新型自动气象气候站功能需求书修订版

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1、-新型自动气象气候站功能需求书修订版2012年8月. z.-目录1前言21.1目标21.2编写原则21.3编写依据22组成构造22.1概述22.2采集器22.3总线22.4传感器22.5外围设备22.6软件23总线物理接口及应用层协议23.1物理接口23.2连接器23.3应用层协议24功能要求24.1软件初始化24.2数据采集24.3数据处理24.4数据存储24.5数据传输24.6数据质量控制24.7终端操作命令24.8GPS对时功能24.9人工输入观测资料24.10嵌入式软件在线升级25测量性能25.1测量的气象要素25.2量和单位25.3要求25.4采样和算法26嵌入式软件流程26.1采集

2、软件流程26.2数据流程27传感器要求27.1气压传感器27.2温度测量传感器27.3湿度测量传感器27.4风测量传感器27.5降水测量传感器27.6蒸发测量传感器27.7红外地表测温仪27.8辐射测量传感器27.9日照测量27.10能见度测量传感器27.11土壤水分传感器时域反射法：TDR法或频域反射法：FDR法27.12地下水位测量传感器27.13天气现象观测传感器27.14云量测量传感器27.15积雪深度测量传感器27.16冻土深度测量传感器27.17电线积冰测量传感器27.18闪电频次测量传感器27.19海洋测量传感器28供电电源要求29平安要求29.1标记要求29.2文件要求29.3

3、构造平安29.4电气平安210工作环境适应性要求210.1气候条件210.2生物条件210.3化学活性物质210.4机械条件211电磁兼容性要求211.1电磁骚扰限值要求211.2电磁抗扰度要求212防雷要求212.1一般要求212.2直接雷击的防护措施212.3雷击电磁脉冲的防护213构造和外观要求213.1机械构造要求213.2机械强度要求213.3材料与涂复要求213.4外观要求214可靠性要求215可维护性要求216其他要求216.1时钟精度要求216.2功耗要求216.3观测的时制216.4扩展性要求216.5互换性要求216.6传感器选型216.7人机界面要求217检验要求218附

4、录2. z.-1 前言1.1 目标提高防灾减灾能力，做好应对气候变化工作，是党和政府对气象部门的根本要求，也是气象工作者的重要责任。做好这些工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的效劳能力，而综合气象观测系统提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和效劳能力的重要保证。为了满足天气、气候需要的根本气象资料，形成天气、气候要素长期、连续和稳定可靠观测能力，必须进一步提升我国地面气象观测的自动化水平。本功能规格书编写按照统一标准、统一功能、统一构造、统一方法、统一规的设计思路，做到各部件或模块互换的自适应，形成统一型号的新型自动气象气候站，到达满足现有气象观测站的气候

5、观测、天气观测和区域观测业务的需要。任何生产厂家生产的自动气象站必须以此功能规格书为标准，组织研发、生产型号统一的自动气象站，由中国气象局组织统一考核通过，才能进入列装。1.2 编写原则采用当今成熟的、稳定的、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术，设计基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建的自动气象站，满足地面气象观测全要素自动观测。新型自动气象气候站应该做到高精度、高稳定、易维护、低功耗、易扩展和实时远程监控，按照“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备的构造设计，对主/分采集器、总线构造、传感器、外围设备、软件、现场标校设备的各个局部，从功能、构造、通信协议、数据采集、数据存储、数

6、据质量控制、数据传输、电气接口标准、生产工艺全面进展规定。本着先粗后细，不断完善的原则，逐步形成具备能够统一型号的生产标准性文件。各有关附录均为本功能规格书的重要组成局部。1.3 编写依据现代气象业务对综合气象观测提出了更高的要求，目前现有自动气象站在观测能力上存在着严重缺乏，同时技术落后，功能规格不统一，致使型号繁多。当今现代电子测量和控制技术得到快速开展，我国近十年来地面气象观测站网大量使用自动气象站和自动气候站考核取得了许多成功的经历，为实现具备多功能、全要素、统一型号的新型自动气象气候站提供根底。本功能规格书编写的主要依据有。a) 中国气象局关于开展现代气象业务的意见；b) 综合气象观

7、测系统业务开展指导意见；c) WMO CIMO气象仪器和观测方法指南第六版；d) 中国气象局地面气象观测规2003年；e) 自动气象站质量控制程序指南ET AWS-4, FINAL REPORT, Anne* 3. WMO . CBS f) NOAA Automated Surface Observing SystemASOSUsers Guide 1998.32 组成构造2.1 概述新型自动气象气候站基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，采用了国际标准并遵循标准、开放的技术路线进展设计，它由硬件和软件两大局部组成。硬件包括采集器1个主采集器和假设干个分采集器、外部总线、传感器、外围设备四局部

8、；软件包括嵌入式软件、业务软件二局部。其总体构造如图1所示。图1 总线式自动气象站构造其中，温湿度测量既可以使用温湿度智能传感器，也可将温度、湿度传感器直接挂接到主采集器上；称重式降水传感器既可采用串口方式挂接在主采集器上，也可挂接在气候分采集器上。自动气象站的核心是基于CANController Area Network，控制器区域网总线技术和国际标准CANopen协议进展设计，涉及物理层、数据链路层和应用层的标准定义。满足此定义和功能规格书的主/分采集器具备统一的物理接口和应用接口，从而到达兼容、互换的目的。为了实现自动气象站的最小配置，将根本气象要素传感器直接挂接在主采集器上。可以对自动

9、气象站进展不同的配置，以实现不同观测任务或满足不同类别气象观测站的需要，以最大限度地方便维护和降低维护本钱。在已建自动气象站扩展新的测量要素或增加传感器时，不需要对系统已有的传感器连接、布线作改动，只需要将新的分采集器和/或传感器参加到系统中，并进展简单的软件升级/配置。外围设备主要包括电源、终端微机、通信接口和外存储器。2.2 采集器2.2.1 主采集器主采集器是自动气象站的核心，由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的 A/D 电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序和数据存储器、传感器接口、通信接口、CAN总线接口、外接存储器接口、以太网接口、监测电路、指示灯等，硬

10、件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。其构造框如图2所示。图2 自动气象站主采集器构造主采集器嵌入式处理器的选取还应满足以下要求：a) 综合考虑速度、功耗、环境要求，能支持嵌入式实时操作系统的运行并具有置的 Watchdog 功能，采用当前市场主流ARM9系列的32位处理器；b) 选择 16 位以上的 A/D 转换电路，以满足传感器的测量要求；c) 实时时钟电路能保证误差 15s/月的要求；d) 程序存储器为非易失性的，容量满足嵌入式软件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 数据存储器为非易失性的，容量满足数据存储的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM满足嵌入式软件的运行要求，并且

11、有 30% 的余量。主采集器直接挂接的传感器包括：气温、湿度、气压、降水量翻斗或容栅式、大翻斗式、风向10m高度、风速10m高度、总辐射、蒸发和能见度。其通道配置要求如表1所示。表1 主采集器接入传感器通道配置要求传感器类型通道类型数量气温模拟铂电阻1湿度模拟电压1气压RS2321风向数字7位格雷码1风速数字频率1降水量数字计数1总辐射模拟差分电压1能见度RS485或RS2321蒸发量模拟电流1称重降水RS485或RS2321渐近开关数字电平1应具备表2所示的通信接口。表2 主采集器通信接口配置要求通信接口用途数量CAN主、分采集器通信1RS 232终端操作2RS 232GPS对时1RS 48

12、5业务计算机通信1RJ 45网络通信1主采集器应具备外接存储器，包括：l 1 个CF 卡；l 2 个USB。主采集器应具备监测电路，包括：l 主板温度测量；l 主板电源测量；l 交流供电检测；l 主采集器机箱门状态检测。主采集器应具备指示灯，包括：l 系统指示灯秒闪；l CF 卡指示灯。在线编程接口应包括：RS 232或RJ 45。主采集器的主要有两大功能：一是完成根本气象要素传感器和各个分采集器的采样数据，对采样数据进展控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端微机或远程数据中心进展交互；二是担当管理者角色，对构成自动气象站的其他分采集器进展管理，包括网络

13、管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成自动气象站的功能。2.2.2 分采集器分采集器由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的 A/D 电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序存储器、参数存储器、传感器接口、通信接口、CAN总线接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。其构造框图如图3所示。分采集器嵌入式处理器的选取还应满足以下要求：a) 应综合考虑速度、功耗、环境要求，具有置的 Watchdog 功能；b) 应选择 16 位以上的 A/D 转换电路，以满足传感器的测量要求；c) 实时时钟电路应能保证误差 15s/月的要求；d) 程序存储器

14、应为非易失性的，容量应满足嵌入式软件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 参数存储器应为非易失性的，容量应满足数据存储的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM 应满足嵌入式软件的运行要求，并且有 30% 的余量。图3 自动气象站分采集器构造按照气象要素性质的不同，分采集器划分为：a) 根本观测气象要素采集器各传感器直接挂接在主采集器；b) 气候观测分采集器；c) 辐射观测分采集器；d) 地温观测分采集器；e) 土壤水分观测分采集器；f) 云云高、云量、天气现象、积雪、水位等智能化传感器；g) 海洋气象观测分采集器；h) 温湿度智能传感器等。分采集器负责所接入传感器对应气象要素的测量，在

15、工作状态对挂接的传感器按预定的采样频率进展扫描，收到主采集器发送的同步信号后，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。各分采集器的通信接口和测量通道配置如表3。表3 各分采集器的根本配置要求分采集器至少可挂接传感器接口数个测量通道个CAN总线RS232模拟量并行数字量频率计数量计数量气候观测气温3支、通风防辐射罩3组、称重式降水量、大翻斗式雨量、风速1.5米、地表温度红外115其中2个差分电压71辐射观测总辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外辐射A、紫外辐射B、大气长波辐射含腔件温度、光合有效辐射、地球长波辐射含腔件温度、日照1112其中10个差分电压地温观测地表温度铂电阻、草面温度、土壤

16、温度5cm、10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm1112差分土壤水分观测5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等层次1112差分电压海洋气象观测表层海水温度、海盐、海表波高、海表流速流向、水质、浮标方向11智能传感器观测温湿度、地下水位、积雪、电线积冰、闪电频率11分采集器应具备监测电路，包括：l 主板温度测量；l 主板电源测量。分采集器应具备指示灯，包括：l 系统运行指示灯；l CANopen 操作指示灯；l CANopen 错误指示灯；l 分采集器应提供在线编程接口：RS 232。分采集器能够监测自身的工作状态，

17、至少包括以下容：a) 主板温度；b) 工作电压；c) 传感器状态。在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对分采集器嵌入式软件进展版本升级。2.2.3 温湿分采温湿分采由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的 A/D 电路、参数存储器、传感器接口、CAN总线接口、RS232通信接口、监测电路、指示灯。温湿分采的选取还应满足以下要求：a) 应综合考虑速度、功耗、环境要求，具有置的 Watchdog 功能；b) 应选择 16 位以上的 A/D 转换电路，以满足传感器的测量要求；c) 参数存储器应为非易失性的，容量应满足数据存储的要求。温湿分采负责气温和湿度百叶箱的测量，

18、在工作状态对挂接的传感器按预定的采样频率进展扫描，收到主采集器发送的同步信号后，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。其根本配置要求见表4。表4 温湿分采根本配置智能传感器至少可挂接传感器接口数个测量通道个CAN总线RS232模拟量并行数字量频率计数量温湿气温1支、湿度1支112温湿分采应具备监测电路，包括主板电源测量。温湿分采应具备指示灯，包括：a) 系统运行指示灯；b) CANopen 错误指示灯；c) 应提供在线编程接口：RS 232。温湿分采应能够监测自身的工作状态，至少包括以下容：a) 工作电压；b) 传感器状态。在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对温湿分采嵌入式软件进

19、展版本升级和测量参数订正。2.3 总线主采集器和分采集器或局部智能传感器之间采用CAN总线方式实现双工通信。总线标准为ISO-11898，物理介质可以为双绞线、光纤等。CAN 总线的特性如下：a) 支持多主方式，可以实现系统冗余或热备份；b) 可靠的错误处理和检错机制，错误严重的节点可自动关闭输出，发送的信息遭到破坏后可自动重发，网络具备很高的可靠性；c) 非破坏总线仲裁，允许多个节点同时发送信息，极高的总线利用率；d) 可实现点对点、一点对多点及全局播送，无需专门的“调度；e) 直接通信距离最远达10 km速率5 kbps；f) 最高通信速率可达1Mbps此时通信距离最远40m；g) 通信介

20、质可为双绞线、同轴电缆或光纤，抗干扰能力强；h) 规定了数据链路层通信协议，且完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件Software或固件Firmware；i) CAN总线具有较高的性价比构造简单、器件容易购置且价格廉价、开发技术容易掌握。2.4 传感器自动气象站使用的传感器，根据输出信号的特点，可分三类：a) 模拟传感器：输出模拟量信号的传感器；b) 数字传感器：输出数字量含脉冲和频率信号的传感器；c) 智能传感器：一种带有嵌入式处理器的传感器，具有根本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行数据信号。模拟传感器、数字传感器、智能传感器连接到主采集器或分采集器，符合自动气象站总线接口

21、的智能传感器可以直接挂在总线上作分采集器使用。传感器的种类和数量根据实际需要测量的要素确定。2.5 外围设备2.5.1 电源电源是组成自动气象站的外围设备之一。12V直流电压是采集器的根本工作电压，采集器中其他直流工作电压应由此转换而成，该电压由蓄电池提供，需另外配置辅助电源太阳能、风能对蓄电池充电。2.5.2 微机即微型计算机，常用作采集器的终端实现对采集器的监控、数据处理和存储，按照业务规完成地面气象观测业务。2.5.3 通信接口主采集器应配置RS 485接口，支持本地通信。应配置以太网接口RJ 45，以备接入本地局域网，可用于现场诊断维护或者是接入局域网提供WEB效劳控制台。应配置RS

22、232接口，以备挂接GPS授时模块和通信模块无线或光电转换器，进展数据传输、现场测试或软件升级。2.5.4 外存储器采集器应具备通过外扩存储器卡的方式扩大本地数据存储能力，并将采集数据以文件方式进展存储。2.6 软件2.6.1 嵌入式软件主/分采集器中运行的软件称嵌入式软件，由嵌入式操作系统和应用软件组成。嵌入式操作系统应选择实时性高、性价比好、稳定可靠的多任务实时操作系统linu* /cos。在主采集器中，嵌入式软件建立在实时多任务操作系统的根底上，主要功能是：a) 实现CANopen主站协议，包括 NMT 管理、心跳消息检测、同步信号发送、PDO 发送和接收、SDO 效劳、TimeStam

23、p 发送；b) 主采集器要在部存储器和外部存储卡上实现 FAT 文件系统，存储数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等；c) 主采集器应具备 GPS 自动对时功能，保证时间误差不大于1s，GPS对时功能失效时应提供报警功能；d) 应实现根本的数据采集、数据处理、数据存储和数据传输功能；e) 建立Web控制台Web Console，实现远程参数的设置、数据监视、数据文件下载、主采集器复位等功能。分采集器的软件要实现 CANopen 从站协议，包括承受 NMT 管理、同步信号接收、心跳消息效劳、PDO 发送、SDO 效劳、TimeStamp 接收，实现数据采集，包括：a) 对传感器按预定的采样频率

24、进展扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；b) 对气象变量测量值进展转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值。通过 CANopen 协议将采样数据发送到 CAN 总线。2.6.2 业务软件业务软件是安装在自动气象站微机中的应用软件，其主要功能：a) 实现对主采集器参数设置、数据采集、各种报警和自动气象站运行监控；b) 实现自动气象站数据的实时上传；c) 从采集器或外存储器读取数据或数据文件形成规定的采集数据文件；d) 实现对采集数据文件容的查询、检索；e) 实现数据质量控制；f) 生成根本分析加工产品；g) 完成地面气象观测业务。业务软件另行编制

25、，本功能规格书仅规定监控功能和命令格式，见附录2。3 总线物理接口及应用层协议3.1 物理接口新型自动气象气候站的总线物理接口采用 CAN 总线接口，ISO 11892-2 对此进展了详细规定，网络构造如图4所示。图4 CAN总线网络构造3.2 连接器连接器采用 CiA DR-303-1的工业级连接器中的开放形式连接器针脚标准，其构造如图5所示，针脚接线描述见表5。图5 连接器构造表5 连接器接线描述针脚信号描述1CAN_GNDGND 或 0V 或 V-2CAN_LCAN_L线，显性为低电平3CAN_SHLDCAN 屏蔽可选4CAN_HCAN_H线，显性为高电平5CAN_V+CAN 收发器或光

26、隔的电源可选3.3 应用层协议主采集器和分采集器是CAN总线上的节点，它们之间的通信遵循CAN数据链路层协议和CANopen 应用层协议，实现网络管理效劳和报文传送。CAN总线标准已规定了数据链路层协议，目前为CAN2.0。数据链路层协议由CAN控制器在硬件上实现。主采集器和各分采集器通信协议的规定见附录1。4 功能要求4.1 软件初始化4.1.1 主采集器a) 对主采集器进展自检，准备存储器、外围设备；b) 观测员可通过本地终端对主采集器设置，并修改所有保证自动气象站正常运行所必需的业务参数缺省值，包括观测站根本参数、传感器参数、通信参数、质量控制参数、气象报警阈值等；c) 与各分采集器建立

27、通信联系，进展必要的设置；d) 建立和运行观测任务。4.1.2 分采集器a) 对分采集器进展自检，准备外围设备；b) 与主采集器建立通信联系，承受必要的参数设置；c) 建立并运行本采集器观测任务。4.2 数据采集a) 对传感器按预定的采样频率进展扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；b) 对气象变量测量值进展转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值；c) 对采样瞬时值，根据规定的算法，计算出瞬时气象值，又称气象变量瞬时值；d) 实现数据质量检查。4.3 数据处理a) 导出气象观测需要的其他气象变量瞬时值；这种导出通常是在数据采集获得的气象变量瞬时

28、值的根底上进展的，也有通过更高频率的采样过程获得的，如瞬时风计算；b) 计算出气象观测需要的统计量，如一个或多个时段的极值数据、专门时段的总量、不同时段的平均值以及累计量等；c) 由主采集器生成采样瞬时值数据、瞬时气象值分钟数据、小时正点数据和监控数据，并写入数据存储器，同时形成相应数据文件实时写入外存储器各文件格式见附录3；d) 实现数据质量检查。4.4 数据存储4.4.1 采集器部主采集器存储1小时的采样瞬时值、7天的瞬时气象分钟值、1月的正点气象要素值，以及相应的导出量和统计量等。采样瞬时值存储与相应要素的采样频率有关。瞬时气象分钟值存储的要素有：本站气压、气温有气候观测时存3组数据、通

29、风防辐射罩的通风速度3组数据、湿度不存导出值、瞬时极大风风向/风速，有气候观测时另存1.5m风速、1min平均风风向/风速，有气候观测时另存1.5m风速、降水量包括翻斗式或容栅式和称重式传感器、地表温度包括铂电阻和红外地温传感器或海水表层温度、能见度、各种辐射观测要素辐照度、长波辐射表腔体温度，除累计值的要素外，其余要素均需同时存储采样瞬时值的标准差值。全要素当前瞬时气象分钟值均应能写入缓存区，可以实时读取。正点数据存储的具体容由表6表12给出。表6 根本气象观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.2 min平均风向时21.最小相对湿度时2.2 min平均风速22.最小相对湿度出现时

30、间3.10 min平均风向23.水汽压4.10 min平均风速24.露点温度5.最大风速时对应风向25.本站气压6.最大风速26.最高本站气压7.最大风速出现时间27.最高本站气压出现时间8.分钟最大瞬时风速的风向28.最低本站气压9.分钟最大瞬时风速29.最低本站气压出现时间10.极大风速时对应风向30.正点分钟蒸发水位11.极大风速31.时累计蒸发量12.极大风速出现时间32.1min平均能见度13.时累计降水量翻斗式或容栅式传感器33.10min平均能见度14.时累计降水量大翻斗式34.最小10min平均能见度15.气温35.最小10min平均能见度出现时间16.最高气温17.最高气温出

31、现时间36.总辐射辐照度地方时18.最低气温37.总辐射曝辐量19.最低气温出现时间38.总辐射最大辐照度20.相对湿度39.总辐射最大辐照度出现时间表7 气候观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.气温时11.最大风速1.5m高时2.最高气温12.最大风速出现时间1.5m高3.最高气温出现时间13.分钟最大瞬时风速1.5m高4.最低气温14.极大风速1.5m高5.最低气温出现时间15.极大风速出现时间1.5m高6.正点1min平均通风速度16.地表温度红外传感器7.时累计降水量翻斗或容栅式17.最高地表温度红外传感器8.时累计降水量称重式18.最高地表温度出现时间红外传感器9.2

32、min平均风速1.5m高19.最低地表温度红外传感器10.10 min平均风速1.5m高20.最低地表温度出现时间红外传感器表8 地温观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.草面温度时10.最低地表温度出现时间时2.最高草面温度11.5cm地温3.最高草面温度出现时间12.10cm地温4.最低草面温度13.15cm地温5.最低草面温度出现时间14.20cm地温6.地表温度15.40cm地温7.最高地表温度16.80cm地温8.最高地表温度出现时间17.160cm地温9.最低地表温度18.320cm地温表9 辐射观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.总辐射辐照度地方时25.

33、大气长波辐射最小辐照度出现时间地方时2.总辐射曝辐量26.大气长波辐射最大辐照度3.总辐射最大辐照度27.大气长波辐射最大辐照度出现时间4.总辐射最大辐照度出现时间28.大气长波辐射传感器腔体温度5.直接辐射辐照度29.地球长波辐射辐照度6.直接辐射曝辐量30.地球长波辐射曝辐量7.直接辐射最大辐照度31.地球长波辐射最小辐照度8.直接辐射最大辐照度出现时间32.地球长波辐射最小辐照度出现时间9.直接辐射最小辐照度33.地球长波辐射最大辐照度10.直接辐射最小辐照度出现时间34.地球长波辐射最大辐照度出现时间11.水平面直接辐射曝辐量35.地球长波辐射传感器腔体温度12.大气浑浊度36.紫外辐

34、射UVA辐照度13.小时日照时数37.紫外辐射UVA曝辐量14.散射辐射辐照度38.紫外辐射UVA最大辐照度15.散射辐射曝辐量39.紫外辐射UVA最大辐照度出现时间16.散射辐射最大辐照度40.紫外辐射UVB辐照度17.散射辐射最大辐照度出现时间41.紫外辐射UVB曝辐量18.反射辐射辐照度42.紫外辐射UVB最大辐照度19.反射辐射曝辐量43.紫外辐射UVB最大辐照度出现时间20.反射辐射最大辐照度44.光合有效辐射辐照度21.反射辐射最大辐照度出现时间45.光合有效辐射曝辐量22.大气长波辐射辐照度46.光合有效辐射最大辐照度23.大气长波辐射曝辐量47.光合有效辐射最大辐照度出现时间2

35、4.大气长波辐射最小辐照度表10 土壤水分观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.5cm正点土壤体积含水量时26.40cm小时平均土壤体积含水量时2.5cm小时平均土壤体积含水量27.40cm正点土壤相对湿度3.5cm正点土壤相对湿度28.40cm小时平均土壤相对湿度4.5cm小时平均土壤相对湿度29.40cm小时平均土壤重量含水率5.5cm小时平均土壤重量含水率30.40cm小时平均土壤水分贮存量6.5cm小时平均土壤水分贮存量31.50cm正点土壤体积含水量7.10cm正点土壤体积含水量32.50cm小时平均土壤体积含水量8.10cm小时平均土壤体积含水量33.50cm正点土壤相

36、对湿度9.10cm正点土壤相对湿度34.50cm小时平均土壤相对湿度10.10cm小时平均土壤相对湿度35.50cm小时平均土壤重量含水率11.10cm小时平均土壤重量含水率36.50cm小时平均土壤水分贮存量12.10cm小时平均土壤水分贮存量37.100cm正点土壤体积含水量13.20cm正点土壤体积含水量38.100cm小时平均土壤体积含水量14.20cm小时平均土壤体积含水量39.100cm正点土壤相对湿度15.20cm正点土壤相对湿度40.100cm小时平均土壤相对湿度16.20cm小时平均土壤相对湿度41.100cm小时平均土壤重量含水率17.20cm小时平均土壤重量含水率42.1

37、00cm小时平均土壤水分贮存量18.20cm小时平均土壤水分贮存量43.180cm正点土壤体积含水量19.30cm正点土壤体积含水量44.180cm小时平均土壤体积含水量20.30cm小时平均土壤体积含水量45.180cm正点土壤相对湿度21.30cm正点土壤相对湿度46.180cm小时平均土壤相对湿度22.30cm小时平均土壤相对湿度47.180cm小时平均土壤重量含水率23.30cm小时平均土壤重量含水率48.180cm小时平均土壤水分贮存量24.30cm小时平均土壤水分贮存量49.地下水位25.40cm正点土壤体积含水量表11 云、天气现象正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.云高时

38、7.积雪深度时2.总云量8.小时最大积雪深度3.低云量9.电线积冰厚度4.正点15分钟出现的天气现象代码10.小时最大电线积冰厚度5.小时出现的天气现象代码11.电线积冰冰层密度6.小时闪电频次12.小时电线积冰冰层平均密度表12 海洋气象观测要素正点数据存储容序号要素时制序号要素时制1.浮标方位时13.最大波周期时2.海水表层温度14.最大波高3.海水表层最高温度15.波向4.海水表层最高出现时间16.潮高5.海水表层最低温度17.小时最高潮高6.海水表层最低出现时间18.小时最低潮高7.海水表层盐度19.表层海洋面流速8.小时海水表层平均盐度20.海水浊度9.海水表层电导率21.小时海水平

39、均浊度10.小时海水表层平均电导率22.海水叶绿素浓度11.平均波高23.小时海水平均叶绿素浓度12.平均波高周期数据存储可以使用循环式存储器构造，即允许最新的数据覆盖旧数据。采集器部的数据存储器容量应留有50%的余量，具体可以在考核要素确定后规定一个量化的最小值。采集器部的数据存贮器应具备掉电保存功能。4.4.2 外存储器采集数据在外存储器卡以文件方式进展存储，能够存储至少6个月全要素分钟数据，全部数据以FAT的文件方式存入，微机通过通用读卡器可方便读取。4.4.3 终端微机终端微机是最常用的存储设备。在微机的磁盘存储器中，存储全部需要存储的数据，包括经过处理的数据、人工输入数据、质量控制情

40、况信息部管理数据等。4.5 数据传输4.5.1 本地传输自动气象站应有数据传输数据传送、数据通信的功能。配置终端设备微机的自动气象站，采集器把数据传送到终端设备。根据响应方式的不同，数据传输可分：a) 在自动气象站时间表控制下的传输，即自动气象站正常运行时的自动传输；b) 响应终端命令的传输，即人工干预下的传输，通常由终端微机或中心站发出命令；c) 超过*个设定的气象阈值时，自动站进入报警状态的传输。多数应用场合，自动气象站同时具有以上三种传输方式。自动气象站正常运行时自动传输的时间表和报警的气象阈值可以通过终端命令或业务软件由用户设定。终端微机与主采集器间的信号传输距离应不小于 200 m。

41、在规定的传送距离之，信号传送质量不应因改变线缆的长度而降低。4.5.2 远程通信传输自动气象站应具备通过无线方式或网络方式进展数据远程传输的功能。这种传输一般是通过主采集器的远程通信接口RS 232外加远程通信设备如GPRS/CDMA1*、DCP等或RJ45实现的。通过微机终端实现远程通信传输的功能在业务软件中实现。4.6 数据质量控制为保证观测数据质量，应对自动气象站进展数据质量控制，包括自动气象站主采集器的嵌入式软件、终端微机中的业务软件两局部的质量控制。自动气象站主采集器应具备对用于数据质量检查的各要素极值围、允许变化速率和变化率值等参数的设置。4.6.1 嵌入式软件中的数据质量控制4.

42、6.1.1 总体要求a) 对采样瞬时值的质量控制对采样瞬时值变化极限围的检查；对采样瞬时值变化速率的检查。b) 对瞬时气象值的质量控制对瞬时气象值变化极限围的检查；对瞬时气象值变化速率的检查：s 检查瞬时气象值的最大允许变化速率；s 检查瞬时气象值的最小应该变化速率；s 标准偏差的计算。部一致性检查。4.6.1.2 数据质量控制标识数据质量控制过程中，需要对采样瞬时值和瞬时气象值是否经过数据质量控制以及质量控制得结果进展标识，这种标识用于定性描述数据置信度。标识的规定见表13。表13 数据质量控制标识标识代码值描述9“没有检查：该变量没有经过任何质量控制检查。0“正确：数据没有超过给定界限。1

43、“存疑：不可信的。2“错误：错误数据，已超过给定界限。3“不一致：一个或多个参数不一致；不同要素的关系不满足规定的标准。4“校验过的：原始数据标记为存疑、错误或不一致，后来利用其它检查程序确认为正确的。8“缺失：缺失数据。N没有传感器，无数据。注：对于瞬时气象值，假设属采集器或通信原因引起数据缺测，在终端命令数据输出时直接给出缺失，相应质量控制标识为“8；假设有数据，质量控制判断为错误时，在终端命令数据输出时，其值仍给出，相应质量控制标识为“2，但错误的数据不能参加后续相关计算或统计。4.6.1.3 采样瞬时值的质量控制4.6.1.3.1 “正确数据的根本条件一个“正确的采样瞬时值，应在传感器

44、的测量围，且相邻两个值最大变化值在允许围。其判断条件见表14。表14 “正确的采样瞬时值的判断条件序号气象变量传感器测量围下限传感器测量围上限允许最大变化值适用于采样频率5次/分10次/分以上1.气压依照传感器指标确定下限和上限0.3 hPa2.气温2 3.地表和土壤温度2 4.露点温度2 5.相对湿度5%6.风向-7.风速20 m/s8.降水量-9.辐射辐照度800 W/m210.日照时数-11.能见度-12.蒸发量0.3mm13.土壤体积含水量14.地下水位15.云高-16.云量-17.积雪深度-18.电线积冰厚度-19.电线积冰冰层密度-20.表层海水温度2 21.表层海水盐度22.表层

45、海水电导率23.波高24.波向25.流速26.潮高27.海水浊度28.海水叶绿素浓度29.扩展项4.6.1.3.2 极限围检查验证每个采样瞬时值，应在传感器的正常测量围。未超出的，标识“正确；超出的，标识“错误。标识“错误的，不可用于计算瞬时气象值。4.6.1.3.3 变化速率检查验证相邻采样瞬时值之间的变化量，检查出不符合实际的跳变。每次采样后，将当前采样瞬时值与前一个采样瞬时值做比拟。假设变化量未超出允许的变化速率，标识“正确；假设超出，标识“存疑。标识“存疑的，不能用于计算瞬时气象值，但仍用于下一次的变化速率检查即将下一次的采样瞬时值与该“存疑值作比拟。该规程的执行结果是，如果发生大的噪

46、声，将有一个或二个连续的采样瞬时值不能用于计算。4.6.1.3.4 瞬时气象值的计算应有大于 662/3的采样瞬时值可用于计算瞬时气象值平均值；对于风速应有大于75的采样瞬时值可用于计算2分钟或 10 分钟平均值。假设不符合这一质量控制规程，则判定当前瞬时气象值计算缺少样本，标识为“缺失。4.6.1.4 瞬时气象值的质量控制4.6.1.4.1 “正确数据的根本条件一个“正确的瞬时气象值，不能超出规定的界限，相邻两个值的变化速率应在允许围，在一个持续的测量期1小时应该有一个最小的变化速率。“正确数据的判断条件见表15。表15 “正确的瞬时气象值的判断条件序号气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变

47、化速率过去60分钟最小应该变化的速率1.气压400 hPa1100 hPa0.5 hPa2 hPa0.1 hPa2.气温-75 80 3 5 0.1 3.露点温度-80 50 传感器测量：2 3 ；导出量：4 5 5 0.1 4.相对湿度0%100%10%15%1%U955.风向0360-1010分钟平均风速大于0.1m/s时6.风速2分钟、10分钟0 m/s75 m/s10 m/s20 m/s-7.瞬时风速0 m/s150 m/s10 m/s20 m/s-8.降水量0.1mm1min0 mm10mm-9.降水量0.5mm1min0 mm30mm-10.草面温度-90 90 5 10 11.地

48、表温度-90 90 5 10 0.1 雪融过程中会产生等温情况12.5cm地温-80 80 2 5 可能很稳定13.10cm地温-70 70 1 5 14.15cm地温-60 60 1 3 15.20cm地温-50 50 0.5 2 16.40cm地温-45 45 0.5 1.0 17.80cm、160cm、320cm地温-40 40 0.5 1.0 18.总辐射0 W/m22000 W/m2800 W/m21000 W/m2-19.净全辐射20.直接辐射0 W/m21400 W/m2800 W/m21000 W/m2-21.散射辐射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/

49、m2-22.反射辐射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m2-23.大气长波辐射-24.地球长波辐射-25.光合有效辐射-26.紫外辐射UVA0 W/m2200 W/m250 W/m290 W/m2-27.紫外辐射UVB0 W/m2100 W/m220 W/m230 W/m2-28.日照时数0 min1 min-29.能见度0 m70km-30.蒸发量0 mm100 mm-31.土壤体积含水量0%100%待定待定-32.地下水位-33.云高-34.云量-35.积雪深度300cm-36.电线积冰厚度01000 mm-37.电线积冰冰层密度-38.表层海水温度-39.表层海

50、水盐度-40.表层海水电导率-41.波高-42.波向-43.流速44.潮高45.海水浊度-46.海水叶绿素浓度-47.扩展项表中“下限和“上限的值是可以根据季节和自动气象站安装地的气候条件进展设置的，可以分三种情况：a) 根据当地的气候极值作适当放宽，确定每个要素“正确数据的下限和上限；b) 以传感器的测量围定为每个要素“正确数据的下限和上限；c) 设置宽围和通用的值。表 15列出的下限和上限即是宽围和通用的值。4.6.1.4.2 极限围检查a) 验证瞬时气象值，应在可承受的界限下限、上限围；b) 未超出的，标识“正确；超出的，假设下限和上限值由当地气候极值确定，则标识为“存疑，假设下限和上限

51、值按传感器的测量围或宽围和通用的值确定，则标识“错误。4.6.1.4.3 变化速率检查验证瞬时气象值的变化速率，检查出不符合实际的尖峰信号或跳变值，以及由传感器故障引起的测量死区。a) 瞬时气象值的“最大允许变化速率当前瞬时气象值与前一个值的差大于表14中“存疑的变化速率，则当前瞬时气象值通不过检查，标识为“存疑。假设大于表 14中的“错误的变化速率，则标识为“错误。在极端天气条件下，气象变量可能会发生不同寻常的变化，这种情况下，正确的数据也有可能被标上“存疑。所以，“存疑的数据不能被丢弃，而应传输至终端微机或中心站，有待作进一步验证。b) 瞬时气象值的“过去60 min最小应该变化的速率由表

52、10可知，瞬时气象值的示值更新周期都为1 min，也就是说瞬时气象值每分钟都被承受检查。在过去的60 min，规定气象瞬时值的“最小应该变化的速率，同样能帮助验证该值是正确的还是错误的。如果这个值未能通过最小应该变化速率的检查，应标记“存疑。c) 标准偏差的计算本局部待试验验证后再补充。4.6.1.4.4 部一致性检查用于检查数据部一致性的根本算法是基于两个气象变量之间的关系。以下条件是成立的：l 露点温度tdt气温；l 风速WS 00，则风向WD一般不会变化；l 风速WS 00，则风向WD一般会有变化；l 分钟极大风速大于等于2 min和10 min平均风速；l 如果日照时间SD 0，而太阳

53、辐射 E 0，这两个瞬时气象值均不可信；l 如果太阳辐射E 500 W/m2，而日照时间SD 0，这两个瞬时气象值均不可信；l 各极值及出现时间应与对应时段相应要素瞬时气象值不矛盾；l 各累计量应与对应时段相应要素各瞬时气象值不矛盾。如果*个值不能通过部一致性检验，应标识为“不一致。部一致性检查一般不在主采集器的嵌入式软件考虑，仅在业务软件中考虑。4.6.2 业务软件中的数据质量控制业务软件中的数据质量检查用来检查和验证数据的完整性integrity，即数据的完全性pleteness、正确性correctness和一致性consistency，包括下面容：a) 极限围的检查；b) 变化速率的检

54、查；c) 部一致性的检查。业务软件中数据质量检查的容除按照瞬时气象值的质量控制容处理外，具体容参照自动气象站数据质量控制指南的要求另行制定。数据质量控制标识与嵌入式软件中的数据质量控制标识的表示方式一样。4.7 终端操作命令终端操作命令为主采集器和终端微机之间进展通信的命令，以实现对主采集器各种参数的传递和设置，从主采集器读取各种数据和下载各种文件。按照操作命令性质的不同，分为监控操作命令、数据质量控制参数操作命令、观测数据操作命令和报警操作命令。本规格书中只对终端操作命令的容进展说明，有关操作命令的格式详见附录2。4.7.1 监控操作命令监控操作命令至少应包括以下容：a) 设置或读取数据采集

55、器的通信参数；b) 读取数据采集器的根本信息；c) 数据采集器自检；d) 设置或读取数据采集器日期；e) 设置或读取数据采集器时间；f) 设置或读取气象观测站的区站号；g) 设置或读取气象观测站的纬度；h) 设置或读取气象观测站的经度；i) 设置或读取地方时差；j) 设置或读取气压传感器拔海高度；k) 设置或读取辐射传感器灵敏度；l) 设置或读取土壤湿度常数；m) 读取主采集箱门状态；n) 读取数据采集器电源电压；o) 读取数据采集器机箱温度；p) 设置或读取各传感器状态；q) 读取数据采集器实时状态信息。4.7.2 数据质量控制参数操作命令数据质量控制参数由主采集器嵌入式软件确定，可由用户设置的操作命令应包括各传感器测量围值和各要素的质量控制项的容。a) 设置或读取各传感器测量围值；