【正文】 ss 為 2 的倍數濕度hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數氣壓hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數1s草溫hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數地表溫度hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數紅外地表溫度hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數輻射輻照度hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數輻射傳感器腔體溫度hh:mm:ss 000，且 ss 為 2 的倍數土壤水分hh:mm:ss 000，且 ss 為 10 的倍數3s通風速度hh:mm:00 000 1s日照hh:mm:00 000 1s降水量（翻斗或容柵式）hh:mm:00 000 – 1min1min降水量（稱重降水，頻率值）hh:mm:00 000 – 1min1min蒸發(fā)量（水位值）hh:mm:00 000 – 1min1min地下水位hh:mm:00 000 1s 算法的常用計算公式和適用場合 算術平均法a) 計算公式 （1）式中：——觀測時段內氣象變量的平均值；——觀測時段內第 個氣象變量的采樣瞬時值（樣本），其中，“錯誤”、“可疑”等非“正確”的樣本應丟棄而不用于計算，即令；N——觀測時段內的樣本總數，由“采樣頻率”和“平均值時間區(qū)間”決定；——觀測時段內“正確”的樣本數（）。b) 用1min內的采樣值計算均方差σ，凡樣本值與平均值的差的絕對值大于3σ的樣本值予以剔除，對剩余的樣本值計算平均作為瞬時值。b) 如果Dij有2個在允許范圍之內，取T1，T2，T3的中間值作為結果。 稱重式降水量 1min累計值1 min內的降水量累計值，可根據選用的傳感器的特性選擇合適的算法。b) 用1min內的采樣值計算均方差σ，凡樣本值與平均值的差的絕對值大于3σ的樣本值予以剔除，對剩余的樣本值計算平均作為瞬時值。要求計算：正點時的1min平均值、1h平均值。 （5）式中：——土壤重量含水率，單位是百分率（％）；——土壤體積含水量，單位是百分率（％）；——土壤水分密度，單位是克每立方厘米（g/cm3）；——干土壤體積密度，單位是克每立方厘米（g/cm3）。 通風防輻射罩通風速度 1min平均值根據1min內轉速，轉化為平均通風速度。） 10min平均值以1min為時間步長，對每分鐘的1min平均值求每分鐘的10min滑動平均。c) 如果僅有1個Dij在允許范圍之內，取形成該Dij的兩支溫度值的平均值作為結果，最高、最低值計算方法：先計算形成該Dij的兩支溫度傳感器的每分鐘平均值，再從每分鐘平均值序列中挑取。、或、加180176。小時內極值及出現時間（記終止時間）最小能見度取小時內最小10min平均能見度土壤水分（體積含水率）6次/min每分鐘、小時算術平均云高云量地下水位6次/min每分鐘水位的算術平均積雪深度10次/min每分鐘算術平均雪壓天氣現象1次/min浮標方位1次/s海溫30次/min每分鐘算術平均小時內極值及出現時間表層海水鹽度30次/min表層海水電導率30次/min波高30次/min小時內極值及出現時間波周期30次/min波向1次/s表層海洋面流速1次/s潮高6次/min小時內極值海水濁度30次/min海水葉綠素濃度30次/min 采樣時序在實時多任務操作系統的支持下，分別設置主、分采集器各傳感器的采樣任務，各任務在規(guī)定的時間內進行采樣。5%（日累計）蒸發(fā)量0～100mm177。℃深層地溫30℃～40℃℃177。5%（＞80%）露點溫度60℃～50℃℃177。 嵌入式軟件在線升級在不更改任何硬件設備的前提下，可以通過本地終端對主采集器嵌入式軟件進行版本升級。如果某個值不能通過內部一致性檢驗，應標識為“不一致”。360176。注：對于瞬時氣象值，若屬采集器或通信原因引起數據缺測，在終端命令數據輸出時直接給出缺失，相應質量控制標識為“8”；若有數據，質量控制判斷為錯誤時，在終端命令數據輸出時，其值仍給出，相應質量控制標識為“2”，但錯誤的數據不能參加后續(xù)相關計算或統計。通過微機終端實現遠程通信傳輸的功能在業(yè)務軟件中實現。正點數據存儲的具體內容由表6—表12給出。 業(yè)務軟件業(yè)務軟件是安裝在自動氣象站微機中的應用軟件，其主要功能：a) 實現對主采集器參數設置、數據采集、各種報警和自動氣象站運行監(jiān)控；b) 實現自動氣象站數據的實時上傳；c) 從采集器或外存儲器讀取數據或數據文件形成規(guī)定的采集數據文件；d) 實現對采集數據文件內容的查詢、檢索；e) 實現數據質量控制；f) 生成基本分析加工產品；g) 完成地面氣象觀測業(yè)務。 傳感器自動氣象站使用的傳感器，根據輸出信號的特點，可分三類：a) 模擬傳感器：輸出模擬量信號的傳感器；b) 數字傳感器：輸出數字量（含脈沖和頻率）信號的傳感器；c) 智能傳感器：一種帶有嵌入式處理器的傳感器，具有基本的數據采集和處理功能，可以輸出并行或串行數據信號。表3　 各分采集器的基本配置要求分采集器至少可掛接傳感器接口數（個）測量通道（個）CAN總線RS232模擬量并行數字量頻率計數量計數量氣候觀測氣溫（3支）、通風防輻射罩（3組）、稱重式降水量、大翻斗式雨量、風速（）、地表溫度（紅外）115（其中2個差分電壓）71輻射觀測總輻射、直接輻射、反射輻射、散射輻射、紫外輻射A、紫外輻射B、大氣長波輻射（含腔件溫度）、光合有效輻射、地球長波輻射（含腔件溫度）、日照1112（其中10個差分電壓）地溫觀測地表溫度（鉑電阻）、草面溫度、土壤溫度（5cm、10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm）1112（差分）土壤水分觀測5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等層次1112（差分電壓）海洋氣象觀測表層海水溫度、海鹽、海表波高、海表流速流向、水質、浮標方向11智能傳感器觀測溫濕度、地下水位、積雪、電線積冰、閃電頻率11分采集器應具備監(jiān)測電路，包括：l 主板溫度測量；l 主板電源測量。圖2 自動氣象站主采集器結構主采集器嵌入式處理器的選取還應滿足下列要求：a) 綜合考慮速度、功耗、環(huán)境要求，能支持嵌入式實時操作系統的運行并具有內置的 Watchdog 功能，采用當前市場主流ARM9系列的32位處理器；b) 選擇 16 位以上的 A/D 轉換電路，以滿足傳感器的測量要求；c) 實時時鐘電路能保證誤差 15s/月的要求；d) 程序存儲器為非易失性的，容量滿足嵌入式軟件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 數據存儲器為非易失性的，容量滿足數據存儲的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM滿足嵌入式軟件的運行要求，并且有 30% 的余量。 編寫依據現代氣象業(yè)務對綜合氣象觀測提出了更高的要求，目前現有自動氣象站在觀測能力上存在著嚴重不足，同時技術落后，功能規(guī)格不統一，致使型號繁多。新型自動氣象（氣候）站應該做到高精度、高穩(wěn)定、易維護、低功耗、易擴展和實時遠程監(jiān)控，按照“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設備”的結構設計，對主/分采集器、總線結構、傳感器、外圍設備、軟件、現場標校設備的各個部分，從功能、結構、通信協議、數據采集、數據存儲、數據質量控制、數據傳輸、電氣接口標準、生產工藝全面進行規(guī)定。 采集器 主采集器主采集器是自動氣象站的核心，由硬件和嵌入式軟件組成。圖3 自動氣象站分采集器結構按照氣象要素性質的不同，分采集器劃分為：a) 基本觀測氣象要素采集器（各傳感器直接掛接在主采集器）；b) 氣候觀測分采集器；c) 輻射觀測分采集器；d) 地溫觀測分采集器；e) 土壤水分觀測分采集器；f) 云（云高、云量）、天氣現象、積雪、水位等智能化傳感器；g) 海洋氣象觀測分采集器；h) 溫濕度智能傳感器等。 總線主采集器和分采集器或部分智能傳感器之間采用CAN總線方式實現雙工通信。在主采集器中，嵌入式軟件建立在實時多任務操作系統的基礎上，主要功能是：a) 實現CANopen主站協議，包括 NMT 管理、心跳消息檢測、同步信號發(fā)送、PDO 發(fā)送和接收、SDO 服務、TimeStamp 發(fā)送；b) 主采集器要在內部存儲器和外部存儲卡上實現 FAT 文件系統，存儲數據文件、參數文件、配置文件、日志文件等；c) 主采集器應具備 GPS 自動對時功能，保證時間誤差不大于1s，GPS對時功能失效時應提供報警功能；d) 應實現基本的數據采集、數據處理、數據存儲和數據傳輸功能；e) 建立Web控制臺（Web Console），實現遠程參數的設置、數據監(jiān)視、數據文件下載、主采集器復位等功能。采樣瞬時值存儲與相應要素的采樣頻率有關。在規(guī)定的傳送距離之內，信號傳送質量不應因改變線纜的長度而降低。4“校驗過的”：原始數據標記為存疑、錯誤或不一致，后來利用其它檢查程序確認為正確的。 瞬時氣象值的質量控制 “正確”數據的基本條件一個“正確”的瞬時氣象值，不能超出規(guī)定的界限，相鄰兩個值的變化速率應在允許范圍內，在一個持續(xù)的測量期（1小時）內應該有一個最小的變化速率。c) 標準偏差的計算本部分待試驗驗證后再補充。 GPS對時功能主采集器應具備GPS自動對時功能， GPS對時功能失效時應提供報警功能?！妫ㄌ鞖庥^測）℃（氣候觀測）177。℃50～80℃：177。mol m2 s1177。3%波周期波向1176。海上浮標、船泊的風向采樣瞬時值應作浮標、船泊方位的修正，用修正后值作為風矢量的幅角。第三步：計算結果。 1min平均值以1秒鐘為時間步長，取每整秒的瞬時值，對1min內的“正確”的瞬時值計算平均值，應有大于 75％（3/4）的瞬時值可用于計算1min平均值，若不符合這一質量控制規(guī)程，則當前1min平均值標識為“缺失”。通用的算法為：以小時內前后1min的平均水位差計算得到。 大氣渾濁度按《地面氣象觀測規(guī)范》第 13 章公式 、 計算。 有效土壤水分貯存量由土壤體積含水量導出。 水汽壓按《地面氣象觀測規(guī)范》“附錄 2 ”中的公式計算。 蒸發(fā)量蒸發(fā)量的計算應考慮降水量和溢出量的影響。當只有2個Fi≥Fci時：a) 如果2個風扇正常工作的傳感器Dij在允許范圍之內，取形成該Dij傳感器的平均值作為結果。通風輻射罩的通風要求：風扇的標稱通風轉速FNi，風扇的臨界通風轉速Fci（判別風速是否合乎要求的閾值），Fi為實際工作通風轉速。b) 適用場合3s平均風速、10min平均風速、10min平均能見度等氣象變量平均值的計算。20%（＞1500m）云量云高607500m1m177。5%（日累計）反射輻射5 W/m2177。（≤10mm）177。7輻［射］照度E瓦［特］每平方米W/m28輻照量，曝輻量又稱曝輻［射］照度H焦［耳］每平方米J/m2氣象業(yè)務上的記錄單位是 MJ/m2。本規(guī)格書中只對終端操作命令的內容進行說明，有關操作命令的格式詳見附錄2。若大于表 14中的“錯誤的變化速率”，則標識為“錯誤”。每次采樣后，將當前采樣瞬時值與前一個采樣瞬時值做比較。標識的規(guī)定見表13。 數據傳輸 本地傳輸自動氣象站應有數據傳輸（數據傳送、數據通信）的功能。主采集器和各分采集器通信協議的規(guī)定見附錄1。應配置以太網接口（RJ 45），以備接入本地局域網，可用于現場診斷維護或者是接入局域網提供WEB服務控制臺。溫濕分采負責氣溫和濕度（百葉箱）的測量，在工作狀態(tài)對掛接的傳感器按預定的采樣頻率進行掃描，收到主采集器發(fā)送的同步信號后，將獲得的采樣數據通過總線發(fā)送給主采集器。在線編程接口應包括：RS 232或RJ 45。自動氣象站的核心是基于CAN（Controller Area Network，控制器區(qū)域網）總線技術和國際標準CANopen協議進行設計，涉及物理層、數據鏈路層和應用層的標準定義。. . . .新型自動氣象（氣候）站功能需求書（修訂版）2012年8月目 錄1 前言 1 目標 1 編寫原則 1 編寫依據 12 組成結構 2 概述 2 采集器 3 總線 8 傳感器 8 外圍設備 9 軟件 93 總線物理接口及應用層協議 10 物理接口 10 連接器 11 應用層協議 114 功能要求 12 軟件初始化 12 數據采集 12 數據處理 12 數據存儲 13 數據傳輸