顯示器、共用鍵盤，信號采集與通訊控制2種狀態可以進行切換。2部分之間還有5V和12V供電端口。

1.2現場校準條件

現場校準時應滿足下列環境條件[7]：氣溫10～30℃;相對濕度≤80%。

2現場校準流程

現場校準流程如圖2所示。需要說明的是，現場校準應在整點過后3～5min開始，并在下個整點前10min恢復自動站正常運行，以避免干擾臺站整點數據的發送。

2.1外觀檢查

使用目測法檢查主采集器外觀，檢查包括下列內容：生產商、采集器型號和出廠編號等標志清晰可辨;金屬件無銹蝕及其它機械損壞;各通道傳感器連接線、通訊線和電源線接插件連接可靠[7]。

2.2校準儀參數設置

現場校準HY-3000數據采集器（以下簡稱“主采集器”）時使用校準儀工作面板的“信號源”部分。按“1溫度”按鈕，設置溫度校準點的參量值;按“2/ABC濕度”按鈕，按1輸入濕度校準點的參量值。DZZ5型自動氣象站使用的是PTB210型氣壓傳感器，通訊參數為9600 N81。按“設置”，選擇“2COM2[氣壓傳感器]”，按照PTB210的通訊參數設置校準儀COM2端口對應的通訊參數。設置完成后返回主界面，按“3/DEF氣壓”按鈕，再按1設置氣壓校準點，輸入參量值;按2設置傳感器型號，選擇“HYPTB210（P）”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”。按“4/GHI風向”按鈕，按1設置風向校準點，依次輸入參量值;按2設置傳感器型號，選擇“ZQZ-TF/EL15-2C”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”。按“7/PQRS風速”按鈕，按1設置風速校準點，依次輸入參量值;按2設置傳感器型號，選擇“EL15-1A/C”;按3設置邏輯電平，選擇“5V”（注意：如果“邏輯電平”選項選錯，如加載12V電壓至邏輯電平電壓為5V的主采集器，可能會損壞主采集器）。按“8/TUV雨量”按鈕，按1輸入雨量校準點的參量值，注意測試雨量時首先要確認雨量是否打開，即按“9/WXYZ雨量開停”按鈕，使顯示屏雨量的狀態顯示“ON”。

2.3線纜插拔與校準點數據讀取

先將主采集器RS232-1端口上的端子拔下，再將與電腦連接的USB轉串口接入RS232-1端口。打開串口調試助手，發送OBSAMPLE MAIN命令，先確認電腦可以正常讀取主采集器中的數據;把雨量、風向、風速、溫度、濕度和氣壓測試線一端分別連接到校準儀的雨量、風向、風速、溫度、濕度和COM2端口上;將主采集器上I1、I/O、I2和COM2端口上的端子拔下，把雨量、風向、風速和氣壓測試線另一端分別連接到采集器的I1、I/O、I2和RS232-5端口上。若自動站安裝有HY1101溫濕分采集器，則溫度、濕度測試線另一端應該連接到溫濕分采集器的對應端口上;若自動站未安裝HY1101溫濕分采集器，則把溫度、濕度測試線另一端分別連接到主采集器的CH1、CH2端口即可。

發送DATE YYYY-MM-DD（YYYY為年，MM為月，DD為日）命令修改主采集器的日期，為方便工作人員操作，改為測試的前1d即可，返回“T”則表示修改成功[8]。此操作目的是減少臺站地面綜合觀測業務軟件ISOS中的分鐘數據出現人工輸入的校準點數據的可能性。

用校準儀“信號源”鍵盤輸入溫度、濕度、雨量、風向、風速和氣壓的不同校準點參量值（見表1），并進行記錄。在此操作流程中各個傳感器的校準點設置需滿足下列2個條件之一[7]：根據主采集器各通道技術指標選擇校準點;根據臺站經緯度、海拔高度或當地氣象要素年絕對值等條件選擇對應的校準點。

注意主采集器校準點全部測試完后，先拔下溫度、濕度、風速、風向、氣壓和雨量測試線，將原來主采集器上的傳感器連接線重新接到對應端口上，再發送OBSAMPLE MAIN命令，直到確認雨量值為0，溫度、濕度、風速、風向、氣壓值也恢復正常后，發送DATE YYYY-MM-DD（YYYY為年，MM為月，DD為日）命令將主采集器的日期恢復至當天，最后拔下RS232-1端口的測試線，將原通訊線重新接入該端口。

2.4校準點數據處理

由于人工輸入的某些校準點測試值超出本站氣象要素年絕對值數據的正常范圍，為防止人工輸入的校準點數據影響臺站的數據質量控制，可以在主采集器現場校準完成的下一個整點通過臺站地面綜合觀測業務軟件ISOS補發更正，即在現場校準的那1h內選擇正常分鐘數據中的極大風速、極大風速的風向、最大風速、最大風速的風向、最高氣溫、最低氣溫，然后在“省級自定與應急觀測”中修改對應類型的數據。另外，由于每個地方的經緯度、海拔高度并不一致，所以輸入氣壓校準點數據后是否影響臺站氣壓觀測數據要根據ISOS軟件中“省級自定與應急觀測”最高氣壓、最低氣壓的情況進行判斷，并以此確定是否更正臺站氣壓數據。

3結束語

通過對內蒙古自治區部分DZZ5型自動氣象站主采集器的現場校準，不僅對這部分DZZ5型自動站的主采集器運行情況有了詳細的數據支撐，提高了臺站氣象觀測數據的可靠性，更為下一步自動站升級為多氣溫、多雨量后的主采集器的現場校準積累了一定經驗。本文僅總結了內蒙古的DZZ5型自動氣象站主采集器的現場校準，而沒有討論DZZ4型自動氣象站主采集器的現場校準，后續可以進一步研究總結。

參考文獻

[1] 江蘇省無線電科學研究所有限公司.DZZ4型自動氣象站用戶手冊[M].無錫：江蘇省無線電科學研究所有限公司，2014.

[2]張天華，郭瑞寶.自動氣象站采集器通道及合成誤差分析[J].氣象與環境科學，2018，41（02）：118-123.

[3]韓廣魯，孫嫣，任燕，等.自動氣象站數據采集器校準方法[J].山東氣象，2015（01）：57-59.

[4]華云升達北京氣象科技有限責任公司.DZZ5型自動氣象站用戶手冊[M].北京：華云升達（北京）氣象科技有限責任公司，2013.

[5]逄淑蕾，隋丹，孫哲，等.自動氣象觀測站數據采集器檢測儀的設計與功能[J].黑龍江科學，2019，10（12）：76-77.

[6]內蒙古氣象技術裝備保障手冊編寫組.內蒙古氣象技術裝備保障手冊[M].呼和浩特：內蒙古自治區氣象局，2013.

[7]QX/T291-2015，自動氣象站數據采集器現場校準方法[S].北京：氣象出版社，2015.

[8]李博.新型自動站采集器現場校準及數據處理[J].內蒙古科技與經濟，2020（03）：77，79.

（責任編輯賈燦）