1、自动气象 观测技术 吕文忠,气象观测的体系,气象观测的主要观测项目从最基本的风、温、压、湿、雨量，逐步拓展到目前几十种甚至到几百种观测项目。气象观测的发展从人工观测发展到今天中国气象局正在 完成的“三站四网”建设国家基准气候站、国家基本气象站、国家一般气象站；国家气候监测网 、国家天气观测网 、国家专业气象观测网 、区域气象观测网；气象观测的技术规范、技术保障观测规范（观测标准）制定；观测设备的许可证制度；观测设备的定期检定规范；技术保部门。气象观测的数据流程观测站点地区数据中心（为本地预报服务）国家级数据中心（为全国预报服务）国际交换,自动气象站,自动气象站是一种能自动地观测和存储气象观测数
2、据和传输气象信息的设备。一般由传感器、数据采集器、主控微机、系统电源、通讯接口等组成。,自动气象观测系统,自动气象观测系统，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。自动气象站网由一个中心站和若干自动气象站通过通信电路组成。在网络系统中，自动气象站也称子站，将许多子占和一个中心站用通讯网络联接起来，形成自动观测系统。,自动气象站的主要功能要求,1.自动采集并存储气压、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。 2.按业务需求通过计算机输入人工观测数据。 3.自动计算海平面气压、水汽压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。,4.编发各类气象报告
3、5.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。 6.编制各类气象报表。 7.实现通讯组网和运行状态的远程监控。,自动气象观测站的类型, 自动天气观测站 自动气候观测站 中尺度自动气象站城市气象监测站雨量自动监测站温度、雨量自动监测站 高速公路气象监测站 农业自动气象站 农林小气候观测站 沙尘暴监测站 大气环境监测站 大气湍流通量观测 铁塔梯度观测 雷电监测 山体滑坡监测站,气象观测技术,自动观测系统应用到的技术, 电子技术电子测量、单片机技术、嵌入式系统技术 数据通讯技术计算机网络通讯、电信数据通讯 计算机技术数据库技术、地理信息技术、图形显示和处理技术、数据发布技术,气象要素的自
4、动测量,风、温、湿、气压、太阳辐射、降雨等天气物理现象，经过机电、光电或电磁转换等变成电信号，生成电信号的类型如果从测量方式的角度讲可以分成三种，即：模拟量信号 、数字量信号 和 脉冲量信号。,气象要素的自动测量,模拟量信号 单端电压、双端差分电压、电流、电阻、模拟频率以及热电偶等。 数字量信号 TTL/CMOS电平信号；输入或输出。 脉冲量信号 TTL/CMOS脉冲信号；计数测量或频率测量。,自动观测系统基本模式 传感器 数据采集器 计算机 应用/服务,自动观测系统主要功能, 数据记录, 数据传送, 数据采集,自动气象观测系统的特点, 采样速率慢, 精度高, 可靠性好, 温度性能好, 功耗小
5、, 数据量较小, 避雷, 数据处理量不大,自动气象观测系统的组成, 探测设备, 数据采集设备, 监控维护系统, 探测设备检验校准和必要的管理, 客户服务系统, 数据传输系统,自动气象站的结构, 集中式, 分布式, 组合式,气象要素传感器, 风速传感器, 风向传感器, 温度传感器, 湿度传感器, 雨量传感器, 气压传感器, 辐射传感器, 蒸发传感器, 日照传感器, 雪深传感器, 感雨传感器, 紫外线辐射传感器, 土壤水分传感器, 光合作用有效辐射传感器,传感器测量变换原理, 红外地温传感器,自动气象站的通讯,直接使用RS-232串行通讯,长线驱动器RS-422/RS-485串行通讯,调制解调器，
6、接入公共电话网,使用移动通讯技术，接入移动电话网,无线数传电台,专线调制解调器,卫星的数据传输平台（DCP）,RS-232乙太网转换器，直接接入计算机网络,自动气象站与终端计算机或数据处理中心的数据传输通讯方式,自动观测系统的组网通讯, 配备终端计算机, 无终端计算机,自动气象观测网中的站点有两种工作处理方式：,自动气象监测网以及服务,自动气象站的测量精度,影响自动站测量精度的因素 传感器的变换对测量精度影响 采集器的测量通道对测量精度影响 测量方法和测量环境对测量精度影响,衡量自动站测量精度的重要指标 自动气象站对所有的测量要素，都有一个绝对测量精度指标，除此之外，还有三个从某种意义上说更为
7、重要的指标： 稳定性 （测量时间延续上的稳定性） 重复性 （测量环境变化上的重复性） 一致性 （不同传感器/采集器对测量的一致性）,自动气象站的测量误差, 传感器变换产生误差, 测量电路干扰产生误差, 数据采集变换产生误差,自动气象站的自检测功能, 自检, 检测各通道的工作状态, 检测数据记录状态, 检测环境温度, 检测供电电压,自动观测系统的远程监控, 检测观测数据的正确性, 检测观测仪器故障向维护人员发报警, 开启测试功能检测功能, 为专业维护人员提供手工检测窗口, 提供指导当地技术人员工具窗口, 故障记录存档, 远程升级数据采集程序,气象服务系统,专家编辑、处理系统,数据资料库管理系统,
8、生成气象产品系统,复习题,1、自动气象站有哪些部分组成？ 2、自动气象站的主要功能要求有哪些？ 3、简述自动气象观测系统的特点。4、简述自动气象观测系统的组成。5、影响自动气象站测量精度的因素和衡量自动气象站测量精度的重要指标有哪些？,自动气象观测系统特点之一,因为气象现象基本上都是属于慢变化，所以不需要很高的数据采样速率，一般来讲，串行输入的A/D即可以满足自动气象站的数据采集需要。,采样速率慢,返回,自动气象观测系统特点之二,精度高,因为气象现象变化慢，所以其变化幅度也相对比较小。因此数据采样的精度必须要高。如果数据采集的精度不够，正常的微小气象变化就会被数据采集所产生的误差所掩盖，无法分
9、清是误差产生的差异、还是气象现象本身的所产生的差异。 测量精度根据测量要素不同，可能受采集器的影响大，也可能受传感器的影响大，或两者都影响。,返回,自动气象观测系统特点之三,数据量较小,就目前的情况而言，常规的自动气象站的观测数据量还是比较少的。依照观测类型的不同，每次观测记录在几十个到几百个字节之间，一般不会超过256个字节。即使是加密观测或按照自动气象站新的规范要求，按分钟存储观测记录数据，这样的数据量相比雷达资料、卫星资料、湍流观测资料量等还是小得多。新型自动站数据存储量有很大的增加。,返回,自动气象观测系统特点之四,数据处理量不大,目前对于自动气象站而言所需要进行的数据处理，基本上都是
10、按照由中国气象局制定的观测规范对瞬时采样数据进行平均、统计等处理，所以就数据处理量来说不是很大，由采集器的CPU处理即可，不需要另外附加数据处理单元。,返回,自动气象观测系统特点之五,可靠性好,因为气象部门对自动气象站观测数据的完整性要求高，因此自动气象站的可靠性和稳定性极为重要。无故障的工作时间要长。,返回,自动气象观测系统特点之六,温度性能好,因为自动气象站基本上都是安置在野外，我国的地域辽阔，再加上四季分明，所以工作环境温度最低可以达到零下二三十度、最高可以达到零上四五十度，相对湿度可以达到100%。这样的工作环境，对于一般普通的工业级的数据采集器是无法胜任的，必须采用军品级的或气象专用
11、的数据采集器。,返回,自动气象观测系统特点之七,功耗小,第一点因为自动气象站基本是安置在野外，供电有时无法保障，但又要确保观测的连续，因此需要有后备电池的支持，功耗小就可以确保自动站的正常运行。第二点如果功耗大，同样它的散热也高，对于南方闷热天气情况下，如果自动站的通风散热不好，势必会造成自动站数据采集器的环境温度进一步的升高，从而造成数据采集器的工作不正常。,返回,自动气象观测系统特点之八,避雷,气象观测基本是安置在野外，所以雷电对观测系统的袭击就必须考虑。其中包括：雷电对电源的影响、对通讯线路的影响等。如果考虑不周全就非常容易出问题 。,返回,自动气象观测系统组成之一,主要是包括各种传感器
12、，各种特殊的探测仪器，用于完成对气象要素的变换处理。,探测设备,返回,从传感器技术方面来看，目前国产的常规气象观测仪器，如：风、温度、降水、辐射等传感器设备是完全能供满足要求的，但是湿度、气压的传感器问题还比较多。主要表现在湿度传感器寿命短、准确性差、重复性差等、气压传感器测量订正繁琐、互换性差（几乎不能互换）。新开展的土壤水分、固态降水观测，国产的传感器性能有较大的差距，特殊用途的探测仪器性能有待进一步的改进。,自动气象观测系统组成之二,数据采集器设备，负责完成对传感器、探测仪器的输出数据进行采集、存储记录。,数据采集记录设备,返回,从数据采集器方面来看，数据采集器的国内外生产厂商非常多，但
13、是能够在真正意义上满足气象应用特点的，可用产品并不多。国内厂家就更少，而且其产品无论从质量、性能、可靠性、通用性以及生产批量等都与国外有比较大的差距。随着单片机技术、嵌入式系统的发展，生产制造采集器相对生产传感器要容易一些。,自动气象观测系统组成之三,利用目前公共电信或专用的通讯手段，进行观测数据的传输、汇总，为气象预报业务提供第一手观测资料。,数据传输系统,返回,从数据通讯手段方面来看，应该说通讯的手段以及同设备都是十分先进的，目前各种通讯技术都可以应用于自动气象站观测系统的数据传输。,自动气象观测系统组成之四,主要包括监控维护软件系统加计算机通讯处理工具。其主要是功能远程检测、控制自动观测
14、系统的工作状态，软件的远程升级等等。,监控维护系统,返回,从远程监控维护方面来看，要想实现理想的远程监控关键取决于数据采集器所能提供的功能。就目前来看国外的数据采集器产品提供的监控命令相对多一点，而国内厂家提供的监控命令相对比较少。作为监控系统发现最主要的问题是要发现观测系统的问题，进而排除问题，同时还要尽量地不影响、中断正常的观测。所以一个完善的监测系统，首先从对数据进行质量分析入手，通过历史资料对比以及专家系统分析等判断出观测数据的正确性，如发现有错误数据出现，系统发出报警提示，并使用辅助通讯设备连通相应的观测站进行详细检测，查找问题所在 。,自动气象观测系统组成之五,无论多先进的设备长年
15、累月的放置在野外，都会造成电路参数的漂移、机械部件的磨损等，由此会造成测量数据的误差，因此探测设备的定期标定、检验是非常重要的。,探测设备检测校验,返回,从仪器标定检定方面来看，目前我国室内的检定手段及方法是十分完善的，但是这对于自动观测系统的定期检定不适用，尽管目前已开始配备现场校验车，但是从技术理论上讲还是有缺陷。要想从根本解决比较困难。除非全部传感器采用智能化的传感器。,自动气象观测系统组成之六,主要包括专家系统、计算机网络系统、电信服务系统。收集各种气象观测数据，根据不同的客户要求，诸如：高速公路管理者、航运管理、水文、森林防火等等，由专家系统根据实时刷新的观测数据做出相关的预报信息，
16、并及时地把这些信息自动地发送给应用客户。另外还可应通过因特网为公众提供免费或收费的服务。气象信息服务产品的发布渠道，包括：利用计算机网络，以CS方式（客户/服务器）提供服务；或以BS方式（浏览器/服务器；WEB方式）提供服务；利用电信网络，诸如：短信、有线或无线数码信息发布屏、手机WAP服务等。,客户服务系统,返回,集中式自动气象站,所谓集中式自动气象站是针对自动气象站的硬件分布结构而言的；另一方面它的数据采集和数据记录的存储都是集中在一起，集中在一个数据采集器当中。集中式自动气象站它的核心部件是数据采集器，而其他所有部件、传感器等，基本上都围绕在以数据采集器为中心的一个比较小的区域内。目前所
17、布的自动气象站，大多数为集中式的。集中式自动气象站的核心部件就是数据采集器，数据采集器的性能就直接决定了自动气象站性能。自动气象站的功能几乎全部也基本上就是实现采集器的功能。,返回,继续,集中式自动气象站观测模式,观测模式,集中式自动气象站的优点： 因为采用的是单一的数据采集部件，所以数据采集精度比较高；传感器比较简单；整个系统的结构比较紧凑，成本相对比较低。集中式自动气象站的缺点： 它的测量数据不但与传感器的输出信号有关，同时还与测量通道、数据采集变换电路，甚至如果通道隔离做的不好与其他通道的数据信号都有关，所以传感器测量的独立性不好，互换性差，有的几乎甚至不能互换；对传感器的定期检定标定处
18、理十分麻烦；整个系统的稳定性、可靠性稍差。测量数据会存在，因为测量信号在长距离传输后，造成信号衰减、损耗从而降低测量精度。最适合单点多要素方式的监测 。,传感器,数据采集器,终端处理计算机,数据处理中心站,继续,集中式自动气象站硬件组成, 数据采集器, 信号接入、避雷电路, 供电电路, 供电避雷保护电路, 通讯、避雷电路, 后备电池, 地温采集控制器, 各种传感器, 其他部件 （如：风杆、百叶箱等）,主机箱内的部件, 太阳能电池,外部的部件,集中式自动气象站结构示意图,继续,数据采集器主要硬件组成, CPU, 存储电路, 通讯电路, 模数转换（A/D）电路, 输入通道多路模拟开关控制电路, 通
19、道量程控制电路, 通道测量类型控制电路, 通道激励源控制电路, 数字量输入/输出锁存电路, 主运算放大器, 实时时钟电路, 计数器电路,数据采集器结构示意图,继续, 电源控制电路,数据采集器的测量通道, 模拟通道, 数字通道, 计数通道,继续,气象传感器的输出信号, 风速传感器 风向传感器 温度传感器 湿度传感器 气压传感器 雨量传感器 地温传感器 辐射传感器 蒸发传感器 日照传感器 红外地温传感器 固态降水传感器 土壤水分传感器,输出：脉冲信号。（ 05KHz ）输出：格雷码 / 模拟电压 / 电阻信号输出：Pt100 铂电阻信号。(0.390.40 / )输出：模拟电压 01V / 010
20、0mV 信号。输出：模拟频率 或 模拟电压 05V信号。输出：通断信号，测量接通次数。输出：Pt100 铂电阻。输出：mV级的模拟电压信号。(10V/Wm-2 )输出：模拟电压 或 模拟电流信号。输出：通断信号，测量接通时数。输出： V级的模拟电压信号。(40V/ )输出：脉冲方波。(1KHz 10KHz ）输出：模拟电压 或SDI12总线标准。,继续,数据采集器的开发环境,返回, 组态命令方式, 专用开发环境, 通用开发环境,这里指的是编制开发数据采集器中运行数据采集、计算处理、存储记录数据程序。, 采集器程序的升级, 其他 (单片机汇编语言),分布式自动气象站,返回,分布式自动气象站也叫总
21、线式自动气象站。所谓分布式一方面说它的硬件设备不是集中在一起，而是分布在一个相对比较广泛的区域里，通过一条数据总线把各个部件线连接起来；另一方面它的硬件相对独立、数据采集分散在各自智能传感器当中。目前使用最多的控制总线为RS-485总线、 CAN总线和SDI总线。另外分布式自动气象站所采用的传感器为智能化传感器或完整的具有标准的串行数据输出探测仪器。智能化传感器是把气象要素转换成标准的串行数据信号输出。,继续,分布式自动气象站观测模式,观测模式,分布式自动气象站的优点： 传感器的独立性好，可以随意互换；对传感器的定期检定标定处理方便；整个系统结构简单、稳定性高、可靠性好。没有测量信号在长距离传
22、输后，因信号衰减、损耗从而降低测量数据精度的问题。分布式自动气象站的缺点： 数据采集部分分布在各自的传感器中，有时会因为成本因素，数据采集的精度不够，如果不考虑测成本问题，数据采集的精度是完全可以保证的；智能传感器的成本比较高；最适合工业自动化控制中的多点单要素方式的监测 。,智能传感器,总线控制器,终端处理计算机,数据处理中心站,探测仪器,继续,分布式自动气象站硬件组成, 总线控制器, 数据存储, 数据通讯, 数据处理, 通讯、避雷电路, 后备电池, 各种智能化传感器, 各种探测仪器, 其他部件 （如：风杆、白叶箱等）,主控制部件, 太阳能电池,辅助部件,分布式自动气象站结构示意图,继续,智
23、能化传感器,智能化传感器是现代传感器技术的发展方向，智能化传感器对于传感器的检定和互换都是十分方便的。,智能化传感器的结构信号变换 数据采样 串行输出,可以利用通用的数据采集模块，解决传感器标准信号的输出问题。,传感器,数据采集,串行信号输出,标准信号,通用的数据采集模块,智能化传感器示意图,继续,总线标准,总线根据应用场合的不同,分为两种类型总线：, 内部总线,返回, 外部总线,内部总线标准,内部总线一般是指线路本一级的总线标准，通常应用于电子线路板内部各电子器件、组件之间的数传输。使用最多的有两种。, I2C总线 SPI总线,内部总线应用示意图,返回,外部总线标准,外部控制总线也称现场测量
24、总线，它首先是由工业控制行业发展起来的，外部总线技术具有以下特点：, 一般只需要2根线（双绞线）即可进行数据传输。 数据传输距离长。 多点方式，一条总线可以挂接多个测量设备。 数据通讯可靠。 数据传输量小。,RS-485数据控制总线示意图,返回,SDI12总线应用示意图,目前在气象探测方面应用比较多的总线标准是：RS-485总线、CAN总线以及SDI-12总线,组合式自动气象站,返回,在组合式自动气象站的结构中，还是保留有数据采集器作为核心部件，但是这个数据采集器与集中式自动气象站中的数据采集器有很大的不同。主要表现在两点： 它必须具有多个通讯端口，尤其是对外的控制总线，如：RS-485或CA
25、N总线等。多个通讯端口可以确保与控制计算机的连接，对外的控制总线可以保证智能化的传感器的挂接。 数据采集器内部为总线连接方式，在采集器的母板上提供总线插槽，如同计算机主板上的插槽一样。在插槽上可以插接各种不同类型的数据采集模块、控制模块、通讯模块等等，用户可以根据实际的需要插接、相应的模块。,继续,组合式自动气象站观测模式,观测模式,组合式自动气象站的特点把集中式和分布式自动观测系统的优缺综合起来，就是组合式自动观测系统的特点。,终端处理计算机,数据处理中心站,数据采集通道总线控制数据采集器,探测仪器,智能传感器,传感器,组合式自动气象站结构示意图,返回,数据采集器程序开发组态命令方式, 根据
26、观测项目选定传感器； 根据各传感器输出信号的类型选定信号输入通道并确定测量模式； 根据通道选定的测量模式、量程、激励源等确定数据采集命令； 设定数据采样的时序； 设定数据记录、数据传送的格式； 最后把所有组态命令写到采集器程序存储单元中，或通过通讯口下载到采集器中。,组态命令方式程序开发步骤,返回,程序开发比较简单，但对于比较复杂的数据处理方法，仅靠组态命令实现起来比较困难。,这种方式数据采集处理的特点,数据采集器程序开发专用开发环境,通过厂商提供的专用开发环境，按照开发环境所设定的步骤，引导用户自行配置、生成采集器的数据采集程序，然后下载到采集器的FLASH存储器中。,数据采集器专用开发环境
27、,返回,专用开发环境的优点 处理过程比较简单，比较适合与科研人员使用。,专用开发环境的缺点 数据处理方法不够透明，甚至有时不能满足专业规范要求。,数据采集器程序开发通用开发环境,采集器提供标准、通用的开发环境，如C语言开发环境，用户可以按规范使用C语言编写数据采集程序，程序编译完成之后，下载到采集器的FLASH存储器中。这种方法属于从底层开发的方式，完全采用程序语言编程处理。开发人员需要有比较高的编程能力和对自动观测系统技术有比较透彻的了解。,数据采集器通用开发环境,返回,通用开发环境的优点 处理灵活，用户完全按照自己的需要编程。,通用开发环境的缺点 编程比较麻烦，需要有一定的程序设计能力。,
28、数据采集器的模拟通道,返回,模拟通道的功能 采集模拟电压、电流、电阻和频率信号。,说明一般一个模拟通道，有四个输入端子，参考地、激励源输出和两个差分输入端。一个模拟通道可以采集两个单端输入的电压信号和电流信号；也可采集一个双端输入的电压信号；三线制、四线制热电阻的测量等等。模拟通道的测量组合十分丰富，可根据实际的测量需要变换。对于气象要素传感器而言，温度传感器输出为热电阻信号；湿度传感器输出为电压信号；模拟输出的风向传感器输出为电压信号或电阻信号；辐射传感器输出为毫伏击的电压信号；气压传感器输出信号为电压或频率信号；蒸发传感器输出为电流或电压信号。,模拟通道信号输入示意图,数据采集器的数字通道
29、,返回,数字通道的功能,说明对于气象传感器，只有风向传感器输出信号是数字电平信号，格雷码信号。一般是六位或七位格雷码。六位格雷码风向传感器的分辨率为360/64（26）=5.625度，七位格雷码风向传感器的分辨率为360/127（27）=2.8125度。由于格雷码占用的位数比较多，所以现在应用的更多是模拟信号输出的风向传感器。 地温控制器需要通道选通控制信号。数字通道还可以设计成SDI-12总线标准，用于连接SDI-12输出标准的传感器。,采集开关量信号，数字电平信号，以及输出控制信号 。,数据采集器的计数通道,返回,计数通道的功能,说明计数通道的处理包括，计数处理和读取频率处理。一般一个计数
30、通道对应一个14位16位的二进制计数器，计数器可以对脉冲信号进行计数测量。风速传感器输出的信号是最典型的脉冲信号，另外雨量传感器输出信号在经过整形之后也是低速的脉冲信号。所以风速和雨量数据采集要各占一个计数通道。,采集数字脉冲信号的频率信号 。,传感器测量原理,传感器是把天气物理量转变成电信号的装置，它是通过种物理变换方法，转变成电信号，在经过处理变成稳定的电信号，提供给测量电路用。对于自动观测技术而言，传感器是第一位的，传感器的品质性能的好坏，对于自动观测系统有着很大的影响。,在传感器中应用到的测量信号变换原理主要包括 光电、磁电：风速、风向、雨量 机电： 气压、称重（雨量）、位移 电容：
31、湿度、感雨、探空、容栅（雨量、蒸发） 电阻： 温度、风向 热电偶： 辐射、土壤热通量 超声波： 风、蒸发等 光学测量： 能见度仪、云高、环境监测设备等,返回,风速传感器,测量原理：利用光电转换或电磁转换的原理,数据输出 ：脉冲频率信号,超声风速仪 ：利用超声波探测技术，它的输出数据有电压/电流信号或标准的串行数据。,返回,风向传感器,测量原理：光电转换式和电位器式,数据输出 ：格雷码信号/电阻信号/模拟电压信号,返回,温度传感器,测量原理：利用金属Pt电阻的温度特性,数据输出 (Pt100)在0时，输出100。 Pt电阻输出的电阻值，随温度变化正变化。,返回,湿度传感器,测量原理：干湿球式或湿
32、敏电容式,数据输出 ：电阻信号（干湿球式）模拟电压信号,返回,雨量传感器,测量原理：利用电磁转换的原理（翻斗式）利用电容方式（容栅式）利用电子天平或弹簧方式（称重式）,数据输出 ：通断信号（翻斗式）电压信号（容栅式）脉冲方波（称重式）,返回,气压传感器,测量原理：晶体的压电转换式谐振筒式,数据输出 ：模拟电压信号或标准的串行数据,返回,红外地温传感器,测量原理：电热堆、热电偶的原理,数据输出 ：毫伏级的电压信号,返回,蒸发传感器,测量原理：利用超声波测量原理,数据输出 ：模拟电压信号/模拟电流信号,返回,日照传感器,测量原理：利用金属簧片受热变形原理跟踪式,数据输出 ：电压通断信号,返回,雪深
33、传感器,测量原理：利用超声波测量原理,数据输出 ：模拟电压信号/模拟电流信号,返回,感雨（天气现象）传感器,测量原理：利用电容测量原理，加分析算法。,数据输出 ：电压信号/天气现象码,返回,紫外线辐射传感器,测量原理：电热堆、热电偶的原理,数据输出 ：毫伏级的电压信号,返回,土壤水分传感器,测量原理：利用电磁波测量原理,数据输出 ：模拟电压信号/模拟电流信号,返回,光和有效作用辐射传感器,返回,测量原理：电热堆、热电偶的原理,数据输出 ：毫伏级的电压信号,利用移动通讯技术进行数据传输, GPRS方式, 短信方式,利用移动通讯技术进行数据传输的三种方式：, 数据方式,返回,配备终端计算机的自动站
34、,返回,配备终端计算机自动站数据传输方式,自动站,终端计算机,区域处理中心,串口,通讯,网络,通讯, 查收各个站点的观测数据，如果站点上传数据失败，则启动备份的通讯电路，比如：启动电话拨号连接电路，采用上拉的方式取读站点的观测记录数据。 把各站点的观测数据汇总后，再向国家中心传送自动气象站的观测数据报。 监控各个站点的工作状态。,区域数据处理、控制中心的职能,配备终端计算机自动站数据传输示意图,无终端计算机的自动站,无终端计算机自动站数据传输方式,自动站,公共电信 通讯网络,自动站网监控中心,中尺度自动站监测网监控中心的职能, 通过通讯线路，定时下载各个站点的观测记录数据。 把各站点的观测数据
35、汇总，向上级中心传送观测数据。 监控各个站点的工作状态。 监控各个站点的数据上传状况，发现未到数据，及时主动调取。 观测数据的报表输出 对历史观测数据的查询 向有关职能部门以及公众发布实时的观测数据 发送灾害性天气预警,无终端计算机自动站数据传输示意图,返回,自动气象观测误差由传感器变换产生,因为传感器的变化是非线性的变化，所以传感器在变化过程中必然会产生测量误差，而且测量误差在整个量程中是不一样的。另外，由于传感器在野外长年累月的风吹日晒雨淋，机械部件的磨损传，电子器件的老化、参数的漂移，传感器的性能指标会降低，测量误差会增大。比如风速/风向传感器、湿敏电容。,传感器变换产生误差,返回,对于
36、这个误差处理方法一般可以通过线性订正或多项式订正公式予以订正，对传感器进行老化筛选处理，能够降低误差的产生。,自动气象观测误差测量电路受干扰,由于电源的杂波问题、信号屏蔽问题以及场站周围的电磁环境问题等，测量电路会受到电磁干扰，对测量数据产生误差。尤其是放大器、A/D转换电路容易受到不干净的电磁环境的干扰。这种误差的特点一般与设备的安装地点、安装处理方法、安装现场的电磁环境以及接地线的处理方法都有着直接的关系。如果处理不当，这个误差有时会比较大。当使用开关电源或开关电源器件进行供电时，会产生几十到上百千赫兹的电磁干扰。对数字电路影响不大，对模拟电路测量影响会比较大，以至可以影响到测量精度。对于
37、这样的误差的订正处理起来非常困难。几乎没有规律可循，很难订正。,测量电路受电磁干扰产生误差,返回,对于这个误差处理方法 做好信号引线、电源线的屏蔽、隔离处理以及地线处理。,自动气象观测误差由数据采集变换产生,在进行数据采集变换时，由于电子线路的非线性以及电子元器件本身的温度漂移特性等，所以数据采集器在进行数据采集时会产生误差。,由数据采集变换产生误差,返回,对于这个误差处理方法 这种误差一般比较小，可以通过订正予以消除,数据采集器的结构示意图,返回,集中式自动气象站的结构示意图,返回,分布式自动气象站的结构示意图,返回,组合式自动气象站的结构示意图,返回,新一代自动气象站结构示意图,新一代自动
38、气象站的结构示意图,返回,继续,新一代自动气象站的结构示意图,返回,智能化传感器的结构示意图,返回,RS-485总线的结构示意图,返回,RS-485总线在RS-232/RS-422异步串行通讯的标准之上发展的。RS-232标准是短距离的数据串行传输标准，RS-422是长距离的数据串行传输标准，它们都是点对点的通讯方式，不能进行多点通讯。RS-485标准可以进行长距离、多点的异步串行数据通讯。一条RS-485总线最多可以挂256个设备。,SDI-12总线的应用示意图,返回,SDI总线(Serial digital interface)是连接基于带微处理器传感器的标准接口，在应用连接方面更为方便。
39、SDI总线只使用3根线，12V电源线、电线和数据线。SDI总线的通讯距离比较近，速率比较慢。SDI总线传输速率一般在1200bps，几十米（200英尺）的通讯距离。,内部总线的结构示意图,返回,I2C总线是PHILIPS公司开发的双向二总线 ，使用两根线。SCK (Serial Clock) ： 数据读写时钟。SAD (Serial Data）： 数据线 。SPI总线是全双工同步串行总线。SPI总线分3线制、4线制两种工作模式。MOSI (Master Out，Slave Out)： 主机输出、从机输入，用于主机向从机发送数据使用。MISO (Mast In Slave In)： 主机出入、从
40、机输出，用于主机接收从机发送数据使用。SCK (Serial Clock)： 串行时钟，由主机发出。NSS (Negative Valid of Slave-select)：在四线制模式下，用于从机的选通,模拟通道信号输入示意图,返回,模拟通道可以 采集信号类型单端电压信号双端电压信号电流信号电阻信号电桥信号其它,沙尘暴项目观测系统示意图,返回,网络连接观测系统示意图,返回,配备终端计算机的自动站示意图,返回,无终端计算机的自动站监测网示意图,返回,计算机串口的通讯, RS-232串行通讯端口, SUB转RS-232转换器,采用多线程处理方式, 多串卡,计算机本身的串口通讯方式,计算机串口通讯
41、程序处理方式,沙尘暴项目观测系统结构示意图,返回,GPRS数据传输方式示意图,返回,短信数据传输方式示意图,返回,数据传输方式示意图,返回,农林小气候站,返回,继续,农林气象梯度观测站,返回,农业自动气象站,继续,所涉及的观测项目主要为农业生产服务。主要的项目包括：风向、风速、空气温度、湿度、雨量、蒸发、日照、土壤温度、土壤水分、土壤热通量等。,农业自动气象站,返回,自动天气站,继续,其特点：观测项目全观测项目包括：风向、风速、空气温度、湿度、气压、雨量、地表温度、草地温度、浅层地温、深层地温、蒸发、日照、辐射（包括：总辐射、净辐射、直接辐射、散射辐射、反射辐射），扩充包括：能见度、云高等。天
42、气站设置在标准的25米 乘 25米的观测场内，包括国家一级天气站和二级天气站。,自动天气站,继续,自动天气站,返回,自动气候站,继续,其特点：观测精度要求高观测项目： 风速；空气温度 （三只百叶箱温度，三只通风罩温度并带检测通风风速）；雨量 （一个双翻斗和一个称重式雨量）；地表温度 （一只Pt100和一只红外地温）；总辐射。,自动气候站,继续,自动气候站,继续,自动气候站,返回,中尺度自动气象站,继续,中尺度自动气象站一般都是无人值守站点。其中包括：单雨量站温度、雨量站四要素站等 观测项目包括：风向、风速、空气温度、湿度、气压、雨量等,中尺度自动气象站,继续,中尺度自动气象站,返回,梯度塔观测站,返回,公路气象站,继续,公路自动气象站主要应用于监测高速公路的天气状况。是为行车服务、为道路管理服务。因此除了天气状况之外，公路自动气象站最关心的是能见度和路面状况。,安装在公路上的自动气象站,它可以测量风向、风速等基本的气象要素。,公路气象站的路面传感器,返回,雷电定位观测站,返回,沙尘暴监测站,继续,主要观测项目能见度、PM10、浊度计、太阳光度计、梯度观测（风、温度、湿度）、湍流通量、TSP、干沉降、土壤湿度等。,沙尘暴监测站,继续,沙尘暴监测站,继续,沙尘暴监测站,返回,滑坡监测站,继续,滑坡监测站,继续,滑坡监测站,返回,大气湍流通量观测站,返回,
