第二代自动气象站功能规格书

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1、高精度湿度、气压传感器技术要求高精度湿度、 气压传感器对提升地面观测精度， 改善天气及气候 观测水平有着重要的意义。 为了统一规范气象应用中的高精度湿度及 气压传感器的各项要求，根据地面气象数据对象字典 、新型自动 气象（气候）站功能需求书及自动气候站功能规格需求书中与 湿度及气压传感器的相关内容制定本技术要求， 凡用于气象系统的高 精度湿度及气压传感器须符合本本技术要求，具体包括性能和功能、 采样和算法、数据格式和通信命令以及其他要求四个部分。1 性能和功能1.1 气压测量传感器a）使用温度范围：-40 C50Cb）测量范围：450hPs1100hPac）分辨力： 0.1hPad）最大允许误

2、差： 0.2hPae）供电电源：电压： DC（ 1 22） V电流：平均值小于 30mAf）信号输出方式：接口标准： RS232g）传感器具有互换性1.2湿度测量传感器a）使用温度范围：-50 C50Cb）测量范围：5%- 100%RHc）分辨力：1%RHd）最大允许误差：士 2%R（相对湿度w 80%士 3%R（相对湿度80%e）供电电源：DC（ 12士2） Vf）输出方式：接口标准：RS232g）传感器具有互换性2采样和算法2.1采样频率及气象值气象传感器信号数字化处理过程中，传感器输出信号采样频率非 常重要，所采用的采样序列应该足够代表被测气象要素的显著变化。 数据的采样算法是获得准确气

3、象数据的关键因素， 采样频率及气象值 的计算见表1。表1自动气象站测量要素采样频率测量要素米样频率计算平均值气压30 次/min每分钟算术平均湿度2.2算法的常用计算公式2.2.1算术平均法计算公式N送y(1)m式中：Y观测时段内气象变量的平均值;y观测时段内第i个气象变量的采样瞬时值（样本），其中, “错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算，即 令 yi = ；N观测时段内的样本总数，由“采样频率”和“平均值时间 区间”决定；m观测时段内“正确”的样本数（m N ）。2.2.2滑动平均法计算公式n送yiYn =亠m式中：丫n 第n次计算的气象变量的平均值; y 第i个样本值，其

4、中，“错误”、“可疑”等非“正确” 的样本应丢弃而不用于计算；a 在移动着的平均值时间区间内的第 1个样本：当时a=1， 当 nN 时 a = n- N+1 ；N是平均值时间区间内的样本总数，由采样频率和平均值时 间区间决定；m在移动着的平均值时间区间内“正确”的数据样本数mN。2.2.3标准差计算标准差也被称为标准偏差，或者实验标准差。计算公式-（ 4）式中：二一一计算得到的标准差；Xi 第i个样本值，其中，“错误”、“可疑”等非“正 确”的样本应丢弃而不用于计算；有效样本平均值；N是平均值时间区间内的样本总数，由采样频率和平均值 时间区间决定；2.3数据质量控制标识本文米用的质控标识码涵盖

5、内容全面，且与 2010年行标定义一 致，采用统一的质控码有助于对观测数据的解析和软件算法实现。表2是几种常见质量控制码类型及其含义。表2质控标识质量控制码含义0正确1可疑2错误3订正数据4修改数据5预留6预留7不观测8缺测9未作质量控制说明:(1) 若有数据质量控制判断为错误时，在设备终端数据输出时，其值仍给 出，相应质量控制标识为“2” ，但错误的数据不能参加后续相关计算或统计。(2) 对于瞬时气象值，若属采集器或通信原因引起数据缺测，在设备终端 数据输出时直接给出缺测，相应质量控制标识为“8” o(3) 当台站业务软件将设备置为维护停用状态时，自动上传维护日志，同 时上传数据时对应要素置

6、为缺测。2.4传感器级质量控制传感器级质量控制是对采样值转换为气象要素的过程进行质量控制，其质量控制对象为气象要素的采样值。 传感器级质量控制控方 法包括以下3个方面。(1) 对采样值极限范围检查，检查每个采样值是否在相应传感器的测量范围内。如果未通过检查，则该值被丢弃，不能用于进一步 计算。(2) 对采样值变化速率检查，当前的采样值应当与前一个采样 值作比较。如果这两个采样值的差异大于给定的界限， 则当前采样值 被标记为不可信，不能参与进一步的计算。然而，它仍然用于检查采 样值变化速率检查。一个有效米样样本值的判断条件如表 3所示。表3有效采样样本值判断条件序号观测要素传感器测量范围下限传感

7、器测量范围上限允许最大变化值(适用于采样频率5次/分以上)1气压依照传感器指标确定下限0.3hPa5相对湿度和上限5%(3)计算瞬时气象值时，有效样本比例应大于66%( 2/3 );3数据格式和通信命令本章主要规定观测设备数据传输的帧格式、观测要素编码和通信命令等方面的内容。3.1数据帧格式3.1.1帧格式0段：起始标识；1段：数据包头；2段：数据主体；3 段：校验码；4 段：结束标识。说明：（1）一个完整数据帧分为 5部分信息段。其中 0、1、3和 4段 数据定长； 2 段数据不定长，数据主体包含观测要素信息、观测数据 质量控制信息和状态要素信息三部分。（ 2）数据帧传输采用 ASCII 字

8、符（ 8Bit ）。（3）数据帧各信息段由一个或多个字段表示，字段间以英文半 角字符 , 分割。（ 4）字段是指由一组指定的 ASCII 字符（大小写英文字母、数字字符“09”以及下划线字符“ _”）构成的字符串，用于描述帧起 始与结束标识、数据包头信息、要素变量名以及要素变量值等信息。3.1.2 帧格式说明0 段起始标识固定长度，2个字母，以” BG表示。1 段数据包头固定长度，包含 8 个字段，每个字段定长。（ 1）区站号（ 5 位字符），保持现有台站区站号不变，在观测司 发布新台站号时更新。（2）服务类型（ 2 位数字）， 00基准站， 01 基本站， 02一般站， 03区域气象站， 0

9、4交通气象站， 05电力气象站， 06 农业气象站， 07 旅游气象站， 08海洋气象站， 09风能气象站， 10 太阳能气象站， 11 生态气象站，12气象辐射站，13便携站，14自动气候站。（3）设备标识位（4位字母），传感器或设备类型。以大写字母 Y开头表示设备标识，后三位字母为对应传感器或设备英文名称的缩 写，如表4所示。表4设备标识符Y TPS气压数字传感器YHMS湿度数字传感器（4）设备ID（3位数字），用于区分同一个区站号台站中的同类 设备；有多个设备时，服务数据以ID为000的设备观测为准，当000 出现故障时，则使用001设备的数据。传感器ID代表不同的传感器 类型，传感器I

10、D不得自行修改。表5传感器ID号气压数字传感器001湿度数字传感器003（5）观测时间（14位数字），采用北京时，年月日时分秒，yyyyMMddhhmmss如 2012070613250Q（6）帧标识（3位数字），用于区分数据类型和观测时间间隔，由两部分组成：D, T。D为1位数字，用于区数据类型：0代表实时 数据，1代表定时数据，29预留。T表示一个2位十进制数值，代 表观测时间间隔：00代表秒，0159依次代表159分钟间隔，60 83依次代表124小时间隔。如：分钟实时数据用 001表示，整点 定时数据用160表示。说明：1）实时数据是指设备输出的以瞬时气象值为主的观测数据，瞬时气象值由

11、规定的观测时间间隔内的采样值计算得到。 部分设备输出 的实时数据也可能包含统计量数据， 只有在观测时间与统计时段一致 时统计量数据才有意义。通常，实时数据时间间隔为秒或分钟级，不 会为小时级间隔。2）定时数据是指设备输出的以统计气象值为主的观测数据，统 计气象值是从规定的时间间隔内观测到的瞬时气象值中挑选出的最 大、最小、极大、极小值，或累计值。定时数据时间间隔为分钟或小 时级，不会为秒级。目前，地面观测中统计值的挑选时间间隔为小时。 如，目前业务中，自动气象站在整点时，会发送两个数据包，一个为 分钟实时数据， 一个为整点定时数据， 定时数据中主要输出从前小时 01 分钟到本小时 00 分钟瞬

12、时气象值的统计量。（7）观测要素变量数（3位数字），取值000999,表示观测要 素数量；如 003，表示有 3 个观测要素。说明：1）若设备的观测要素,未探测到的观测要素不输出,观测要素 变量数为实际探测到的要素数； 当出现故障时未探测到任何观测要素 时,该类设备输出观测要素变量数为 0,并在状态信息中输出故障的 信息。2）对于设备或传感器故障时,对应传感器或设备的全部观测要 素均输出缺测,对应变量数值处用 / 字符填充。（8）设备状态变量数（ 2位数字）,取值 0199,表示状态变量 数量。如 28,表示有 28 个状态变量。说明:1）设备自检状态变量为必输出项，当设备自检通过时只输出自

13、检状态变量，即状态变量数为1。2）当设备某些属性状态不正常时，除输出自检状态变量外，还 需输出所有状态不正常的状态变量名。2段数据主体不定长，包含观测数据、观测数据质量控制和状态数据三部分。（1）观测数据，由一系列观测要素数据对组成，数据对中观测 要素变量名与变量值一一对应。观测要素变量名以及变量值的描述（数据单位、比例因子、字节长度等）在观测要素编码表中定义说明。 数据对的个数与3.1.2中的（7）观测要素变量数一致。观测要素名 按字母先后顺序输出。（2）观测数据质量控制，由一系列质量控制码组成，字符数量与观测要素变量数一致，一个字符代表一个数据的质量控制码， 按顺 序与观测数据中的数据对对

14、应。质量控制码定义与气象行业标准（QX/T118-2010）中地面气象观测资料质量控制一致，如表 5所示。表5质量控制码表质控码含义0正确1可疑2错误3订正数据4修改数据5预留6预留7不观测8缺测9未做质量控制说明:1）若有数据质量控制判断为错误时，在设备终端数据输出时，其值仍给出，相应质量控制标识为“ 2”，但错误的数据不能参加后续 相关计算或统计。2）对于瞬时气象值，若属采集器或通信原因引起数据缺测，在设备终端数据输出时直接给出缺测，相应质量控制标识为“8”。3）当台站业务软件将设备置为维护停用状态时，自动上传维护 日志，同时上传数据时对应要素置为缺测。（3）状态数据，由一系列设备状态要素数据对组成，数据对中状态要素变量名与状态值对应。设备状态变量名在设备状态编码表中定义说明，第一个状态变量名必须为设备自检状态， 其他状态变 量输出顺序不做明确要求。状态值采用一个数字编码表示， 状态值含 义如表6所示。表6设备状态码表状态码状态描述0“正常”，设备状态节点检测且判断正常1“异常”，设备状态节点能工作，但检测值判断超出正常范围2“故障”，设备状态节点处于故障状态3“偏高”，设备状态节点检测值超出正常范围4“偏低”，设备状态节点检测值低于正常范围