观测设备（精选9篇）
观测设备 篇1
摘要：在梳理地面气象观测设备运行状态检测设计思路的基础上,分析地面气象观测设备运行状态检测点设计、检测信息编码设计等问题,以规范地面气象观测设备运行状态检测技术,推动气象观测设备运行监控工作开展。
关键词：地面气象观测,仪器设备,运行状态,检测技术
随着新型自动气象站的建成并投入应用,逐步实现了地面气象观测工作自动化程度,这些地面气象观测仪器设备属于精密元件,极易受到外界及自身损耗影响出现运行故障,降低地面气象观测工作质量。为此,测报业务人员还要做好地面气象观测仪器设备运行状态监测,加强检测技术研究,以便第一时间内发现问题、解决问题,确保地面气象观测业务正常运行。
1 检测点设计
1.1 采集器
主采集器上设计有主板温度和电源、交流供电和机箱门等多个检测点,还有全球定位系统模块(GPS)、CAN总线、便携式闪存卡及模拟/数字转换器(A/D模块)等,共15个检测点;主采集器上温度、气压等,这些物理量数据在正常范围时,显示“正常”,如果采样数据偏高或是偏低则显示“偏高/偏低”,若是采样值超过了正常测量范围的上下限就显示“超上/下限”,显示“没检查”时说明仪器当前的工作状态无法进行判断;对于主采集器模块,可采用“正常”/“故障”来代表设备可正常工作、出现故障,未配置该设备显示“没配置”。分采集器设计有主板温度、工作电压、AD模块、电路板、计数器模块、通信电缆、接口等21个检测点。
1.2 观测模块
温湿度传感器的状态检测参数主要为信号电压和电阻、工作电流、信号线、铂丝状态等;气压传感器电压、电流值的检测可以了解到传感器工作状态;信号电流、电压及频率值等能反映出传感器工作状态;CPU每隔1 min就会读取1次计数器从雨量脉冲信号被滤波和整形后计算得到的雨量值;能见度观测散射仪包括传感器、采集器和外围设备等,需要对电压、频率值及采集器通信模块状态和接收器、发射器加热与通风状态进行检测,观察传感器工作状态与窗口是否被污染,如果发射器、接收器故障或传感器镜头受到污染,能见度仪数值会偏高[1,2]。供电系统观测模块包括开关电源、充电器、蓄电池及防雷模块,要对供电系统状态参数作检测。
2 检测信息编码设计
2.1 各组成结构单元编码
采用“ZXX”表示结构类编码,其中状态变量以“Z”代表,各状态结构类的名称标识为“XX”,如主采集器为“ZMC”。而且,地面自动气象站观测仪器设备结构类编码,应对应着地面观测业务数据文件格式中相对应的字段的标识符。状态结构类编码,应在3位英文字母以下,不能超过这个字数;若是2位英文字母需要加空格来补到3位数。各类状态结构类的编码:主/分采集器为ZMC/ZCC,温湿分采集器为ZTC,地温分采集器为ZDC;气压观测模块为ZPP,地温观测模块为ZWI,能见度观测模块为ZVV,风观测模块为ZWI,温湿观测模块为ZTH,雨观测模块为ZR;供电系统为ZPS,软件系统为ZS。
2.2 状态结构中各子组成单元编码
状态结构中各子组成单元编码,各状态名的名称采用英文大写字母表示,不同状态结构下的同一类状态名,可采用相同的英文字母来表示出,状态名及区别多个传感器的各个状态名采用数字来表示,例如10个地温传感器中,第1个传感器工作电压即表示为PV1,以此类推为PV2、PV3……。如果自动气象站各组成单元综合状态采用状态名表示时,编码后缀需要以“S”来表示。状态名编码要保证在3位数,只有2位数时以空格键补齐位数[3]。
2.3 各检测设备状态值定义
各状态名对应状态值可采用数据0~9及英文字母N来表示。地面自动气象站观测仪器设备具有很多的检测点,一共有4类,每一类状态都要分别统一编码,而且不同的设备编码有差异[4,5]。其中主/分采集器和各类传感器等设备的运行状态,为第I类,该状态正常、故障现象分别统一编为“0”“2”,“9”则表示无检查,“N”说明无设备,取这4种编码的固定值,其具备普遍适用性,“3~8”等数字则表示其他运行状态。在同一运行状态下,设备的编码值含义不同,如编码“3”用于温度传感器表示铂丝断裂,用于湿敏电容传感器表示饱和失效,用于风传感器表示设备被卡死或冻住。第Ⅱ类表示主/分采集器电源电压、主板温度传感器信号电压检测点和电流检测点,其运行状态处于正常范围时均为“0”,未检测到信号以“2”表示,“3”“4”分别代表采样值偏高、偏低,采样值超出测量范围的上限、下限分别以“5”“6”表示,“9”位未检查。第Ⅲ类表示主/分采集器、传感器所连接的电缆及传感器信号线的运行状态,“0”表示正常,“2”说明电缆被损坏,未连接为“3”,“4”“5”分别表示表示接触不良、短路,“9”则说明未检查。第IV类包括主/分采集器供电类型、CF卡余量、主采集器门开关状态等,相对来说比较特殊,每个检测点的编码方式都不同,例如在供电类型中,交流供电为“0”,直流供电则是“1”。
参考文献
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观测设备 篇2
规范酸雨观测流程提高观测数据质量
酸雨观测是气象部门近年来开展的.一项新业务.从2006年起,全省新建的国家级和省级酸雨站全部投入业务化运行.由于此项业务开展时间短,基础薄弱,如何规范酸雨观测流程、提高观测数据质量值得探讨.
作 者：田红卫 作者单位：榆阳区气象局,陕西榆林,719000 刊 名：陕西气象 英文刊名：JOURNAL OF SHAANXI METEOROLOGY 年，卷(期)：2009 “”(2) 分类号：P412 关键词：太阳的光谱观测和色球观测 篇3
系统而细致地研究这些暗线的。是德国光学家夫琅和费(Joseph von Fraunhofer，1787～1826)。1814年他将棱镜和小型望远镜连接起来，观测从远处的狭缝进来的太阳光，这一装置便是有史以来的第一具分光镜。由此得到的光谱被放大了很多倍，从而有利于观察与分析。夫琅和费使用这种方法，从太阳光谱中找到了700多条8音线，后人将它们称为“夫琅和费线”。夫琅和费将其中许多重要的暗线一一取名，它们分别用大写或小写字母A、B、C……来表示，这些记号一直沿用至今。
夫琅和费线是从哪儿来的?它是怎样形成的?代表着什么意思?破解这些奥秘的是两位德国科学家。19世纪中叶，化学家本生(Robert Wilhelm Bunsen，1812～1 899)发明了一种新型煤油灯，这种灯的火焰没有颜色。物理学家基尔霍夫(Gustav Kobet Kirchhhoff，1824～1887)听到这个消息后，就和本生合作，做了一个实验：将化学药品撒到本生灯的火焰中，燃烧所生成的颜色显然是源于化学药品，而不是本生灯本身，然后再用分光镜观察这些火焰的光谱。
通过这一实验，他们终于在1 859年弄清了夫琅和费线形成的原理：每种化学元素在加热到白炽时都会产生自己特有的光谱；炽热的固体、液体和高压气体发出连续光谱，金属的蒸汽和稀薄气体发出某些单独的明亮谱线(发射线)，各条谱线对应不同波长的光；每种元素可以吸收它能够发射的光线，即发射连续光谱的光穿过温度较低的气体时，低温的气体原子会吸收它高温时所发射的光线，从而在连续光谱的背景上相应波长处出现暗色的吸收线，即吸收的波长正好与该元素发出的亮线波长相同。这就是说，太阳光谱中显露出的暗线就是吸收线，是因为某些波长的光被太阳较冷的大气层中出现化学元素所吸收而形成的。夫琅和费线之谜就这样被揭开了。
分析这些夫琅和费线，把它们和各种元素发出的特有谱线比较认证，就可以知道太阳上有哪些元素。如同公安人员根据作案现场留下的指纹可以辨认出真正的罪犯一样，天文学家根据太阳光谱的谱线，可以知道太阳大气中有哪些化学元素。光谱线就是化学元素的“指纹”。
天文学家发现地球上许多元素太阳上也有。1 868年日全食时法国天文学家詹森(Pierre Jules Cesar Janssen，1824～1 907)观测到一条陌生的光谱线，他将资料寄给英国天文学家洛克耶(Sir Joseph Norman Lockyer，1 836～1 920)，后者将该谱线归于一种新元素，认为是太阳上一种特有的，于是将它称为氦(heli um)，意思是“太阳”。1 895年英国化学家拉姆塞(William Ramsay，1852～1916)才从地球矿石中解析出氦。
1 853年，瑞典物理学家、光谱学的奠基人安德斯·埃格斯特朗(Anders Jonas Angstrom，1814～1874)，最先从气体放电的光谱中确定了氢的Ha谱线，证明它就是夫琅和费在太阳光谱中发现的c线。除此之外，他还找到了氢原子光谱另外三根在可见光波段内的谱线，即Hβ、Hγ、Hδ谱线，并精确测量了它们的波长。1868年，埃格斯特朗发表了标准太阳谱图表，记录了太阳光谱中上千条谱线的波长，以10-1 0米为单位，精确到六位有效数字。这些数据成为当时的国际标准。为纪念这位物理学家，10-10米以他的名字命名为埃格斯特朗，简称埃，符号A。
1870年，德国物理学家基尔霍夫经过反复的试验和研究后发现了关于光谱的三条定律：①炽热的物体发出连续光谱；②低压稀薄炽热气体发出某些单独的明亮谱线；③较冷的气体在连续光源前面产生吸收谱线。
有了基尔霍夫的三条定律，天文学家通过对太阳光谱的分析和研究，对太阳大气的结构、物理状态、化学成分以及太阳活动的性质等等，都有了越来越深人的了解。美国物理学家罗兰(Henry Augustus Rowland 1848～1901)于1 886～1 895年公布了新的波长和详尽的光谱图，记载了太阳光谱中从紫外区到红外区1 40000条谱线的确切波长和太阳的强度，这个图表至今仍是研究太阳光谱的基础。在罗兰时代，在太阳光谱中辨认出的元素已经达到39种。
从太阳光谱的研究中不仅可以知道太阳大气的化学组成，还可以获得太阳大气的温度、密度、压力、电离度、运动速度、磁场和电场等相关的物理参数。因此，太阳光谱的观测是天文学家探测太阳奥秘的重要手段。天文学史家认为，太阳物理研究应该以夫琅和费首次观测太阳光谱为标志。
作为太阳望远镜后端的光谱仪的研制，也不断取得进展。从早期的棱镜光谱仪改换成了可以得到更多高色散度和光谱分辨率的光栅光谱仪，以及后来出现的可获得多个波段的多波段光谱仪、可同时获得全波段光谱的阶段光栅光谱仪、可拍摄日面二维区域的二维光谱仪、可得到极波长高分辨率和波长绝对值的傅立叶变换光谱仪等等。不过，在光谱仪应用上首次获得突破的，当推1 889年美国天文学家海尔利用光谱仪研制出的太阳单色光照相仪。
我们知道，太阳色球层的白光辐射很弱，用普通白光望远镜根本看不到色球。而海尔发明的太阳单色光照相仪就解决了这一问题。海尔提出如果在光谱仪焦面上某一波长处放置一个出射狭缝，在拍摄的过程中使光谱仪入射狭缝相对于太阳像扫描，同时也使出射狭缝相当于照相底片同步扫描，那么，这样在底片上拍摄到的就不是光谱，而是以出射狭缝所选取的波长观测到的太阳单色像。如果选取的波长是太阳色球发射的谱线，那么这个单色像就是太阳色球层的形象。
海尔首先用明亮的钙光谱线(Call的K线)拍摄太阳结果得到太阳大气中钙的发布。海尔将他探测到的钙云，称为谱斑。继而，他又用氢元素的一条波长为6562.8埃的谱线Hα观测太阳，得到了色球的图像。原来，在色球层中这条谱线很强，而在光球层中这条谱线则很弱，因此观测得到的基本上是来自色球层的辐射。海尔用这种方法拍摄了大量色球层的照片，看到了色球层中的日珥、谱斑和耀斑等色球活动现象。
用太阳单色光照相仪所获取的太阳单色像，有两个缺陷：第一，用扫描拍摄到的单色像是由不同的时刻取得的许多日面长条区的单色像合并而成的，而且拍摄整个日面的单色像需要几分钟，甚至更长时间，这就是说，它的时间分辨率比较低。第二，在拍摄过程中由于扫描运动不均匀、不同步和有机械振动，因此所得到的单色像，质量不高。法国太阳物理学家李奥(Bernard Ferdinand Lyot，1897～1 952)千1950年研制成功了太阳色球望远镜，彻底解决了这些缺陷问题。
所谓色球望远镜，实际上就是在普通望远镜的光路中加上李奥于1 933年研制成功的偏振干涉滤光器(也称为双折射滤光器，或李奥滤光器)。这种滤光器只透射色球谱线的窄带(带宽0.25～0.75埃)单色光，而将太阳光球辐射排除，这样在成像焦面上所显示的就是太阳色球层，因此，称其为色球望远镜。这个道理同收音机调频到某电台发射频率后只收听该电台的道理一样。
与太阳单色光照相仪一样，色球望远镜常用来观测色球的谱线是Hα线和call的K线。太阳巡视用的色球望远镜，物镜口径一般为10～20厘米，太阳像直径约2厘米左右，胶卷上记录全部日面资料；观测色球层精细结构的望远镜，物镜口径一般大于25厘米，太阳像直径10厘米以上，胶卷上只记录局部日面资料。在每张照片上除记录色球像外，一般还同时拍下时间记号和用于光度定标的阶梯光标。有的色球望远镜上还附有普通的望远镜，以便同时观测光球。
观测设备 篇4
关键词：GPS技术,综合气象观测,时间校准
随着气象现代化建设的不断推进, 综合气象观测设备不断增加。目前, 吉林省已经安装完成并投入使用的新一代天气雷达5部, 中频相参多普勒天气雷达2部, 国家级自动气象站54个, L波段探空系统3部。观测设备系统时钟准确与否将直接影响到观测资料的准确性和及时性。准确性指观测资料是否真实反映出精准时间下的客观事实。及时性指资料是否及时上传。目前, 各级气象台站校对时间的方法一般采用通过拨打授时电话12117或者通过收听调频收音机整点报时进行对时, 这两种对时方法极为不便而且时间校准不够精准, 主观性较强, 不能满足现代综合气象观测设备对时间精确程度的要求。
1 时间校准器功能需求
综合气象观测设备属于科技含量较高的现代化气象装备, 新一代天气雷达, L波段探空系统等是高、低频电子器件较多的电子设备, 工作机房电磁环境十分复杂, 需要时间校准器具有一定的抗干扰性, 在硬件选型、软件设计等方面要考虑电磁环境影响。综合气象观测设备的工作特点对时间校准器的可靠性有较高要求, 要求时间校准器具有故障自动检测、信号丢失自动报警等功能。
综合气象观测设备时间校准器可以输出和显示标准时间, GPS信号失锁后, 准确时间可以持续, 不小于2天。时间校准器可以较为方便的实现对各气象探测设备的方便校时。
2 总体结构
GPS同步授时系统的硬件以嵌入式微处理器及其外围部件为基础, 通过串口收发数据并控制GPS接收模块最终达到系统要求。由于综合气象观测设备对时间精度要求较高, 因此在硬件的设计上还应该考虑时钟的自保持能力, 当GPS接收失锁, 电磁干扰时, 时间校准器使用内置晶振时钟电路进行自保持。系统框图如图1所示。
其工作流程为, GPS接收模块通过GPS天线接收卫星发出的数据报文, CPU通过程序提取数据报文中的信息, 通过串口输出到被校时设备。同时GPS输出秒脉冲至晶振, 实现设备时钟的高精准度。
3 硬件设计
时间校准器CPU选用ARM7处理器, 是系统的核心部件负责GPS数据报文的采集、处理以及时间信息的输出等功能。ARM7处理器具有低功耗, 低成本, 高性能的特点。采用RISC指令集, 提高了指令的执行效率, 运行速度较快, 目前在智能仪表以及工业控制等领域具有广泛的应用。GPS天线与接收模块等部件均采用美国原装产品, 具有精度较高, 稳定性较好, 功能强, 无累积误差, 免维护等特点。
4 软件设计
GPS数据输出的报文为NMEA报文.NMEA是美国国家海洋电子协会 (National Marine Electronics Association) 为海用电子设备制定的标准格式NMEA-0183协议定义的语句非常多, 但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。GPS上电后, 每隔一定的时间就会返回一定格式的数据, 数据每行都以‘$’开头, 接着是信息类型, 后面是数据, 以逗号分隔开。信息的类型有: (1) GPGSV:可见卫星信息, (2) GPGLL:地理定位信息, (3) GPRMC:最小定位信息, (4) GPVTG:地面速度信息, (5) GPGGA:GPS定位信息, (6) GPGSA:当前卫星信息。因为GPRMC最小定位信息包含系统所需要的时间信息, 所以嵌入式处理器只需提取最小定位信息中的时间数据。软件编写提取最小定位信息里的UTC时间和日期信息。从而得出精准的时间信息, 以一定的格式通过串口发给被校时的综合气象观测设备, 从而实现对综合气象观测设备的校时。
5 小结
针对综合气象观测设备的特点, 设计开发了基于GPS技术的综合气象观测设备时间校准器, 该时间校准器可以接收GPS卫星播发的数据, 提取UTC日期和时间信息并且转换成标准时间格式的字符串通过串口发送给被校时的综合气象观测设备。可以改变目前各级气象台站使用调频收音机或拨打电话12117对时的现状, 校时精度也较传统方式有较大的提高。应用于新一代天气雷达时, 对于短时临近天气预报、防灾减灾工作具有重要的意义。应用在自动站设备中时, 可以使自动站数据采集时间更准确, 时间准确度的提高可以进一步实现各探测设备的同步观测。该时间校准器为综合气象观测装备提供了快捷、准确、安全的授时解决方案。
参考文献
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观测设备 篇5
测水探头短路报警器电路接线图如下:
图一中的电子元件均可在电子市场上购置, 也可以从废旧电话机上拆得。这里有三点需要作出说明: (1) 本电路对三极管无过高要求, 选购时低频的即可;但焊接电路时一定要注意:本电路是按NPN型三极管绘制, 如实际中遇到的是PNP型, 则需将电路中电源正负极对调。 (2) 为保证三极管有足够的启动电压, RC、RE。电阻不宜过大。 (3) 由于电路仅只要求喇叭发出声响, 故对电容的选择也可不做过细要求, 低频电容即可, 对于初涉弱电领域的人员, 最好选用无极性电容。
虽经前述简化, 焊接一个如图一复杂的电路对非电专业人员而言仍非易事, 故笔者据己之所学, 与同仁重又制作了一个电路相对简单许多的电测水位报警器, 现将接线图附上, 以享读者。
图二即是笔者自制简易电路的电测水位报警器接线图, 其中三极管为NPN型, 标识为C1815;蜂鸣器的标识为HDY, 必须注意的是蜂鸣器具有极性, 需正向偏置使用;初次焊接可先试联, 通过其是否发声以判断是否正向偏置。上述两种元件均可从电子市场上购得, 总报价也相对便宜许多。但如果制作者取得的元件型号与前述不同, 则可能会出现三种情况:
(1) 三极管启动电压偏低致使蜂鸣器不能发声。可通过增加电池提高电源电压予以解决。
(2) 三极管放大比率偏低致使蜂鸣器发声不够嘹亮。可以将两个同类型三极管按图三所示, 直接耦合成多灵顿复合三极管, 藉以提高放大电流, 促使蜂鸣器正常发声。
(3) 蜂鸣器过于敏感, 致使人耳无法区分真假报警声音, 则可通过在蜂鸣器两端并联一个较小的电阻 (一般为几百欧姆) , 如图三所示;抑或降低输入信号强度, 也即增加测水探头两线之间距离予以解决。
电测水位报警器的接线制作问题已经解决, 为方便广大同仁采选、焊接其他不同型号三极管, 本人再赘述一下有关如何判别使用三极管的技巧 (图四是本人采选用的三极管样图) :
观测设备 篇6
1 气象系统自动观测设备远程监控的现状
1.1 气象系统自动观测设备的分类
气象系统自动观测设备分为无人工现场监控系统、现场监控与远程监控系统和监控处理视频图像系统三类。
1.1.1 无人工现场监控系统
无人工现场监控系统是由计算机网络将监控数据传输至远程计算机, 是最典型的气象监控系统。这种监控系统与现场监控系统相比, 数据传输距离大, 其它部分与现场监控系统基本相同。目前这种监控系统比较适用于闪电与大气电场的检测控制。
1.1.2 现场监控与远程监控系统
现场监控与远程监控系统是将现场采集的数据通过网络上传, 在同一部门中建立FTP服务器, 做到资源共享, 作为数据分析技术和设备检测维护技术的共同监控。现场监控与远程监控系统不仅可以监控气象环境, 同样可以对设备进行监控。
其中远程控制系统还分为三大模块, 第一模块用于对监测地点的信息数据采集、数据信息的查询等工作;第二模块用于对已上传数据的质量进行判断, 找出偏差点;第三模块用于各个监测点的信息交换及技术性维护等功能。
1.1.3 监控处理视频图像系统
监控处理视频图像系统是新科技的创新, 随着3G网络的全面普及, 在监测现场安装闭路电视实行检测, 将现场环境、数据信息和设备运行情况等通过3G网络传输至控制中心。
这三种监控处理能够安全、系统的对气象进行探测, 利用科技技术的发展, 将气象设备与科技网络相结合, 节省了人力、物力的同时, 也确保了数据的准确性和及时性。
1.2 气象系统自动观测设备的优点
使用自动观测设备可以做到现场数据采集的准确性, 并快速、集中的将现场数据进行分析、整理、传输。由于气象系统观测的地点多处于恶劣的环境, 采集人员无须亲临现场, 通过远程监控设备对多处监控地点进行监测。
1.3 气象系统自动观测设备的技术问题
虽然远程自动监控系统能做到以上所述工作, 但工作范围只停留在数据分析、整理和判断的层面, 我们的目的是自动监控系统能够更全面、高级的进行对气象的观测控制, 达到完全自动化、网络化管理的效果。但由于网络通信技术还未达到气象监测的需要, 在气象数据传输中存在一定的缺陷, 稳定性、长远性、网络带宽都将是气象数据传输的重点需求。
2 气象系统自动观测设备远程监控的发展
2.1 气象系统自动观测设备的应用
气象系统自动观测设备的应用有助于人们生活质量的提高, 通过互联网的传播, 确定了气象数字化、信息化的发展方向。目前利用嵌入式监控系统对网络信息传输具有很大帮助, 其任何一个单独的设备都具备本地化和上网功能, 从而进行有针对性的单独服务。这也使传输设备的工作内容减少, 保证了数据的准确性。
2.2 国家气象局的支持
当地政府推行的气象监测系统都与国家气象部门有着不可分割的关系, 国家气象部门是气象设备技术的研究中心, 各地方气象部门在气象监测、数据传送或设备监控等方面的疑难问题, 国家有关部门将会为其提供有力的技术支撑。国家气象部门为地方政府提供技术支持与资源共享等形式, 大大推动了地方政府对气象事业的发展。
2.3 人才创新力量
我国一直以来对气象研究十分重视, 与国外的技术相结合, 培养了大批的专业性技术人才, 为气象事业的发展输送了新鲜的血液。但由于气象专业的独特性, 综合型人才一直处在短缺状态, 气象系统需要对人才招聘、人才培养方面进行有效的资源开发, 立志建立一支有能力、高素质、专业性强的人才团队, 配合科学的人力资源结构, 成功推动气象系统的稳定发展。
气象系统自动观测设备远程监控的技术在稳定了原有技术的前提下, 还需要对气象系统进行准确、及时、连续的技术保障。建立起一支强大的技术保障网和数据库, 全方面利用网络信息技术掌握查询、监测等方面的信息, 能够及时解决设备故障等问题。采取集中化管理模式确保气象系统的正常运行。
4 总结
通过上文对气象系统自动观测设备远程监控技术的现状与发展分析可知, 气象系统自动观测设备远程监控技术虽然是与先进的科技力量相结合, 可做到数据采集的准确性, 并能够快速、集中的将现场数据进行分析、整理、传输, 但同时也存在一定的问题。目前的技术设备未能够达到完全自动化、网络化管理的效果。由于网络通信技术还未达到气象监测的需要, 在气象数据传输中存在一定的缺陷, 稳定性、长远性、网络带宽都将是气象数据传输的重点需求。
摘要：随着计算机科技的发展, 信息技术受到人们的关注。计算机应用范围十分广泛, 其中, 远程监控技术被气象部门所认识并加大利用, 从而产生了气象系统自动观测设备远程监控的技术。随着计算机科技技术的发展, 远程监控技术已经从单一检测系统发展到分布式集中检测系统, 本文针对气象系统自动观测设备远程监控技术的现状与未来发展进行了深入分析。
关键词：气象系统,自动观测设备,远程监控技术,发展
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观测设备 篇7
1 数据采集模块的设计
文章设计的数据采集模块是一款船用气象观测设备的传感器采样处理模块。考虑到作为船用观测设备, 在进行传感器的输出信号选择时, 选用了不易受外界干扰的4~20 m A标准电流信号作为其输出信号[1]。因此在主机端进行信号采集时, 需要在数据采集模块设计硬件A/D采样转换电路, 将传感器输出的电流信号转换为数字量, 然后通过微处理器进行运算处理。数据采集模块的A/D采样电路硬件设计主要分为3个部分, 分别是微处理器MCU、A/D转换器和参考电源设计[2]。
1.1 微处理器的硬件设计
数据采集模块设计时选用的微处理器为ATmel公司开发的AT90CAN128型AVR单片机, 该型AVR单片机内核具有丰富的指令集并带有32个通用工作寄存器。32个寄存器全都直接连到运算逻辑单元 (ALU) , 并允许2个独立的寄存器以在一个时钟周期执行单个指令的方式访问。处理器采用这种结构, 在处理速度上能够比常规的RISC单片机快将近10倍, 其软件代码的执行效率也大为提高。
1.2 A/D转换器的特性及其硬件设计
A/D转换电路是此次数据采集模块硬件设计中一个很重要的环节, 其精确性和可靠性关乎设备的整体性能。此次设计时A/D转换器采用了TI公司的16位逐次逼近型转换器ADS8344。ADS8344是一款高性能、低功耗的ADC芯片, 采用5 V单电源供电, 自带采样/保持电路, 包含8个单端模拟输入通道 (CH0~CH7) 。其最大采样频率为100 k Hz, 信噪比达84 d B[3]。ADS8344芯片内部主要由多路转换开关、采样/保持器、参考电压、A/D转换器、比较器、控制逻辑电路和逐次逼近寄存器 (SAR) 等部分组成, 其内部结构原理, 见图1。
ADS8344芯片的参考电压 (VRFF) 输入范围为500 m V~VCC, 相应的每个模拟通道的输入范围为0 V~VREF。芯片通过三线制SPI接口与微处理器相互通信。工作时数据从DIN引脚输入到8位只写控制寄存器。当微处理器读取完ADC上次转换结果时, 下一个转换通道的控制字节就写入DIN引脚。一个完整的控制字节需要8个DCLK时钟。写完控制字节的同时, 模数转换结束, 模数转换状态输出引脚BUSY产生一下降沿, 数据输出有效, 微处理器开始接收由DCUT输出的转换结果。16位串行数据需要16个DCLK时钟, 在接收串行数据的LSB位时, 下一个通道的控制字开始输入到A/D芯片。ADS8344完成一次完整的数据采样保持、转换和输出共需要25个DCLK时钟[4]。
1.3 参考电源的硬件设计
由于ADS8344芯片的工作原理决定了其每个模拟通道的输入范围为0 V~VREF, 其中VREF是芯片的参考基准电压值[5]。它的精确程度和稳定度直接关系到A/D转换芯片的转换精度及工作稳定度。因此, 在进行电路设计时, 选用AD公司开发的专用外部电源芯片REF195来生成ADS8344芯片工作所需的参考电源 (AVREF) 。REF195基准电源芯片能够提供精密基准电压源, 其内部采用温度漂移曲率校正专利电路, 并对高稳定性薄膜电阻进行激光调整, 从而使芯片实现极低的温度系数和高初始精度, 其内部精度最大仅为±2 m V。芯片内部由微功耗、低压差器件组成, 可利用仅比输出电压高出100 m V的电源提供稳定的输出电压, 其耗用的电源电流低于45μA。A/D转换电路参考电源电路设计原理见图2。
2 结束语
该数据采集模块由于设计时采用了高集成度的嵌入式处理器, 及高精度A/D转换芯片ADS8344, 使之具有系统小型化, 低功耗, 高精度, 高稳定性, 采样数据安全可靠等优点。通过系统测试和样机在实际海上环境中的良好应用, 证明其完全满足复杂海洋环境下实时观测的需要, 具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]祝常红.数据采集与处理技术[M].北京:电子工业出版社, 2008.
[2]李军.数据采集系统整体设计与开发[M].北京:电子航空航天大学出版社, 2014.
[3]赵美君, 周有庆.ADS8344与TMS320LC545的应用接口设计[J].国外电子元器件, 2005 (4) :44-46.
[4]曹伟军, 聂杨.ADS8344和FPGA的高精度数据采集前端[J].单片机与嵌入式系统应用, 2007 (4) :44-46.
观测设备 篇8
1.1 熟悉并掌握自动气象站各种传感器及采集器的常见故障及处理方法
在日常的业务工作中,根据故障出现的时间分为可预见性故障和不可预见性故障。
可预见性故障是指观测员可以预知自动站将会出现不能正常采集造成数据缺测的的情况。这时观测员可及时利用现有的人工观测仪器进行人工补测,用经过订正后的数据代替该时次的自动站缺测数据,以保证数据序列的完整性。例如自动站每两年一次的标校到检传感器的更换等情况就属于此类可预见性故障。
不可预见性故障是指观测员在自动站出现故障的一段时间内,由于未能及时判断传感器已经出现故障而导致数据异常所造成的数据缺测的情况。例如某一风向方位块损坏造成多个风向长时间缺测、某一温度传感器接触不良造成的数据一段时间内的不能正常感应等情况属于此类不可预见性故障。
1.2 具备较强的仪器维护能力
观测员除了具备仪器原理及业务知识,巡视仪器时认真仔细,发现故障能进行准确判断的能力,还需要具备一定的动手维护维修能力。如果能够自己及时动手维修,不必等待上级部门派人下来进行维修,就不会造成更长时间数据缺测,从而使数据缺测率最小化。
2 数据的质量控制能力
2.1 校对更正Z文件
如果发现过去时次自动气象站数据有错误时,或者夏季有滞后降水量等需要更正数据时,也应及时通过“正点地面观测数据维护”功能,对错误数据进行“质控与数据保存”并上传该数据文件,以更正已上传的错误数据,避免影响以后时次数据的计算、累计等数据统计,并打印存档。
2.2 缺测数据的质量控制
2.2.1 2分钟、10分钟风的处理方法
采用正点后数据代替时,要注意2分钟、10分钟风向风速数据是不是达到足够时间的滑动平均值。例如正点后09分数据正常,此分钟的数据不能作2分钟及10分钟风向风速代替值,而正点后10分钟的数据只能代替2分钟风向风速值,不能代替10分钟风向风速值,因为它只有2分钟的滑动平均值。
2.2.2 人工观测代时本站气压应订正到自动站传感器高度
当需要用人工数据代替时,要进行仪器差订正;本站气压还应订正到自动站传感器高度上再进行海平面气压计算
2.2.3 小时降水、风向风速不能内插计算
需要内插计算时,小时降水量、风向风速数据是不能内插计算的。取消雨量计、EL型电接风记录器部分观测后,当雨量传感器故障时没有自记雨量可以代替、风传感器故障时没有10分钟风自记记录代替,只能缺测。
2.2.4 J文件的处理
当处理完正点数据之后,在下月初制作月报表时要注意对J文件相应分钟数据进行修改,以保证生成的A、J文件一致。
根据《地面气象观测规范》及技术问题综合解答等文件的规定,对自动观测缺测数据处理优先顺序为:正点前10分钟接近正点的记录→正点后10分钟接近正点的记录→天气报(加密天气报)时次或航空报时次人工观测的同类记录→内插值→缺测。
3 对地面气象观测业务改革的几点思考
3.1 自动站仪器质量优良
业务改革的出发点是为了解放生产力,减轻观测员工作量。如果台站所用自动化仪器质量不过关,经常出现问题,那么对于观测员来说增加了精神负担,并不是减轻工作负担。因此,要使观测员完全从人工干预的工作中解脱出来,在仪器配备上应该更精良。
3.2 测报软件功能更加完善
地面气象观测业务软件应该更加完善,人机交互功能应该更加强大,对于本地历史数据能够进行处理并可作为规则库的一部分应用于日常业务运行中。
4 气象观测业务的发展
全国气象部门要从以下方面推进气象观测业务改革和发展,提升综合气象观测业务现代化水平:
4.1 加快实现地面气象观测的自动化
要把实现地面气象观测自动化放在综合气象观测系统建设的首要位置,加快研发云、能、天自动观测仪器装备,实现地面自动观测双套备份和除极少数国家基准气候站以外的其他观测站观测业务单轨制,最大限度地解放基层气象台站的生产力。
4.2 稳步推进观测业务流程的科学化
要通过不断优化业务流程,合理配置观测业务发展资源,使综合气象观测业务分工更合理、运转更协调、配合更紧密、功能更完善。
4.3 积极探索技术装备保障的社会化
要坚持多条腿走路,积极探索利用社会资源开展技术保障。
为提高气象预报预测准确率及精细化水平,气象部门努力增强对各种天气的立体、连续观测,提升了气候系统敏感区和关键区基本气候变量连续观测能力,强化了特殊行业、特定区域的气象观测能力,并使得数据质量和各种观测产品的开发应用能力不断提高。
5 小结
地面气象观测自动化为气象观测带来质的飞跃,实行地面气象观测业务改革,推行地面观测自动化,观测员如何适应新的工作要求、提高工作质量是当前地面气象观测业务改革调整面临的首要问题,本文从观测员应具备的仪器维护维修及故障判断能力、数据的质量控制能力这两方面进行初步分析,同时对当前进行的地面气象观测业务改革调整进行了初步思考。
摘要：地面气象观测自动化给观测工作带来质的变化,气象观测可以避免气象要素观测数据以往人工观测主观性带来的误差,提高其精准度和连续性,增强其客观性,对提高天气预报准确性、为重大事件提供气象保障等方面提供更可靠的依据。对于全国的地面观测员来说,地面气象观测业务改革是一次挑战和机遇,应该努力学习业务知识,提高业务技能以适应我国的地面气象改革发展,对存在的问题及发展方向阐述了个人意见。
关键词：气象观测,观测员,工作能力,思考建议
参考文献
[1]杨礼林.地面最高温度人工站和自动站相差大的成因和处理方法[J].企业科技与发展,2009(20).
[2]石天青,李晓滨.用手机检测区域自动站的实用方法[J].山东气象,2008(04).
[3]马秀兰.自动站的使用和维护经验介绍[J].科技情报开发与经济,2008(22).
路基土方沉降观测及变形观测方法 篇9
在南分路布设1个基准点 (国家二等三角点) 、沿线布设2~3个工作基点 (约5~8 km一个工作基点) , 基准点、工作基点线路分布示意图;根据具体断面情况适当加密测量控制点。
基点控制采用GPS相对静态方法, 按国家GPS B级网点观测和精度要求, 观测并连测GPS B级网点和国家一、二等三角点观测, 通过观测数据基线向量外业数据质量检核、GPS网平差计算等数据处理建立位移平面基准控制网。采用高精度数字水准仪, 按国家二等水准观测和精度要求并连测国家一等水准点, 通过观测量的各项改正、概算和平差计算建立沉降高程基准控制网。基准控制网建立之后在位移和沉降观测期间, 对基准控制网按位移和沉降观测的方法完成不少于三次的检核观测, 若发现变化应对期间的观测成果进行必要的修正。
横向位移观测, 以工作基点 (精度控制在0.5 mm以内) 为起算点, 采用国家GPSC级网点 (国家三等三角点) 观测;采用仪器标称精度不低于2″, 且测距精度≤5mm的全站仪;施测精度可达到1mm要求。
路基基底沉降观测, 以工作基点为起算点, 采用高精度数字水准仪按国家二等水准观测和精度要求, 采用符合水准路线观测沉降板的沉降量。
以填土高、观测时间、沉降量/位移为要素, 绘制“填土高~时间~沉降量/位移关系曲线图”。
2 基准点、工作基点的埋设
基准点应选在变形影响以外便于长期保存的稳定位置, 工作基点应选在靠近观测目标且便于连测的稳定位置或相对稳定位置。基准点、工作基点距路肩距离。
用于位移观测的基准点应建造观测墩和强制对中装置, 对中误差≤0.1 mm。用于沉降基准点标石应埋设在基岩层或院桩。位移、沉降两类基准点、工作基点共用一个观测墩。
3 沉降板的埋设及保护
沉降板由一根直杆 (直径=20~30 mm的钢管或自来水管) 和600 mm×600 mm×9 mm的沉降钢板组成。直杆用三根斜钢筋焊接在沉降板上, 沉降板埋设在路基的底面或砂垫层下。为了使沉降杆不受破坏, 杆长应随填土升高而逐段接高。每段接管的长度为20~30 mm, 两端有螺纹接头与空心管紧绞连接。
为了不使填压的土质嵌入空心螺纹管内, 每段接管应套上一段塑料圆管, 圆管的高度略高于接管顶面, 圆管的直径略大于水准尺的宽度。套管顶面盖上一个圆盖板, 盖板中心穿一段红布线条, 以便下次测量找出沉降点位。当路基面填至需要埋设沉降板标高以上30 cm时, 用全站仪放出沉降板埋设的位置, 在埋设处挖土坑, 深度35 cm, 铺上5 cm左右的砂垫层, 层面要水平, 将沉降板放在砂垫层上, 套上第一节外保护管, 然后回填土, 用小型夯机夯实。夯实后要求内、外管均垂直水平面, 不得歪斜, 并且内外管之间的间隙要均匀。最后用水准仪测出内沉降管的标高, 作为该沉降管的初始读数。
内外管要随填土高度用管箍接长, 使管口始终高于填土地面。上下两节管要接触紧密, 避免内管下沉时卡在外管上, 并防止沉降管被偷盗。接管前后均要用水准仪测一次内管标高, 以求出所接管实际长度。每层填土前, 应先用小车推土将沉降板周围填高, 防止大型机械撞到沉降管。沉降管周围填土要求用小型夯机夯实, 以免被压路机撞坏。万一不幸撞外, 要及时卸下被撞坏的沉降管, 接上新的沉降管, 并立即测出标高。
4 位移桩的设置
位移桩长度为100~200 cm, 断面为10 cm×10 cm的木方桩打入地基内。桩的入土深度是随土基软硬程度不同而异, 以不被踩动为原则。位移桩从路堤坡脚起, 在垂直于路中心线方向两侧各布设2个位移桩, 用经纬仪定线方法使4个桩在一条直线上, 最后用小钉在木桩上标定桩位。
5 路基面观测桩的设置
级配碎石填筑完成以后, 埋设路基面观测桩, 桩用砖围砌, 以防机械压坏。桩的长度为100~200 cm, 断面为10 cm×10 cm的木方桩 (中部钉入￠8的圆钢作为观测点) 。
6 位移、沉降量的测量
6.1 沉降控制测量
沉降观测板的每段接管的顶面应有相邻两期的观测标高。观测时, 第一段接管埋好后, 随即测量管顶标高, 作为第一期观测值。待填筑一层土后, 先在原顶管面处观测标高, 作为第二期观测值。随即接上第二段接管, 观测管顶标高。这样, 循序逐节升高, 计算出每期观测的沉降量。
级配碎石填筑完成埋设路基面观测桩, 开始3个月按照每5天1次的观测频率测量桩顶 (圆钢) 标高, 3个月后每15天1次观测一次, 直至沉降稳定方可停止观测工作。根据相邻两次观测的标高差值计算对应位置的沉降量。工后沉降的观测次数应不少于12次, 持续时间不少于180天。
6.2 位移控制测量
为了观测水平位移, 在位移桩的延长线上设置二个固定桩A、B (AB为20~30 m) 。每次观测时, 安置经纬仪于A点, 后视B点, 倒转望远镜观测2个桩是否在一直线上, 否则量出偏出直线的垂距 (即横向位移) 。用钢尺丈量固定点A到各位移的距离, 两期观测的距离差为纵向位移。钢尺丈量时要记上气温, 以便进行温度改正。用水准仪测量位移桩的垂直位移, 用首次观测的标高减去第i次观测的标高即为垂直位移。规定“正”号为下沉;“负”号为上升, 如上升到一定量级, 则表示地基有破坏的趋向, 应及时上报, 以便采取措施。
参考文献
[1]刘恒新.低强度桩复合地基加固桥头软基试验研究[D].浙江大学, 2004.