QXT 749-2025 电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方法标准立项发展报告

电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PerformanceVerificationMethodforSensorsofResistiveFrozenSoilAutomaticObservationInstrument摘要冻土作为气候变化的重要指示因子，其长期、连续、精准的监测对于气象预报、工程建设及生态保护具有不可替代的作用。电阻式冻土自动观测仪作为当前冻土观测业务中的主流自动化设备，其传感器性能的稳定性与可靠性直接决定冻土观测数据的质量。然而，长期以来我国在电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方面缺乏统一的技术标准和规范化的核查方法，各台站在实际业务运行中普遍存在核查流程不统一、判定依据缺失、数据质量参差不齐等问题。本报告基于气象行业标准QX/T749-2025《电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方法》的立项与编制实践，系统阐述了该标准的立项背景、编制原则、技术路线、主要内容及预期效益。该标准明确了检查项目、检查方法、核查周期及判定准则，填补了我国电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查领域的技术标准空白，对提升冻土观测自动化水平、保障观测数据质量、推动冻土科学研究及应对气候变化具有重要的现实意义和深远影响。关键词：冻土观测；电阻式传感器；性能核查；气象标准；自动化观测；数据质量Keywords:FrozenSoilObservation;ResistiveSensor;PerformanceVerification;MeteorologicalStandard;AutomatedObservation;DataQuality一、引言1.1研究背景冻土是指温度在0℃或0℃以下并含有冰的各种岩土，其分布面积约占全球陆地总面积的50%以上，其中多年冻土约占全球陆地面积的24%。中国是世界第三冻土大国，多年冻土面积约220万平方公里，占国土面积的22.9%，主要分布于青藏高原、东北北部山区、西北高山区及华北部分地区。冻土的发育与变化直接影响着区域水文过程、碳循环、寒区工程稳定性和生态系统格局，是气候系统的重要组成要素。在全球气候变暖背景下，冻土退化已成为不争的事实。青藏高原多年冻土区活动层厚度呈增大趋势，多年冻土面积呈缩小态势。冻土的退化不仅引发地表沉陷、热喀斯特等地质灾害，还对青藏铁路、公路等重大工程的安全运营构成直接威胁。因此，开展长期、连续、精准的冻土观测，准确掌握冻土时空分布及变化规律，已成为气象、地质、交通、水利等多行业部门的共同迫切需求。1.2冻土观测技术发展历程我国冻土观测技术的发展经历了从人工观测到半自动观测再到全自动观测的三个阶段。早期冻土观测主要依靠人工挖坑或冻土器进行，观测周期长、劳动强度大、时空分辨率低。20世纪80年代起，电阻式冻土观测仪逐步引入气象业务，其基本原理是利用土壤冻结后电阻率急剧增大的物理特性，通过测量埋设在不同深度土壤中传感器探头的电阻值变化来判断冻结状态。相较于传统人工观测方式，电阻式冻土自动观测仪具有自动化程度高、观测频次密、人为误差小等显著优势，目前已在全国气象部门冻土观测业务中得到广泛应用。1.3存在的问题与标准立项必要性然而，随着电阻式冻土自动观测仪的大规模业务应用，传感器性能核查环节的薄弱日益凸显。具体表现为：一是传感器长期埋设于地下，受土壤冻融循环的反复作用、水分的浸润侵蚀及温度的大幅变化，其电学性能会逐渐漂移或劣化，需定期核查和校准；二是现行气象业务规范中对传感器核查的方法要求缺乏针对性和可操作性，各台站多凭经验操作，核查方法不一致，判定依据不统一；三是缺乏明确的核查周期和记录格式规范，核查数据难以有效追溯和利用。这些问题的存在，直接影响了冻土观测数据的准确性、连续性和可比性，制约了冻土观测业务质量的整体提升。因此，制定电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方法的气象行业标准，统一核查技术要求，规范核查操作流程，建立科学合理的性能判定准则，已成为冻土观测业务标准化建设的一项紧迫任务。二、标准立项依据与编制原则2.1法律法规与政策依据2.2标准编制原则（一）科学性原则。标准的编制以电阻式冻土传感器的物理工作原理和误差来源分析为基础，核查项目和指标均基于充分的实测数据统计和实验室验证结果，杜绝主观臆断。（二）适用性原则。充分兼顾我国不同气候区和不同土壤类型条件下冻土观测台站的实际情况，核查方法力求简便易行，使各级台站技术人员经过一般培训即可掌握执行，避免片面追求高精度而导致可操作性下降。（三）规范性原则。对核查条件、核查设备、操作步骤、数据处理、结果判定和记录格式提出统一要求，确保不同人员、不同台站、不同时间执行核查结果的一致性和可比性。（四）前瞻性原则。在满足当前业务需求的基础上，充分考虑冻土观测技术发展的趋势以及观测手段升级的需求，为标准内容的后续扩展和修订预留空间。2.3国内外相关标准分析目前，国际标准化组织（ISO）、世界气象组织（WMO）尚未发布针对电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查的专门标准。国内在冻土观测仪器检定规程方面有JJG（气象）相关计量检定规程，但其主要内容侧重于仪器出厂检定和周期检定，对于台站日常业务运行中的传感器性能核查未作系统性规定。因此，本标准的制定在国内乃至国际上均具开创性，填补了相关领域的标准空白。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准规定了电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查的核查条件、核查设备、核查项目与方法、核查周期、核查数据处理以及核查结果判定等技术要求。适用于电阻式冻土自动观测仪传感器在安装使用期间、维修后以及数据异常核查时的性能检验与评估。3.2核查条件要求标准明确规定了传感器性能核查的环境条件和操作条件。在环境条件方面，要求核查现场环境温度、湿度等满足传感器正常工作要求，避免在雷电、降水等恶劣天气条件下进行核查作业。在操作条件方面，对核查人员的资质要求、安全操作规范以及核查前的准备工作（如传感器状态检查、连接线路确认等）作出了明确规定，以保障核查过程的规范性和核查结果的可靠性。3.3核查设备要求标准对核查所用基准设备提出了明确的计量技术要求。核查用标准电阻箱的准确度等级应不低于0.1级，其计量性能需经法定计量检定机构检定合格并在有效期内。核查设备的量程应覆盖被核查传感器的测量范围，确保核查的有效性和准确性。同时，对辅助核查设备如数字万用表、连接导线等也提出了相应的技术指标要求。3.4核查项目与方法标准从电气性能核查和功能性能核查两个维度，系统设置了核查项目。在电气性能核查方面，主要包括：传感器各通道绝缘电阻核查，以判定传感器内部绝缘状况是否满足要求；传感器输出信号稳定性核查，即在恒定激励下连续采集输出值，评估其波动幅度是否在允许范围内；传感器通道间一致性核查，通过比对同一传感器不同深度通道的输出差异，判断各通道性能的一致性水平。在功能性能核查方面，主要包括：电阻测量示值误差核查，即利用标准电阻箱在多个校准点逐一比对传感器的测量值与标准值的偏差；重复性核查，即在短时间内对同一被测对象进行多次测量，依据测量值的离散程度评估传感器测量的稳定性。标准对每一个核查项目均明确了具体的操作步骤、测量点位数量、数据读取要求及注意事项，并对所用数据处理和计算公式作出了规范统一的规定，以确保核查结果的科学性、可重复性和可比性。3.5核查周期标准结合冻土观测业务实际和传感器性能变化规律，科学确定核查周期。标准规定，电阻式冻土自动观测仪传感器的性能核查应每年至少进行一次。同时，在以下特殊情形下应及时追加核查：（1）传感器经维修或更换关键元器件后；（2）观测数据出现明显异常，经初步判断可能与传感器性能有关时；（3）传感器受外部因素影响可能出现性能改变时（如雷击、水淹、冻胀损坏等）。这一分类规定既保证了常规性核查的周期性覆盖，又兼顾了突发情况下的应急核查需求。3.6核查结果判定标准对每个核查项目均规定了明确的合格判定指标。对核查结果的处理分为合格、不合格两种情形。核查合格的传感器可继续投入业务运行；核查不合格的传感器应立即停用，进行维修或更换，并在修复后重新进行核查，合格后方可恢复业务运行。对核查发现性偏差较大但尚未超出合格判据的情况，标准建议适当缩短核查周期，加强跟踪监测。此外，标准附录中给出了统一的核查记录表格式，方便台站技术人员按规范填写，确保核查过程可记录、可追溯、可审查。四、主要参与单位介绍本标准由中国气象局气象探测中心牵头，联合省级气象探测技术保障机构及冻土观测设备生产企业共同起草制定。中国气象局气象探测中心（以下简称“探测中心”）是本标准的第一起草单位和主要技术支撑单位。探测中心作为国家级气象探测业务枢纽和技术指导核心，承担着全国气象探测业务的技术指导、装备保障、质量控制与标准化建设的双重职能，在气象仪器检定、测试评估、标准化研究领域具有深厚的技术积淀和权威地位。在标准编制过程中，探测中心充分发挥了其在气象探测标准化领域的顶层设计能力和统筹协调优势，负责标准总体框架的设计、技术指标的论证、验证试验的统筹组织以及标准文本的编写统稿。探测中心组织开展了多轮次、多地区的现场测试验证工作，联合省级台站技术人员在不同气候区域和土壤条件下对核查方法的适用性和可操作性进行了充分验证，为标准技术指标的科学确定提供了坚实的数据支撑。五、标准预期效益分析5.1直接效益标准的发布实施将为全国冻土观测台站提供统一、规范、操作性强的传感器性能核查技术依据，从根本上改变当前核查工作“无章可循、各凭经验”的被动局面。通过规范化的核查作业，可及时发现和消除传感器性能隐患，有效降低异常数据发生率，切实提升冻土观测数据的准确性和完整率。5.2业务效益5.3经济社会效益可靠的冻土观测数据对于青藏铁路、公路、输油管道等重大寒区工程的安全运营、寒区水文水资源管理和灾害风险防控具有重要的支撑价值。本标准的实施将通过提升冻土观测质量，间接服务于寒区工程安全和防灾减灾决策，产生广泛的社会效益。5.4标准化引领效益本标准的制定填补了国内冻土自动观测仪器性能核查标准的空白，为后续冻土观测仪器检定规程修订、其他类型冻土观测仪器标准制定提供了参考框架，有力推动了气象观测标准体系的持续完善。六、结论与展望6.1结论QX/T749-2025《电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查方法》是我国气象行业首部针对电阻式冻土自动观测仪传感器性能核查的专项技术标准。该标准的制定立足于冻土观测业务的实际需求，遵循科学、适用、规范、前瞻的编制原则，系统规定了核查条件、核查设备、核查项目与方法、核查周期、数据处理及结果判定等关键技术要求。标准的发布填补了国内相关领域的标准空白，为冻土观测传感器的质量控制提供了科学依据和操作指南，对于提升冻土观测业务的标准化、规范化水平，保障冻土观测数据的准确性和可比性具有重要的现实意义。6.2展望随着科技的不断进步和冻土观测业务的深化发展，电阻式冻土自动观测仪传感器技术将持续迭代升级，新原理、新结构的传感器将不断涌现。与此同时，人工智能、物联网和大数据技术在气象观测领域的深入应用，为冻土观测传感器的智能化核查与远程诊断提供了新的可能。未来，应持续跟踪冻土观测技术发展趋势，适时开展本标准的复审和修订工作，不断完善标准技术内容；积极推进冻土观测传感器核查技术的自动化、智能化发展，探索远程核查和在线监测技术路线的标准化；加强标准宣贯培训，确保各级台站技术人员准确理解、熟练运用本标准，切实发挥标准对业务质量提升的支撑作用。同时，也期待本标准能够为国际冻土观测标准化工作提供有益借鉴，推动全球冻土观测数据质量的整体提升。参考文献[1]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则:GB/T1.1-2020[S].北京:中国标准出版社,2020.[2]中国气象局.地面气象观测规范第6部分：冻土观测:QX/T50-2007[S].北京:气象出版社,2007.[3]中国气象局.气象标准化管理办法[Z].2017.[4]全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国气象法[Z].2016修正.[5]周幼吾,郭东信,邱国庆,等.中国冻土[M].北京:科学出版社,2000.[6]赵林,丁永建,吴通华,