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1、（交通运输）公路交通气象观测站功能规格需求书公路交通气象观测站功能规格需求书中国气象局综合观测司2012年7月目录1前言-1-1.1 目的-1-1.2 适用范围-1-1.3 编写依据-2-2组成结构-2-2.1 概述-2-2.2 采集器-3-2.3传感器-5-2.4外围设备-7-2.5软件-7-3功能要求-9-3.1软件初始化-9-3.2数据采集-9-3.3数据处理-9-3.4数据存储-10-3.5数据传输-10-3.6数据格式-10-3.7数据质量控制-11-3.8对时功能-12-3.9观测站状态监控-12-3.10观测站安全报警-12-3.11终端操作命令-12-4测量性能-12-4.1
2、测量要素-12-4.2 量和单位-13-4.3 指标要求-14-4.4 采样和算法-14-5软件流程-15-5.1 采集控制软件流程-15-5.2 数据流程-16-6供电要求-17-6.1供电方式-17-6.2蓄电池及充放电控制装置-18-7安全要求-18-7.1标记要求-18-7.2文件要求-19-7.3结构安全-19-7.4电气安全-20-8工作环境适应性要求-21-8.1气候条件-21-8.2生物条件-21-8.3化学活性物质-21-8.4机械条件-22-9电磁兼容性要求-22-10结构和外观要求-23-10.1结构设计总体原则-23-10.2机械结构要求-24-10.3机械强度要求-2
3、5-10.4材料与涂覆要求-25-10.5外观要求-25-11可靠性要求-25-12可维性要求-25-13其他要求-26-13.1时钟精度要求-26-13.2功耗要求-26-附录1：数据格式规定（暂行）-1-1数据传输格式-1-2数据字典-2-3数据文件存储格式-9-4状态信息文件存储格式-11-5数据文件上传格式-13-6状态信息文件上传格式-17-附录2：终端命令格式-1-1终端命令的分类-1-2格式一般说明-1-3监控操作命令-1-4数据质量控制参数操作命令（可选）-7-5观测数据操作命令-8-6报警操作命令（可选）-11-1.1.1.1.1.11 前言1.1目的交通运输部与中国气象局于
4、2010年8月底联合下发了关于进一步加强公路交通气象服务工作的通知，明确指出两部门要共同推进公路交通气象观测站点网络建设，加强交通气象服务标准化建设。中国气象局综合气象观测系统发展规划（2010-2015年）指出，建立与交通部门的合作机制，完成高速公路交通气象观测示范网建设，开展路面温度、道路综合状况、交通实景等交通气象观测设备选型、考核和定型等工作，制定相关标准规范和业务流程。为更好的推进公路交通气象观测设备的标准化工作，特制订本功能规格需求书，旨在进一步规范公路交通气象观测站研发和生产行为，为仪器设计定型和业务应用提供依据。随着气象仪器性能和公路交通气象观测技术的逐步发展，功能规格需求书还
5、将进一步完善。本功能规格需求书由中国气象局综合观测司委托中国气象局气象探测中心组织编写，解释权属于中国气象局综合观测司。1.2适用范围本功能需求书规定的公路交通气象观测站是指高速公路及国省干线公路沿线布设的，集常规气象要素、能见度和路面状况等公路交通气象观测要素的自动气象观测站。本功能需求书规定了公路交通气象观测站的组成结构、功能、测量性能、采样和算法，以及供电、安全、工作环境、电磁兼容、结构和外观、可靠性和可维性等要求，为设备制造单位提供设计和生产的依据。1.3编写依据本功能规格需求书编写的主要依据有：（1） 公路交通气象观测站网建设指南（2） 新型自动气象（气候）站功能规格书（3） 前向散
6、射能见度仪观测规范（试行）（4） 地面气象观测规范（5） 地面气象观测数据文件和记录簿表格式（6） 公路网运行监测与服务暂行技术要求（7） 公路工程技术标准（8） 公路交通工程及沿线设施设计通用规范（9） 公路工程质量检验评定标准2 组成结构2.1概述公路交通气象观测站由硬件和软件两部分组成。硬件包括采集器、传感器、外围设备（支架、机箱、避雷针）等部分；软件包括采集软件、中心站组网软件。公路交通气象观测站可自由选择多种观测要素组合方式，同时，还要求低功耗、多方式供电、支持多种通讯方式等。公路交通气象观测站总体结构如图2.1所示。图2.1公路交通气象观测站总体结构图2.2采集器采集器是观测站的核
7、心，它由硬件系统和采集软件系统两部分构成。硬件部分由高稳定性电源，嵌入式处理器，大容量数据存储器，高精度时钟电路，高精度模数转换电路，以及多路数字及模拟传感器接口，通讯接口，指示灯电路等多种电路模块构成；采集软件系统包含采集模块，通讯模块，时钟模块，存储模块，数据处理模块，指令响应模块等多种功能模块。采集器功能结构见图2.2。图2.2采集器功能结构框图对于硬件系统的设计必须满足以下要求：a)嵌入式处理器的选取应综合考虑功耗，速度，内置程序FLASH容量，各种功能接口（RS232、RS485、RJ45等），在具备自由组合安装目前公路交通气象观测要素传感器的基础上，综合考虑可扩展性，具备扩展接入不
8、少于2种其他新的传感器的能力，为以后应用扩展留有余量。b)数据存储器的选型应考虑到采集要素的种类，字节大小，综合最长存储时间计算出容量大小（至少可存储一个月或以上的逐分钟采集的观测要素数据和逐小时状态信息），并留有一定的余量方便扩展。c)模数转换芯片应在16位（含16位）以上，满足传感器测量要求。d)电源模块应选择高精度、高稳定性电源模块，满足采集器本身及部分外部传感器供电要求。e）外接存储器包括CF卡、SD卡、USB中的一种或多种。数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等存储在采集器内部，同时应在外接存储器上进行备份。f）应具备监测电路，包括主板温度测量、主板电源测量、交流供电检测、机箱门状
9、态检测、蓄电池电量检测等。g）应具备指示灯，包括系统指示灯（秒闪，包括供电状态指示、传感器采集工作状态指示）、外接存储设备通信指示灯、通讯状态指示灯等。h）采集器的基本工作电压是12V直流电压，采集器中其它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）对蓄电池充电装置和充放电控制器。2.3传感器2.3.1传感器简介根据输出信号的特点，观测站使用的传感器可分三类：模拟传感器、数字传感器、智能传感器。传感器直接连接到采集器或上，传感器的种类和数量根据实际需要测量的要素确定。路温、路面状况、冰点温度、以及融雪剂浓度等观测项目均为路面气象条件观测内容，路面气象条件的
10、自动观测通常利用综合路面状况传感器或多个独立传感器来实现。路面传感器根据传感器的观测原理或安装方式，分为埋入式路面传感器和非接触式路面传感器。埋入式传感器安装时需要切割路面，将传感器埋入路面并使其表面与公路表面齐平；非接触式传感器一般安装于路侧杆柱的适当高度，不具有冰点温度和融雪剂浓度观测功能。天气现象观测可由天气现象传感器实现，也可由集能见度、天气现象为一体的传感器实现。2.3.2传感器选型在选择传感器时，应选用合格的传感器，是经行业主管部门批准或推荐的气象传感器型号。如果所使用的传感器没有已认可型号，可根据服务需求选择配置。传感器的选型要充分考虑以下因素：交通气象观测功能需求；传感器的维护
11、需求；传感器的功耗；传感器技术的成熟性、可靠性、经济性等。公路交通气象观测所采用的传感器推荐选型如表2.1所示。表2.1传感器的选型序号,要素名称,传感器类型1,能见度,前向散射式能见度仪2,气温,集成数字式温（湿）度传感器或铂电阻温度传感器3,相对湿度,集成数字式（温）湿度传感器或湿敏电容湿度传感器4,风速,超声风传感器；或三杯风速传感器；螺旋桨式风传感器5,风向,超声风传感器；或单翼风向传感器；螺旋桨式风传感器6,降水,天气现象传感器；或翻斗式雨量传感器7,天气现象,天气现象传感器8,路温,铂电阻温度传感器；或满足要求的路面传感器的温度输出9,路面状况,路面传感器10,冰点温度,路面传感器
12、11,融雪剂浓度,路面传感器备注：天气现象观测主要指自动观测并判别：有/无降水，降水类型(雨、雨夹雪、雪等)，降水强度(小、中、大等)，以及雾、霾、沙尘等天气现象。2.3.3传感器布设及安装要求为尽可能减小各个传感器之间的相互干扰，同时有效减少行驶车辆、绿化、路侧其它设备等对传感器的影响，须合理设计传感器的安装高度和布局。除降水传感器、路温、路面传感器(埋入式)等需要安装在基础平台或路面上，其它各个传感器应安装在支架上，布局要求如下：公路交通气象观测站外廓距离公路外侧行车道边缘不应小于3m（包括应急车道），不大于50m，且与高速公路处于同一水平高度。能见度传感器：安装高度为3.00.2m，以前
13、向散射式能见度仪取样点为基准。空气温度、湿度传感器：安装高度为3.00.2m，传感器安装在自然通风的防辐射罩内。风速、风向传感器：安装高度为3.50.2m。雨量传感器：安装在基础平台上，与公路交通气象观测站主立杆相距不小于2.0m，并确保行驶车辆在雨天不会将路面上的积水溅到雨量传感器承水器内；雨量传感器的承水口水平，承水口以观测站基础平面为基准高度为0.70m。若采用路面传感器(非接触式)、多要素组合传感器、天气现象传感器等，根据各类传感器的安装要求，在公路交通气象观测站支架上进行安装。2.4外围设备2.4.1支架支架主要用于装配各类传感器、通信装置等设备。2.4.2机箱机箱用于安装主控系统，
14、各个功能模块布局合理，符合电气安全要求，散热性能良好。机箱具有良好的密封性，防护等级要求达到IP65，具有安全防盗、防辐射等性能。2.4.3避雷针避雷针的长度（接闪器的高度）需达到观测站上端布设的各类传感器所需要的保护范围的要求，避雷针的制作材料、直径、接闪器材料、固定连接装置、引下线和接地等应达到相关防雷的技术规范要求。2.5软件2.5.1采集软件采集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。主要实现以下功能：（1） 实现基本的数据采集、数据处理、数据存储和数据传输功能。（2） 实现远程参数设置、数据监视、数据文件下载、采集器复
15、位等功能。（3） 存储数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等。2.5.2中心站组网软件中心站组网软件是实现某一区域公路交通气象观测站的自动组网和监控管理的应用软件。安装在公路沿线的各公路交通气象观测站均通过公路沿线光缆或GPRS/CDMA/3G等无线通信方式与监控管理中心建立双向联系，实现公路交通气象观测站的组网和监控管理功能。中心站组网软件的主要功能要求如下：（1） 设置或查询各个观测站的站名、区站号、经纬度、海拔高度、DTU等通讯号码、在线登录状态、数据传输状态、当前或历史资料等。（2） 设置数据上传时间间隔：可向一个或多个公路交通气象观测站下达指令，将其设置成按照特定时间间隔（常规设置1min，可选择设置10min）自动上传公路交通气象观测站最新的逐分钟观测数据。（3） 遗漏资料补传：可补传公路交通气象观测站中存储的历史观测数据。（4） 观测要素开关设置：可打开或关闭公路交通气象观测站的某一观测要素的传感器。（5） 日期和时钟校准：分
