南海石油平臺海洋自動氣象站選址安裝

周嘉健，徐黃飛

(廣東省氣象探測數據中心，廣州 510080)

0 引言

南海沿海各省在現代氣象業務體系建設中加大了對海洋氣象的投入，尤其是南海海洋氣象綜合觀測業務取得了長足的發展，同時進行了一系列海洋氣象方面的科研與試驗工作。但海洋氣象監測業務仍顯薄弱，監測站點偏少、分布不均勻、監測設備老化等造成了海洋探測資料嚴重匱乏，該現象成為了相關部門當前和今后一段時間面臨的挑戰。海洋石油平臺自動氣象站的建設能提高南海海域海洋氣象立體觀測能力；改進和完善臺風、風暴潮、大風和海霧等海洋氣象災害預報系統建設；推進海洋氣象預警信息覆蓋整個南海，構成一個覆蓋全省的立體氣象防災減災體系；大力提升海洋氣象服務能力，提高對南海的災害性天氣的防護能力和提高預報預測準確率，同時增強防御和減輕氣象災害的服務能力。

1 海洋自動氣象站介紹

由廣東省氣象計算機應用開發研究所研發的海洋石油平臺自動氣象站，基于CAN總線技術，具有數據采集、存儲和傳輸功能，可連續觀測氣溫、氣壓、濕度、風向、風速和降水量等氣象要素；還可添加多種海洋觀測要素傳感器如海水溫鹽、潮位、波浪等數據處理功能，包括缺測檢查、自動補收、校驗、審核等[1，2]。

1.1 海洋石油平臺自動氣象站結構

海洋石油平臺自動氣象站由硬件和軟件組成。硬件分為采集器、傳感器、外部總線和外圍設備；軟件分為采集、業務和通信軟件。采集器包括1個主采集器和若干個分采集器；外圍設備主要包括電源、終端計算機、通信接口等。

1.2 海洋石油平臺自動氣象站特點

自動氣象站是專門用于氣象監測數據的自動采集、計算處理和存儲的設備，可對連續自動探測記錄風向、風速、溫度、濕度、氣壓和降水等氣象要素的值，進行計算、編報、顯示處理，同時可實現資料遠距離傳輸，自動氣象站具有如下特點：

1)高穩定性和可靠性。為保證自動氣象站具有高穩定性和可靠性，選用高可靠性的元件和傳感器，從硬件電路和軟件編程方面對系統進行可靠性處理，引入系統質量控制設計。

2)高數據準確度和可信度。選配性能穩定的氣象傳感器，使系統的準確度滿足南海海洋氣象觀測業務的需求。

3)輸出數據接口標準化。提供標準串口(RS-232)，可實現遠程無線或有線數據傳輸顯示，并可通過接口實現自動氣象站單站或組網自動校時、遠程控制配置參數等功能。

4)接口通道防雷安全措施嚴密。使用防靜電感應接口芯片，大大減少靜電感應危害；使用防雷器件、光電隔離、多重DC/DC供電隔離技術，防范雷擊和干擾。

5)結構實現模塊化、集成化、系統化、標準化。要求系統自動化程度高，適應性、通用性強，可實現模塊化組合。且具有靈活的擴展性，能夠適應業務發展中不斷增加的要素要求。

6)嵌入采集器軟件操作靈活，硬件維護方便。操作保護功能嚴密，任何誤操作均無效，可以通過小鍵盤的輸入進行各種參數設置。硬件的設計采用模塊化、板塊化，同時有相應的標準檢測盒，為故障維修提供方便。

1.3 通信方式

本站建立專門的海上石油平臺自動氣象站數據處理及傳輸系統，確保數據處理及時和數據完整，采用北斗衛星通信[3，4]進行數據傳輸和接收，確保數據完整率不低于96%，數據傳輸頻率為5 min/次。

1.4 供電形式

海洋自動氣象站具有兩種供電方式：一是市電供電(交流供電)；二是直流供電(蓄電池供電)。

平臺上提供220 V的交流電，雖然平臺保證24 h供電，為確保自動氣象站采集資料萬無一失，設計為自動氣象站提供交流電和蓄電池組兩種方式，采用自動切換裝置，當交流電中斷時自動切換為蓄電池組供電。具體設備安裝電路說明如下：

1)交流電源：交流電源(220 V)從配電房內引出至自動氣象站設備采集箱內。

2)自動氣象站系統電源：自動氣象站系統采用13.6 V直流供電。AC220 V交流電經過開關電源轉變為DC13.6 V，設計最大輸出功率為80 W，實際在給蓄電池充電時最大功率<30 W。供電設備具有自動切換功能，當交流電源停止供電時，負載供電會自動切換至從蓄電池組輸出。

2 自動氣象站選址與安裝建設要求

海洋自動氣象站的安裝，尤其是在石油平臺上，安裝過程中會受到各方因素影響。

2.1 安裝地點選擇

石油平臺是一個位于海洋上的大型結構設施，用于鉆井提取石油和天然氣。每個平臺包含生產區(也稱作業區)和生活區。生產區包含開采等作業，有各種開采設施，而生活區是工作人員居住的地方。因此，在平臺上自動氣象站需要安裝在盡可能遠離生產區的生活區內，這樣觀測得到的數據才具有代表性。由于所建設的站點位于南海，主要降水和臺風的路徑等基本從南面發生，因此自動氣象站安裝的位置盡可能選取西南或東南方向。

2.2 機箱、北斗通信設備和各傳感器的安裝要求

安裝在石油平臺上的海洋自動氣象站能測量溫度、相對濕度、風向風速、雨量、氣壓和能見度，具體安裝要求如下：

1)傳感器和防爆機箱等盡量地選擇生活區內通風良好和開闊地點進行安裝，可初步選定在平臺相對較高的甲板邊緣，最大限度避免遮擋造成的誤差，并盡可能選取西南或東南方向；

2)對于風傳感器的安裝，為確保風要素探測的準確性，盡量在平臺邊緣相對開闊地點的制高點安裝風向風速傳感器，同時考慮該點的盛行風向，風桿底座與安裝點平臺焊接牢固；

3)溫度與濕度傳感器放入同一個百葉箱中，并且溫度傳感器在濕度傳感器南面；百葉箱和北斗通信終端安裝在T型桿上，T型桿安裝在防爆機箱背面，而防爆機箱通過4個固定腳焊接在甲板上；

4)北斗的安裝要求四面無遮擋(30°仰角無阻礙)，否則影響信號發射；

5)雨量傳感器的安裝地點附近應盡可能無遮擋，若四周沒有合適的選擇，則可以架在平臺圍欄處。

6)能見度傳感器的安裝則需要注意接收端和發射端的方向。接收端在南，發射端在北，這樣能避免太陽光直接到達接收端而影響觀測數據的準確性；同時安裝點也要盡可能保證四周無遮擋物和反光物。

3 結束語

海洋石油平臺自動氣象站的建設對改進和完善臺風、風暴潮、大風、海霧等海洋氣象災害預報系統建設，提高對南海的災害性天氣的防護能力和提高預報預測準確率，增強防御和減輕氣象災害的服務能力等都具有重大意義。文章簡要地介紹了石油平臺海洋自動氣象站組成和特點，并給出了自動氣象站選址和安裝建設的基本規范以及安裝過程中的注意事項，可為后續其他石油平臺海洋自動氣象站建設的選址和安裝提供參考，但自動氣象站實際在平臺上的安裝建設需根據平臺的實際情況而定。