天津市区域自动气象站网系统简介

李晓波，陈树成，崔 明，苏连维

(天津市气象探测中心 天津300074)

0 引 言

区域自动气象站网系统包括自动气象站组网子站和区域站统一版气象数据中心。区域自动气象站组网子站用于实时监测大气温度、湿度、风速、风向、雨量、气压以及能见度等气象要素，同时还可以根据需求增加草温、地温以及紫外辐射等观测要素，自动气象站将监测数据通过通信网络实时发送至气象数据中心。

1 天津市区域自动气象站组网模式

1.1 区域自动气象站组网子站

天津市区域自动气象站监测网的组网子站结构和实际观测站点如图 1、2所示。自动气象站组网子站主要由各种传感器系统、采集系统、通讯系统和电源系统等4部分构成，也可以根据气象子站所在地区业务需求配备微机终端和 LED显示大屏等外围设备。传感器系统将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化，完成自动测量。采集系统在中央处理器的实时控制下，根据各个气象数据的不同时间间隔要求，完成数据的连续采集，进行预处理。通讯系统定时获取采集系统观测到的气象数据，通过通信网络实时发送至区域自动气象站统一版气象数据中心。供电系统通过电源控制板，采用太阳能/蓄电池方式供电，配充放电控制电路，保证自动站连续阴雨天内仍然正常工作。

图1 组网子站结构Fig.1 Net station structure

图2 实际观测站点Fig.2 An automatic weather station

1.2 区域自动气象站要素指标及算法

区域自动气象站主要观测要素技术指标如表 1所示。不同的要素采样频率不同，通常气压、气温、湿度等要素的采样频率为 30次/min，计算每分钟算术平均值和小时内极值出现的时间。风速要素的采样频率为4次/s，以0.25,s为步长求3,s滑动平均值，以1,s为步长计算每分钟的 1,min、2,min算术平均值；以 1,min为步长(取 1,min平均值)计算每分钟的10,min滑动平均值，并计算每分钟、每小时内 3,s极值(即极大风速)和每小时内 10,min极值(即最大风速)以及小时内极值对应时间。风向要素的采样频率为1次/s，计算1,min、2,min平均值，并以1,min为步长(取 1,min平均值)计算每分钟的 10,min平均值，对应极大风速和最大风速时的风向。降水量要素的采样频率为 1次/min，计算每分钟水位的算术平均值，每分钟、每小时累计值。能见度(气象光学视程)要素的采样频率为4次/min，计算每分钟算术平均值和小时内极值及出现时间。

表1 区域自动气象站组网子站技术指标Tab.1 Technical indicators of substation for automatic weather group station

1.3 组网结构

天津区域自动气象站网系统网络结构如图 3所示。

图3 天津区域自动气象站网络结构Fig.3 Network structure of Tianjin regional automatic weather station

1.4 数据传输方式

区域自动气象站网通过通讯服务器设备(见图4)将区域自动气象站观测数据实时发送至气象数据中心。通信服务器可以安装在任何提供串口通信的数据采集器上，为采集器提供远程通信连接。除此之外，完成自动站电源监测功能、短信实时气象数据报告等功能，最大程度保障数据传输的可靠性，其应用场景如图5所示。

图4 通讯服务器Fig.4 Communication server

图5 应用场景Fig.5 Application scenario

1.5 组网中心站

天津市区域自动气象站组网中心站采用 C/S的架构。服务器端采集所有组网子站的定时数据和加密数据，目前设置为 5,min加密。一方面将收集到的所有子站的观测数据形成标准的 Z报文，上传到国家气象信息中心。另一方面把服务器端气象数据中心收集到的数据保存至SQL SERVER服务器的数据库中。

2 提高区域自动气象站网系统运行效率的建议

根据实际工作经验，主要进行以下维护工作：①每天定时查看中心站的观测数据入库情况，发现入库变慢，立即查看中心站观测数据入库临时文件是否积存过大。②每周巡视中心站服务器情况，查看服务器是否有报警，日志记录是否有异常，运行时间是否过长等致使中心站处理数据速度变慢，发现问题及时查找原因并处理。③在天气预报有降雨等天气过程时候，查看连接到数据库的电脑中是否存在数据下载流量过大等现象，并及时进行调查。④利用组网中心站客户端定期查看各个组网子站的运行情况和子站数据上传情况，如发现数据错误或者子站 GPRS断线，上报部门领导，组织人员立即进行维修。

3 总 结

天津市区域自动气象站网系统是一个多技术深度融合的复杂网络，为保障系统正常运行，必须对站网系统的架构有充分的了解和掌握，在工作中不断总结经验，保证站网系统出现问题时，能够及时恢复，保障气象探测数据的及时性。■

［1］胡玉峰. 自动气象站原理与测量方法[M]. 北京：气象出版社，2006.

［2］李黄. 自动气象站实用手册[M]. 北京：气象出版社，2007.

［3］中国气象局气象探测中心. 新型自动气象站实用手册[M]. 北京：气象出版社，2016.