小雨点

1　范围
本部分规定自动气象站的结构和工作原理、硬件、软件、采样和算法、安装、维护等技术要求。
本部分是使用自动气象站测量的业务规则和技术规定。自动气象观测仪器和业务软件的技术、操作手册是对本部分的必要补充，编制时必须以本部分为依据，其内容不得与之相违背。
本部分适用于使用自动气象站测量的各类气象台站。
2　规范性引用文件
下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
《地面气象观测规范》（中国气象局，气象出版社，2003.11）
《气象仪器和观测方法指南》第六版（世界气象组织）
《全球观测系统手册》（世界气象组织）
QX/T 1—2000
Ⅱ型自动气象站
QX/T 4—2000
气象台（站）防雷技术规范
自动气象站防雷。。。。。
3　术语和定义









本标准采用下列术语和定义。

3.1　
自动气象站 automatic meteorological station
一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以人工输入资料，对还不能全部自动化观测的目测或人工观测项目进行编辑，满足业务的需求。
在人工气象站，它仅仅是观测员简单的辅助工具；而在全自动气象站，它完全代替了观测员的工作。
3.2　
自动气象站网
automatic meteorological network
由一个中心站、若干个自动气象站通过有线或无线通信电路和组网软件组成。
3.3　
自动气象观测系统
automatic meteorological observing system
从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站网。
3.4　
实时自动气象站
real time automatic meteorological station
能按规定的时间实时提供气象观测数据的自动气象站。
3.5　
非实时自动气象站
只能定时记录和存储观测数据，但不能实时提供气象观测数据的自动气象站。
3.6　

小雨点

传感器
能感受被测气象要素的变化并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换器组成。

小雨点

模拟传感器
输出是电压、电流、电荷、电阻或电容，通过信号整形，然后再把这些基本信号转换成电压信号

小雨点

数字传感器
带有并行数字信号输出的传感器，输出由二进制位或由二进制位组组成的信息，以及输出脉冲和频率信号的传感器。

小雨点

智能传感器
一种带有微处理的传感器，具有基本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行信号。

小雨点

1.1　体系结构
自动气象站由硬件和系统软件组成。硬件包括传感器、采集器、通讯接口、电源、计算机等，系统软件有采集软件和业务应用软件。为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件，将自动气象站与中心站联接形成自动气象站网（见图1）。

计 算 机

数据存储

数据打印

数据传输

输入人工观测记录

通讯接口

无 人 站 数 据 传 输

数据采集器

无 人 站 数 据 存 储

中心站

电  源

传感器

数据显示

自动气象观测系统结构图
现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。集散式是通过以CPU为核心的采集器集中采集和处理分散配置的各个传感器信号；总线式则是通过总线挂接各种功能模块（板）来采集和处理分散配置的各个传感器信号。
1.2　工作原理
随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。
在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。

小雨点

随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。
在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。

小雨点

通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控

小雨点

4.3　主要功能
a)        自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要素。
b)        按业务需求通过计算机输入人工观测数据。
c)        按照《QX/T ××××—2005 地面气象观测规范第5部分：气压》中海平面气压计算公式自动计算海平面气压；按照附录2湿度参量的计算公式计算水汽压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。
d)        按业务需求编发各类气象报告。
e)        按《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形成观测数据文件。
f)        按业务需求编制各类气象报表。
g)        按业务需求实现通讯组网和运行状态的远程监控。

小雨点

分为模拟传感器、数字传感器和智能传感器三大类，常用的传感器有：
气压——振筒式气压传感器、膜盒式电容气压传感器；
气温——铂电阻温度传感器；
湿度——湿敏电容湿度传感器；
风向——单翼风向传感器；
风速——风杯风速传感器；
雨量——翻斗式雨量传感器、容栅式雨量传感器；
蒸发——超声测距蒸发量传感器；
辐射——热电堆式辐射传感器；
地温——铂电阻地温传感器；
日照——直接辐射表、双金属片日照传感器。

小雨点

数据采集器是自动气象站的核心，其主要功能是数据采样、数据处理、数据存储及数据传输，其主要技术性能为：
a)        数据采样速率及算法符合本标准“采样和算法”的规定；
b)        采集器的电源能保证采集器至少7天正常工作，数据存储器至少能存储3天的每分钟气压、气温、相对湿度、1分钟平均风向和风速、降水量和表1中所列全部或部分项目的每小时正点观测数据，能在计算机中形成规定的数据文件（参见《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》）。
表1　每小时正点观测数据
2分钟平均风向        露点温度        最低草温
2分钟平均风速        本站气压        最低草温出现时间
10分钟平均风向        最高本站气压        蒸发量
10分钟平均风速        最高本站气压出现时间        日照时数
最大风向        最低本站气压        总辐射曝辐量
最大风速        最低本站气压出现时间        总辐射最大辐照度
最大风速出现时间        地面温度        总辐射最大辐照度出现时间
瞬时风向        地面最高温度        净全辐射曝辐量
瞬时风速        地面最高温度出现时间        净全辐射最大辐照度
极大风向        地面最低温度        净全辐射最大辐照度出现时间

小雨点

极大风速	地面最低温度出现时间	净全辐射最小辐照度
极大风速出现时间	5cm地温	净全辐射最小辐照度出现时间
降水量	10cm地温	直接辐射曝辐量
气温	15cm地温	直接辐射最大辐照度
最高气温	20cm地温	直接辐射最大辐照度出现时间
最高气温出现时间	40cm地温	水平直接辐射曝辐量
最低气温	80cm地温	散射辐射曝辐量
最低气温出现时间	160cm地温	散射辐射最大辐照度
相对湿度	320cm地温	散射辐射最大辐照度出现时间
最小相对湿度	草温	反射辐射曝辐量
最小相对湿度出现时间	最高草温	反射辐射最大辐照度
水汽压	最高草温出现时间	反射辐射最大辐照度出现时间

小雨点

a)
具有显示功能的采集器，能直接从显示器上读取以下所需的全部或部分数据：
1）
可读取瞬时的数据有：风向、风速、气温、相对湿度、本站气压、海平面气压、降水量、各层地温、各种辐射的辐照度等。
2）
可读取定时数据有：2分钟平均风向、2分钟平均风速、气温、露点温度、本站气压、海平面气压、降水量。
b)
时钟误差不超过30秒/月。
c)
可以使用交流或直流供电。
1.1　电源
自动气象站具备高稳定性、无干扰的系统电源。在有市电的地方，使用市电，并对备用电池浮充电，以备市电出现故障时使用。若使用计算机，则应配备不间断电源（UPS）和后备电池。在无市电的地区，自动气象站可用电池供电，这时，可用辅助电源对电池充电。
可作辅助电源的有：柴油或汽油发电机、风力发电机、太阳能电池板等。
1.2　通信接口
联接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与中心站等的通信联接设备。
1.3　外围设备
根据业务的需要，可配置的外围设备有：计算机、打印机、显示器等。

小雨点

采集软件由厂家提供，写在采集器中。应遵守本标准及其他气象技术规定。其主要功能有：
a)
接受和响应业务软件对参数的设置和系统时钟的调整（时钟也可在采集器上直接调整，但必须保证采集器和计算机时钟一致）；
b)
实时和定时采集各传感器的输出信号，经计算、处理形成各气象要素值；
c)
存储、显示和传输各气象要素值；
d)
大风报警；
e)
运行状态监控。
1.1　业务软件
业务软件根据地面气象观测业务的需要编制，由国wu院气象主管机构颁发。其主要功能包括：参数设置、实时数据显示、定时数据存储、编发气象报告、数据维护、数据审核、报表编制，按照《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形成统一的数据文件等。

[ 本帖最后由 小雨点 于 2008-9-21 00:06 编辑 ]

小雨点

a)
自动站的数据采样在采集器中完成，采样顺序：气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、辐射、日照、蒸发。
b)
气温、湿度、气压、地温、辐射的采样速率为每分钟6次，去掉一个最大值和一个最小值，余下的4次采样值求算术平均。1分钟平均值为瞬时值。
c)
风向、风速的采样速率为每秒钟1次，求3秒钟、2分钟、10分钟的滑动平均值。3秒钟的平均值为瞬时值。
d)
降水量、蒸发量和日照时数的采样速率为每分钟1次。
e)
平均值在等时间间隔内取得，时间间隔不能超过传感器的时间常数。各要素的时间常数、采样速率、平均时间要求见《QX/T ××××—×××× 地面气象观测规范第1部分：总则》。
1.1　算法
a)
平均值
1）
气温、湿度、气压、地温、辐射均为1分钟内有效采样值的算术平均。
2）
风速以1秒钟为步长，求3秒钟的滑动平均值；以1秒钟为步长，求1分钟和2分钟滑动平均风速；以1分钟为步长，求10分钟滑动平均风速。
3）
风向、风速采用滑动平均方法，计算公式为：


………………………(1)

K=3t/T



………………………(2)
式中：
——n个样本值的平均值；
——n-1个样本值的平均值；
yn——第n个样本值；
t——采样间隔（s）；
T——平均区间（s）。
4）
风向过零处理算法：计算yn- =E，若E>180°，则从E中减去360°；若E＜-180°，则在E上加360°。再用此E值重新计算 。若新计算的 ＞360°，则减去360°；若新计算的 ＜0°，则加上360°。
b)
极值选取
1）
最大风速从10分钟平均风速值中选取。
2）
其他要素的极值（含极大风速）均从瞬时值中选取。
c)
降水量、日照时数、蒸发量、辐射均计算累计值。
2　安装
2.1　基本要求
a)
温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发、辐射、地温、日照传感器均按照《QX/T ××××—××××
地面气象观测规范﹒总则》的要求安装在观测场规定的位置上，风向、风速传感器也可以安装在屋顶平台上，气压传感器一般安装在数据采集器内。
b)
安装前应认真阅读仪器技术手册，按照要求进行安装。不同型号的自动气象站的数据采集器安装地点不同，可安装在观测场内或观测值班室内。