气象仪器检定自动化及数据共享平台的开发.doc

气象仪器检定自动化及数据共享平台的开发李昕娣1 ,敖振浪2 ,陈武框1(1 . 广东省气象计量检定所 ,广州 510080 ;2 . 广东省大气探测技术中心 ,广州 510080)摘要 :针对目前气象部门普遍使用的传统的计量检定设备进行自动化改造 ,阐述了改造的整体思路 ,给出了各子系统的设计原理和软件流程 ,在 Wi ndo w s XP 系统下采用串行通信技术实 现检定数据自动采集 、自动处理和自动打印检定证书 ,并建立检定数据库 。该平台的建立 ,将实现检定系统的全程检定自动化 ,大大减轻劳动强度 ,减少人为误差 ,缩短检定时间 ,提高工作 效率 。关键词 :自动气象站 ;传感器 ;检定 ;自动化 ;平台中图分类号 : T H765文献标识码 : A文章编号 :10062009 X (2009) 0120005203Devel opment of meteorol ogical instrument verif icat ionan d data sharing platf ormL I Xi ndi1 ,Ao Zhe nla ng2 ,Che n Wuk ua ng1( 1 . I ns t i t ute o f M eteorol o g i cal M e as u rem ent De p a rt me nt o f Gua n g don g , Gu a n g z hou 510080 ; 2 . Gua n g d on g A t m os p he reS oun d i n g tec hnol o g y Ce nte r , Gu a n g z hou 510080)Abstract : Thi s a r ticle ma de t he a uto mat e d t ra n sfo r matio n i n view of p re se nt unive r sal met rolo gic a ndve rificatio n device s i n met eo rolo gical dep a r t me nt , ela bo rat ed t he o ve rall t hi nki ng of t ra n sfo r matio n , ga ve t he i nt e rf ace ci rcuit a nd t he ai r co ur se mecha ni sm co nt rol p ri ncip le of de si gn , a s well a s t he sof t wa re de si gn f lo w , u se d t he serial mecha nic s of co mmu nicatio n under t he Wi ndo w s XP syst e m to realize t he e xa mi natio n dat a gat he red a uto matically , t he a uto matic re ductio n dat a a nd t he a uto matic p ri nti ng e xa mi natio n ca r d ,a nd e st a bli sh me nt of t he e xa mi natio n dat a ba se . The re b uilt of t he p latfo r m will re duce t he la bo r i nt e n sit y ,p e r so nal e r ro r ,t he e xa mi natio n ti me a nd rai se t he wo r ki ng efficie ncy .Key words :a uto matic weat her st atio n ; se n so r ; mea sure me nt e xa mi natio n ;a uto matio n ;p latfo r m方面已远不能满足气象事业现代化和气象探测自动化发展的需要 ,不能满足社会各行各业越来越 多气象仪 器 检定 的需 要 。为了 提高 检定 工 作效 率 ,减少人为误差 ,降低检定人员的劳动强度 ,提高检定精度及准确度 ,解决对气象仪器 、自动站进 行室内大批量检定的需求 ,必须制定自动气象站 室内检定规程和方法 、配备自动气象站 (兼顾常规 仪器) 检定标准 、设备和研发具有国内一流的计量0引言气象计量检定工作是整个气象基本业务和服务系统的基础 ,是保证气象技术装备的精度和探测资料准确性的基础性工作 ,可靠的量值传递是 气象探测和科学研究的前提和保障 。相对于气象 现代化建设的快速发展 ,原省级气象计量检定系 统建设严重滞后 ,在计量器具 、计量方法和标准等收稿日期 :2008211214 .基金项目 :广东省气象局气象科技项目 (2008B18) .作者简介 :李昕娣 (19822) ,女 ,硕士研究生 ,助理工程师 . 主要研究方向 :气象仪器检定 .管理平台) ,以适应自动站建设发展需要 ,使省级统 ,以及检定业务管理系统 。计量机构能够较好地承担计量区域中心的职责 ,实现现代化的计量 、质量管理和信息资源管理体系 1 。2系统设计思想自动气象站是集传感器 、数据采集器 、数据处理器为一体的多要素自动观测仪器 2 ,各要素传感器都是电信号输出 ,其测量准确度会随时间的 变化而变动 ,必须进行检定和校准 。本平台利用 计算机自动采集标准器及被测传感器的数据 ,将 各要素检定数据进行分析 、误差计算 、结果判断和 处理后 ,生成报表 ( 证书 、检定记录等) ,通过网络向中心数据库传送检定数据 ,供查询 、存档 。1平台建设的目标与内容平台建设的目标是在原有检定设备基础上 ,结合新配备的标准器和设备 ,主要依照新的自动检定规程 ,开发检定自动采集和控制系统以及相 应软件 ,实现温 、湿 、压 、风以及雨量等检定的半自动化和自动化 。 平台建设内容包括温度自动化检定子系统 、湿度自动化检定子系统 、风速自动化检定子系统3系统结构框图图 1 系统结构框图4 各子系统的实现4 . 1 温度检定子系统温度传感器检定装置采用重庆银河试验仪器厂 生产的 HJ 3A 低温恒温槽 。将标准温度表和被测温 度传感器 ,共同放置在温度恒温箱中 ,通过控制温度恒温箱改变温度大小 ,利用采集器自动采集各温度 点的标准温度表示值和被检测温度传感器的测量 值 ,并比较二者的温度值 ,完成检定 ,见图 2 。4 . 2 湿度检定子系统湿度传感器检定装置采用天津气象海洋仪器 厂生产的 DJ M10 型湿度检定箱 。将湿度标准表与被测湿度传感器同置于湿度发生器中 ,通过控制湿度发生器和转页风扇改变湿度大小 ,利用采 集器读取标准湿度值和被测传感器的湿度值 ,并 将二者进行比较 ,得出被检湿度传感器的准确度 ,完成检定 ,见图 3 。图 2 温度检定子系统流程图7 第 1 期李昕娣 ,等 :气象仪器检定自动化及数据共享平台的开发产的 JJ S3 型雨量检定箱 。雨量检定子系统的原理是用标准雨量发生器对被测雨量传感器的采集 数据进行控制 ,通过比较标准值和被测值 ,得出雨 量传感器的准确度 ,完成检定 ,见图 5 。图 3 湿度检定子系统流程图4 . 3 风速检定子系统风速传感器检定装置采用贵州六盘水生产的 HD F2500 型回路风洞 ,并结合广东省大气探测技 术中心研发的 M3D S 风速传感器自动检定系统 。 通过控制数字变频器的频率 ,改变风洞电机的转速 ,将风速传感器置于风洞中 ,将传感器的值与数 字微压表数值进行对比 ,得出风速线性方程 ,判定 是否合格 ,完成检定 ,见图 4 。图 5 雨量检定子系统流程图4 . 5气压检定子系统气压检定装置采用山西太原航空仪器厂生产 的 Q YJ D21 型气压检定箱 。设定检定点 ,读取数 字微压表值 ,当标准达到检定点时 ,读取被测气压传感器数值 ,对比标准气压值和被测气压值 ,得出 气压传感器的准确度 ,完成检定 ,见图 6 。图 4 风速检定子系统流程图4 . 4雨量检定子系统雨量传感器检定装置采用天津气象仪器厂生图 6 气压检定子系统流程图(下转第 16 页)风法所不具有的 。就很复杂 ,雷达靠内插法提供的数据就往往不能4 . 2 . 2 使用灵活多变面积测风可以保证在任何时候提供的数据都 是高精度的 。传统基线测风法通常时测风精度较 高 ,但当气球在飞越基线 、延长线或在其上方附近时 ,由于空间几何的关系的因素测风精度会明显 下降 。为了改善这种情况 ,通常的做法是重新选 择标定 1 条辅助基线来测量 ,但该法仍然存在弊 端 :一是费时费力 ;二是即便在地面上避免了上述 情况 ,高空时上述问题仍有可能发生 ,也就是说不能从根本上解决问题 。应用面积测风法则不然 , 由于其是由 3 条基线共同组成 ,且保持一定的角 度 ,所以即使在其中一条发生上述类似情况 ,我们 也会通过转用另外两条来解决 。因其自身结构特 点的原因 ,根本就不会发生 3 条基线同时遇到上述问题的可能 ,故可以保证精度不变 。4 . 3 面积测风法的应用优势面积测风法的技术特点使得其具有以下应用 优势 。(1) 为风廓线雷达 、声雷达等测风雷达的定型提供高精度对流层风的对比数据 ,并避免了由传 统基线测风提供该数据时存在的不足 。(2) 为轻武器等低弹道兵器试验提供高精度 的弹道参数 ,这是雷达测风所不具备的 ,也是传统 基线测风法所不能时时保证的 。雷达测风在近地面存在很大的盲区 。因雷达 测风时所用探空气球升速较快 ,以及雷达自身工 作机理的原因 ,雷达测风实际提供的第一组数据 是在探空气球施放后至少 1 mi n ,高度约为 300 m 以上的大气风参数 ,这就会造成一个地面到该高 度的测风盲区 。这一高度有时已经超过所需提供真实反映风在该段的变化特征 ,由此提供的风参数误差较大 。 面积测风法恰恰具有该方面的优势 。与新定型的某数字式光学测风经纬仪配合使用 ,因该经纬仪具有自动记时 、记录功能 ,我们可进一步减小2 次定位的时间间隔 ,这样就可进一步提高测风数据的精度 ,分层可达到数米级而不需要用内插 。5结论面积测风法只比传统的基线测风法增加了 1台光学经纬仪 ,但却可以增加两条基线 ,而且随着具有自动记时 、记录功能数字式光学经纬仪的定 型生产 ,以及飞速发展的现代通信技术 ,使得 3 台 光学经纬仪也仅需 3 个人操作 ,计算精度 、使用灵活性却要优于传统的基线测风法 。正因为该测风 法具有文中所述的特点 ,使得其在风廓线雷达等 的定型方面具有很高的应用价值 ,同时也可为轻 武器等低弹道常规 兵器 试 验提 供高 精度 的 风参 数 ,解决了该领域目前存在的不足 ,为基地试验的顺利进行提供了有力的技术保证 。综上所述 ,面积测风法不仅是光学经纬仪传 统测风方法的一种改进 ,还为需提供高精度对流 层风参数的应用多了一条途径 ,具有广泛推广的 使用价值 。参考文献 : 1 张霭琛 . 现代气象观测 M . 北京 : 北京大学出版社 ,2000 . 2 GJ B 240221995 探空仪通用规范 S .(上接第 7 页)化管理 ,保证量值传递的准确性和可靠性 ,实现较为先进的量值传递和管理体系 。结束语本文介绍的气象仪器检定自动化和数据共享 平台是对自动站检定技术和方法的新尝试 。本系 统将检定过程中的物理量全部数字化 ,严格按照 自动站传感 器技 术要 素 要求 3 , 以 PC 计算 机为 核心 , 通 过 RS2232 串 行 接 口 进 行 通 信 , 采 用 MO XA C168