冻土自动观测仪功能规格需求书

1、冻土自动观测仪功能规格需求书中国气象局综合观测司2018 年 12 月目录1 前言31.1 目的31.2 适用范围31.3 制定依据32 组成结构要求42.1概述42.2 硬件结构42.2.1 传感器42.2.2 数据采集器52.2.3 系统电源62.2.4 通信接口62.2.5 外围设备62.3软件结构63 功能要求63.1观测要素73.2初始化和参数设置73.3运行状态信息73.4数据采集和处理73.5数据质量控制73.6数据存储83.7数据传输83.8软件升级83.9终端操作命令83.10 时钟同步84 技术指标84.1测量性能指标84.2环境适应性指标94.2.1 气候条件94.2.2

2、 机械条件94.2.3 生物条件94.2.4 化学条件104.2.5 电磁兼容性104.3可靠性指标104.4可维护性指标114.5功耗要求114.6设备寿命115 安装与场地要求116 结构和外观要求126.1 机械结构要求126.2 机械强度要求136.3 材料与涂覆要求136.4 外观要求137 供电要求137.1 主电源供电要求137.2 备选电源供电要求138 安全要求138.1 电气安全要求148.2 防雷要求14附录冻土自动观测仪采集算法流程.15附录 B 要素编码与数据格式16B.1 冻土自动观测要素及其编码16B.2 设备状态要素编码16B.3 数据帧格式18附录 C 通信命

3、令251 前言1.1 目的冻土是指含有水分的土壤因温度下降到 0或以下而呈冻结的状态。冻土观测是中国气象局统一布局观测项目，观测内容包括土壤冻结层次和冻结深度，观测方式主要采用人工器测，使用 TB1-1 型冻土器（又叫达尼林冻土器），人工每天定时将深达 0.5 4.5 米的注水软胶管提到地面之上，用手摸测软管中水的冻结情况判断冻土层次和深度。该观测方式较为原始，劳动强度大，且内管提取、摸测过程中易产生断折，加上受观测人员的主观感知程度影响，冻土观测结果存在人为误差。同时，随着冻土观测数据在气候监测、农业生产、建筑规划与设计、环境监测等领域需求的日益增多，传统观测仪器和方式方法已经不能满足当前预

4、报和服务需求，亟待研制具有观测精度高、性能稳定、维护方便等特点的冻土自动观测仪。为此，本功能规格需求书按照统一标准、 统一功能、统一结构的设计思路，明确了冻土自动观测仪性能要求，规范了冻土自动观测数据格式。1.2 适用范围本功能规格需求书规定了冻土自动观测仪的结构、功能、性能、环境适应性和业务运行等方面的要求，为设备研发、加工生产等提供依据。本功能规格需求书不适用于利用地温等要素综合判识冻土深度的方法。1.3 制定依据本功能规格需求书依据或参考下列文件资料编写：1 地面气象观测规范，中国气象局， 2003 年。2 气象观测专用技术装备功能规格需求书编写指南（试行） ，中国气象局综合观测司， 2

5、015 年。3 GB/T 33695-2017 地面气象要素编码与数据格式 ，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会，2017 年。2 组成结构要求2.1概述冻土自动观测仪是根据含有水分土壤的冻融特性，通过测量水的相态（频域反射、温度反演），采用阈值判断方法测量土壤冻结深度的仪器。目前冻土自动观测主要采用电阻法、电容法和测温法等。冻土自动观测仪由软件和硬件两部分组成。软件为嵌入式软件，硬件主要由传感器、数据采集器、供电单元和外围设备等组成，可接入综合集成硬件控制器，其硬件结构示意图如图2.1 。传感器模拟/数字RS232/RS485调试终端通道端口第 1层数第 2层据第

6、 3层采供电单元第 4层集第 5层扩器.展端RS232/RS485无线通信模块 /综合口第 n层面端口集成硬件控制器图 2.1冻土自动观测仪硬件结构示意图2.2硬件结构2.2.1 传感器2.2.1.1冻阻式冻土传感器冻阻式冻土传感器利用水的相态发生改变时体积、电阻等介电常数物理特性随之变化的原理，通过非纯净水做感应质，测量相关物理量得到冻结层次和上下限深度。2.2.1.2电容式冻土传感器电容式冻土传感器利用土壤中水与冰发生相变时介电常数随之改变的特性，通过 LC 振荡电路频率响应变化， 结合频率变化规律和土壤温度建立土壤冻融状态判别模型，获得冻结层次和上下限深度。2.2.1.3测温式冻土传感器

7、测温式冻土传感器根据水凝结成冰或冰融化成水的温度变化特性，结合冻点确定算法，获得冻结层次和上下限深度。2.2.2 数据采集器数据采集器的硬件部分由嵌入式处理器、数据存储器、时钟电路、通信接口和指示灯电路等多种电路模块组成。数据采集器的主要功能是获取传感器采样数据，对采样数据进行计算处理、质量控制、数据存储、通信传输，与终端计算机进行交互。数据采集器硬件设计时必须满足以下要求：（1）电源：应采用高精度、高稳定性电源模块，满足采集器供电要求，外接电源供电电压为 DC（ 9 15）V。（2）时钟：自带高精度实时时钟，时钟误差 15 秒 / 月，接受终端软件校时，校时误差小于 1 秒。（3）存储：程序

8、存储器容量满足嵌入式软件需求。数据存储器至少能存储10 天的分钟数据、 1 个月的正点数据，并留有30%以上的存储空间。（4）通信接口：具有RS232/RS485通信接口。（5）监控电路：硬件看门狗，主板温度监测，电池电压监测，通信状态监测。（6）指示灯：用于供电、运行、通信等状态指示。2.2.3 系统电源采用市电、太阳能等供电方式。市电供电时，系统电源由电源转换及控制模块、蓄电池组成；太阳能供电时，系统电源由太阳能电池板、电源控制器、蓄电池组成。在没有外部供电条件下，蓄电池须保证冻土自动观测仪连续运行7 天以上。2.2.4 通信接口通信方式包括有线通信和无线通信。（1）有线通信：通过采集器

9、RS-232或 RS-485等通信接口接入综合集成硬件控制器或终端计算机，实现与上位机的数据通信。（2）无线通信：通过采集器 RS-232或 RS-485等通信接口与无线通信模块连接，实现与中心站的数据通信。2.2.5 外围设备外围设备包括立杆、支架、机箱等安装结构件。立杆和支架主要用于安装机箱、太阳能板等。机箱应符合电气安全标准，具有良好的密封性并兼顾散热。防护等级要求达到 IP65 ，具有安全防盗、防辐射等性能。2.3软件结构软件主要包括数据采集、数据处理、数据存储和数据传输等功能模块。数据采集模块须按规定的采样频率进行采集；数据处理模块负责完成采样算法、数据计算处理和数据质量控制；数据存

10、储模块主要完成数据的存储与管理；数据传输模块实现与终端计算机的通信，并具有数据补传功能。3 功能要求3.1观测要素冻土观测要素包括冻结层次及上下限深度。3.2初始化和参数设置（1） 采集器自检，包括检测传感器接口和存储器，做好数据采集和通信连接准备。（2） 参数设置，可通过终端软件对冻土自动观测仪进行设置。3.3运行状态信息冻土自动观测仪具备输出设备运行状态信息的功能，主要包括设备工作状态、电源状态和通信状态等。3.4数据采集和处理数据采集间隔 1 次/min ，算法详见附录A。将采样信号按规定的算法处理成符合格式要求的冻土观测数据，数据格式详见附录 B。3.5数据质量控制软件应具备质量控制功

11、能，实现极限范围检查和变化速率检查。（1）极限范围检查验证每个瞬时气象值应在传感器的正常测量范围内。未超出的，标识“正确” ；超出的，标识“错误” 。（2）变化速率检查当前瞬时气象值与前一瞬时气象值的差若大于“存疑的变化速率”，则当前瞬时气象值不能通过检查，标识为“存疑”。若大于“错误的变化速率” ，则当前瞬时气象值标识为“错误” 。3.6数据存储采集器至少能够存储10 天的分钟观测数据、状态信息以及1 个月的正点观测数据，并留有30%以上的存储空间。数据存储须采用循环式存储器结构，即允许最新的数据覆盖旧数据。采集器数据存储器应具备掉电保存功能。3.7数据传输支持主动传输和被动传输两种传输模式

12、。（1）被动传输模式：设备每分钟完成数据采集处理，等待数据读取命令(READDATA)，向上位机发送距当前时刻最近的数据。（2）主动传输模式：根据预设的程序与上位机进行数据传输。3.8软件升级通过终端软件对采集器发出升级指令，完成软件升级。3.9终端操作命令终端操作命令为采集器和终端计算机、中心站软件之间通信的命令，能实现对采集器各项参数的设置、读取以及观测数据的读取。终端操作命令格式详见附录C。3.10 时钟同步通过终端软件发送命令，对冻土自动观测仪统一校时。4 技术指标4.1测量性能指标测量深度： 0cm 450cm，根据当地可能出现的最大冻土深度，采用规格适宜的传感器。可采用分段观测的方

13、式，便于安装、维护。分辨力： 1cm。最大允许误差：± 2cm。4.2环境适应性指标4.2.1气候条件在下列气候条件下，观测仪应能正常工作：空气温度： 50 60。相对湿度： 5%100%。降水强度： 6mm/min。抗风能力： 75m/s。4.2.2机械条件（1）在非工作包装状态下，应能通过如下等级的正弦振动试验：正弦稳态振动：位移1.5mm加速度5m/s 2频率 2 9Hz、9200Hz（2）在非工作包装状态下，应能通过如下等级的冲击试验：脉冲波形：半正弦波峰值加速度： 50m/s2脉冲持续时间： 30ms冲击次数： 3个互相垂直的每一方向连续施加3次冲击，共 18次。4.2.3

14、生物条件应采取适当的防霉菌措施。 除非使用在特殊的环境条件或使用方有要求时，否则不必通过长霉试验来鉴定其抗霉菌能力。应采取适当措施防止动物损坏，如鼠咬、蚁噬等。4.2.4化学条件正常大气条件下，应在材料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗化学活性物质危害的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀而引起产品的失效。盐雾试验时间应不少于 48小时，其他试验条件符合国家有关标准和行业标准的要求。4.2.5电磁兼容性冻土自动观测仪各端口的电磁抗扰度应满足表4.1 的要求。表 4.1端口电磁抗扰度要求试验条件内容交流电源端口直流电源端口控制和信号端口1.2/50 S( 电压 )8/20 S( 电流

15、)线对地：± 2kV线对地：± 1kV线对地：± 1kV浪涌冲击抗扰度电快速瞬变脉冲群抗扰度± 2kV 5kHz± 1kV 5kHz± 1kV 5kHz0.15 80MHz0.15 80MHz0.15 80MHz射频电磁场辐射抗扰度3V/m3V/m3V/m80% AMk（ 1kHz）80% AMk（1kHz）80% AMk（1kHz）静电放电抗扰度接触放电：± 4kV接触放电：± 4kV接触放电：± 4kV空气放电：± 8kV空气放电：± 8kV空气放电：± 8kV4.3可靠

16、性指标应进行可靠性设计、试验和验证工作。平均无故障工作时间（ MTBF）大于 8000h。4.4可维护性指标（1）整个系统易于扩展和维修。（2）各部件的结构设计应充分考虑维修方便性、快捷性和不易误操作性。（3）接线标志清晰不易混淆， 应采取充分的措施保证即使非专业人员操作也不易产生误操作。（4）平均维修时间（ MTTR）要求： 40min。4.5功耗要求应尽量降低整体功耗，采集器功耗2W。4.6设备寿命在规定的使用环境和正常维护的条件下，冻土自动观测仪使用寿命应不小于 8年。5 安装与场地要求冻土自动观测仪0cm测量单元与外套管0 线刻度要平齐，并与地表在同一水平面上，其他安装要求和方法均同深

17、层地温传感器。根据当地可能出现的最大冻土深度，可采取集成式或分段式方法安装。场地环境及集成式安装方法需符合相关规定。为便于安装与维护，超过150cm冻结层的地区可采取分段式方法安装，安装示意图如图 6.1 。400cmmmc0c320cm 地温160cm 地温80cm 地温40cm 地温0035300-450cm150-300cm0-150cm150-300cm0-150cm冻土传感器冻土传感器冻土传感器125cm50cm50cm50cm125cm图 6.1 冻土自动观测仪分段式安装布局示意图观测深层地温的台站，冻土自动观测仪安装在320cm地温外套管南侧，间距 50cm，南北成列、东西成行、

18、自西向东、由深到浅。不观测深层地温的台站，安装在深层地温观测场， 南北成列、东西成行、自西向东，由深到浅，间距 50cm，距离电缆沟 50cm以上。6 结构和外观要求6.1机械结构要求（1）结构应便于装配、调试、检验、包装、运输、安装及维护等。（2）各零部件应安装正确、牢固，无机械变形、断裂、弯曲等，操作部分不应有迟滞、卡死、松脱等。（3）安装支架结构坚固、造型美观，便于传感器安装和维护，传感器安装后无晃动，能满足冻土自动观测仪观测需求。6.2机械强度要求冻土观测仪的各部件应有足够的机械强度和防腐蚀能力，确保在产品寿命期内，不因外界环境的影响和材料本身原因导致机械强度下降而引起危险。6.3材料

19、与涂覆要求（1）材料要求应选用耐老化、抗腐蚀、具有良好的电气绝缘性能的材料，禁止使用不符合国家有关标准或行业标准的劣质材料。（2）涂覆要求各零部件表面应有涂、敷、镀等工艺措施，以保证其耐潮、防霉、防盐雾。6.4外观要求冻土自动观测仪外观应整洁，无损伤和形变，表面涂层无气泡、开裂、脱落等现象。铭牌、标识和标志应字迹清晰、完整、醒目。7 供电要求7.1主电源供电要求（1）交流供电 AC220V（ 10% 15）。（2）直流 12V。（3）后备蓄电池，可保证冻土自动观测仪在无交流电源下7 天正常工作。7.2备选电源供电要求当安装地点没有交流电源或电源不理想时，可选择太阳能、风力等其他方式供电。8 安

20、全要求8.1 电气安全要求标记符合 GB 4793.1-2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求关于“设备用图形符号”的要求：（1）交流电源接入端口设“当心电击危险”安全标记。（2）低压直流电源接入端口以红色“”和黑色“”标出极性，并标明额定电压值。（3）电源开关标明电源“通” 、“断”位置。（4）标明电源熔断器额定电流值。8.2 防雷要求冻土自动观测仪应具备防直接雷击和雷击电磁脉冲的措施，防雷安全要求和设计应符合行业标准QX4-2015 气象台（站）防雷技术规范和QX3-2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范的要求。附录冻土自动观测仪采集算法流程开始设备自检是是否有故障否否时间是否

21、到达采集时次是发送采集指令否等待采集结束是计算冻土深度瞬时数据质控形成分钟和小时数据写入数据文件附录 B 要素编码与数据格式B.1 冻土自动观测要素及其编码观测要素名称定义准确，对应的变量名唯一、明确。观测要素变量名的编码结构层次清楚，可扩展性强。观测要素名称对应的变量值是将原值乘以10的 n 次幂（ n 为比例因子，取值大于等于 0）变为整数并以 ASCII 字符显示的数字字符串。每个观测要素值单独固定字节长度，高位不足补 0。观测要素编码表中明确各观测要素的单位、比例因子、输出字节长度，个别观测要素给以备注，以便数据使用方更好地理解观测数据含义。表 1冻土自动观测仪要素及其编码观测要素观测

22、要素名称单位比例因子 (n)字节长度备注编码ARHa冻土第一层上限cm03整数输出ARHc冻土第一层下限cm03整数输出ARIa冻土第二层上限cm03整数输出ARIc冻土第二层下限cm03整数输出ARJa冻土第三层上限cm03整数输出ARJc冻土第三层下限cm03整数输出ARKa冻土第四层上限cm03整数输出ARKc冻土第四层下限cm03整数输出ARLa冻土第五层上限cm03整数输出ARLc冻土第五层下限cm03整数输出ARMa冻土第六层上限cm03整数输出ARMc冻土第六层下限cm03整数输出ARNa冻土第七层上限cm03整数输出ARNc冻土第七层下限cm03整数输出AROa冻土第八层上限c

23、m03整数输出AROc冻土第八层下限cm03整数输出B.2 设备状态要素编码B.2.1设备自检状态字节变量名编码设备状态要素名称 单位 取值范围长度z设备自检状态代码表10 或 1B.2.2传感器工作状态变量名编码设备状态要素名称单位字节取值范围长度y_ARB冻土传感器的工作状态代码表10、1或2B.2.3电源状态变量名编码设备状态要素名称单位字节取值范围长度xA外接电源（独立设备或采集代码表16、7或8器不需要后缀）xB设备 / 采集器主板电压状态代码表10、3或4xD蓄电池电压状态代码表10、3、4 或 5B.2.4工作温度类状态变量名编码设备状态要素名称单位字节取值范围长度wA设备 /

24、采集器主板环境温度代码表10、3或4状态B.2.5加热部件工作状态变量名编码设备状态要素名称单位字节取值范围长度vA设备加热代码表10、2、3 或 4B.2.6通信工作状态变量名编码设备状态要素名称单位字节取值范围长度设备（采集器）到综合集成tA硬件控制器或终端计算机的代码表10、1或2通信状态tCRS232/485/422 状态代码表10、1或2注：（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。B.3 数据帧格式B.3.1帧格式0 段：起始标识1 段：数据

25、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，不定长。（2）数据帧传输采用 ASCII 字符（ 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、 0-9 数字字符以及下划线字符“ _”）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。B.3.2帧格式说明B.3.2.10 段起始标识，固定

26、长度，2 个字母，以“ BG”表示。B.3.2.21 段数据包头，固定长度，包含8 个字段，每个字段亦固定长度。B.3.2.2.1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另行更新。B.3.2.2.2服务类型（2 位数字），以 00 代表基准站， 01 代表基本站， 02 代表一般站， 03 代表区域气象站， 04 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 辐射气象站， 13 便携站， 14 自动气候站 . 。注：根据业务需要，地面气象数据对象字典

27、 规定的服务类型需做调整时，冻土自动观测仪中的服务类型同步调整。B.3.2.2.3设备标识位（ 4 位字母），冻土自动观测仪设备标识符为YSFS。B.3.2.2.4设备 ID（3 位数字），用于区分同一个区站号台站中同类设备， 从 000 开始顺序编号，如某站有两个冻土自动观测仪，则 ID 顺序标号为 000、 001。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。B.3.2.2.5观测时间（14 位数字），采用北京时。格式年月日时分秒（YYYYMMDDHHmmSS），如 20180206132500。B.3.2.2.6帧标识（

28、 3 位数字），用于区分数据类型和观测时间间隔，由DT两部分组成。其中：D 为 1 位数字，用于区分数据类型： 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， 01 59 依次代表 159 分钟间隔， 6083 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。B.3.2.2.7观测要素变量数（ 3 位数字），取值 000999，表示观测要素数量。说明：（1）观测要素变量数为实际观测到的要素数。若设备的观测要素是不连续的，则不输出未探测到的观测要素。当设备故障未探测到任何观测要素时，该类

29、设备输出观测要素变量数为0，并在状态信息中输出故障信息。（2）设备或传感器故障时，对应的观测要素输出缺测，对应要素值用“ / ”字符填充。B.3.2.2.8设备状态变量数（ 2 位数字），取值 01 99，表示状态变量数量。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。B.3.2.32 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。B.3.2.3.1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

30、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B.3.2.2.7观测要素变量数一致。观测要素名按字母先后顺序输出。B.3.2.3.2质量控制，由一系列质量控制码组成，字符数量与B.3.2.2.7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，与 B.3.2.3.1 观测数据中的数据对一一对应。质量控制码定义与气象行业标准（ QX/T 118-2010）中地面气象观测资料质量控制一致，如表 2 所示。表 2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预留8缺测9未做质量控制说明：（1）若有数据质量控制判断

31、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”，但错误的数据不参加后续相关计算或统计。（2）对于瞬时气象值， 若为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）当终端计算机业务软件将设备置为维护或停用状态时，自动上传维护日志，同时将上传数据文件对应要素置为缺测。冻土自动观测仪设备端质量控制对象为气象要素的瞬时值，质控方法主要包括以下 2 个方面。（1）对瞬时值极限范围检查， 检查瞬时值是否在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）对瞬时值变化速率检查， 当前的瞬时值与前一个瞬时值作比

32、较。 如果差值大于给定的界限，则当前瞬时值被标记为不可信，不能用于进一步计算，但仍用于检查瞬时值变化速率检查。表 3 “正确”的瞬时值的判断条件序号气象变量上限下限存疑的变化速率错误的变化速率1冻土0cm450cm根据本地气候变化特点确定阈值B.3.2.3.3状态数据，由一系列设备状态要素数据对组成，状态要素变量名与状态值一一对应。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。状态值采用一个字符编码表示，状态值含义如表 4 所示。表 4 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

33、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高于正常范围4 “偏低”， 设备状态节点检测值低于正常范围5 “停止”， 设备节点工作处于停止状态6 “轻微”或“交流” ，设备污染判断为轻微；或设备供电为交流方式7 “一般”或“直流” ，设备污染判断为一般；或设备供电为直流方式8 “重度” 或“未接外部电源” ，设备污染判断为重度；或设备供电未接外部电源说明：（1）设备所有状态均不输出具体的数值，而是输出状态码， 以更直观地指导维护保障工作。（2）本表只给出设备状态码的简单含义描述，设备需根据每个状态检测数值制定状态判断依据，输出与状

34、态符合的状态码。（3）如果观测要素非设备观测数据而是运算量，则不用输出状态要素。 上位机软件在质控的时候，通过设备配置文件对设备状态进行质控。B.3.2.43 段校验码定长， 4 位数字。采用校验和方式，从“ BG”开始一直到校验段前，包括分隔符“ , ”号在内以 ASCII 码全部累加。累加值以 10 进制编码，高位在前，若高位溢出，则取低四位。B.3.2.54 段结束标识固定长度， 2 个字母，以“ ED”表示。B.3.3帧格式示例表 5完整数据帧格式起始标识数据包头设备 ID区站号服务类型设备标识位BG5 位字符2 位数字4 位字母3 位数字数据包头观测时间帧标识观测要素变量数设备状态变

35、量数14 位数字3 位数字3 位数字2 位数字数据主体观测数据和质量控制状态信息观测要观测要观测要观测要状态状态状态状态素变量素变量素变量素变量质量控制位变量变量变量变量名 1值 1名 m值 m名 1值 1名 n值 n校验码结束标识4 位数字ED冻土自动观测仪输出数据示例如下：表 6 冻土自动观测仪输出数据示例完整数据BG,12345,00,YSFS,000,20180206080000,001,002,01,ARHa,110,ARHc,120,00,z,0,3973,ED起始标识BG数据包头12345,00,YSFS,000, 20180206080000,001,002,01数据主体ARH

36、a,110, ARHc,120,00,z,0校验码3973结束标识ED区站号为 12345 的基准站、设备编号为000 的冻土自动观测仪在北京时间2018 年 2 月 6 日 08 时 00 分观测的实时分钟数据， 输出 2 个观测要素及对应的质量控制码和 1 个状态要素。附录 C 通信命令C.1 终端命令的分类终端操作命令为设备和终端计算机之间进行通讯的命令，以实现对设备各种参数的传递和设置，从设备读取各种数据、设置读取各类参数，并对设备进行校时。C.2 格式一般说明（1）各种终端命令由命令符和相应参数组成，命令符由若干英文字母组成，参数可以没有，或由一个或多个组成，命令符与参数、参数与参数

37、之间用 1 个半角逗号分隔。（2）键入终端命令后，应键入回车/ 换行键，本格式用“”表示。（3）返回值的结束符均为回车/ 换行，本格式中返回值用“<>”给出。（4）命令非法时，返回出错提示信息“BADCOMMAND”。（5）若无特殊说明， 本部分中使用 YYYY-MM-DD,HH:mm:SS表示日期、时间格式。C.3 握手机制C.3.1数据传输握手机制每台设备须自带时钟和存储器。数据传输握手机制同时具备主动发送和被动读取两种方式，默认为被动读取方式。被动读取的方法为 : 由终端计算机发送读取数据命令(READDATA)，读取存储器中距当前时刻最近的数据，如果最近时刻数据与当前时刻时

38、间差超过一帧则返回错误信息；主动发送的方法为：由设备端按照帧标识类型主动向终端计算机发送数据。无论采用哪种方式，数据必须遵循“BG,ED”标准数据格式要求。C.3.2时间校正握手机制上位机可通过定时发送DATETIME对设备修改日期和时间， 也可分别发送日期（ DATE）和时间（ TIME）命令设置设备日期、时间。注：上位机通过网络授时服务器校时，业务软件利用上位机时间对设备授时；设备具有掉电时钟保护功能。C.3.3设备响应命令时间接收到终端命令后，设备端应及时响应，响应时间不应超过3 秒。若超过3 秒，上位机将视为超时错误。C.4 监控操作命令C.4.1设置或读取设备的通讯参数（SETCOM

39、）命令符： SETCOM参数：波特率数据位奇偶校验停止位默认值波特率为9600bps，数据位为 8，奇偶校验为无，停止位为1。示例：（1）若设备的波特率为9600 bps，数据位为 8，奇偶校验为无，停止位为1，若对设备进行设置，键入命令为：SETCOM,9600,8,N,1返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若读取设备块通讯参数，直接键入命令：SETCOM正确返回值为 <9600,8,N,1> 。注：（1）波特率修改范围为： 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600,115200，非特殊情

40、况下无需对设备波特率进行修改。（2）波特率修改前，应先检查当前设置再修改波特率。（3）设备修改波特率后，需保存设置。C.4.2设备自检（ AUTOCHECK）命令符： AUTOCHECK返回的内容包括设备日期、 时间，通讯端口的通讯参数， 设备状态信息（厂家可自行定义格式），终端软件只对其进行显示，不做处理。返回值： <T/F, 设备输出信息 >T 表示自检成功 ,F 表示自检失败。C.4.3帮助命令命令符： HELP返回值：返回终端命令清单，各命令之间用半角逗号分隔。C.4.4设置或读取设备的区站号（QZ）命令符： QZ参数：设备区站号（ 5 位数字）示例：（1）若所属气象观测站

41、的区站号为57494，则键入命令为：QZ,57494返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若设备的区站号为57494，直接键入命令：QZ正确返回值为 <57494>。C.4.5设置或读取设备的服务类型(ST)命令符： ST参数：服务类型（ 2 位数字）示例：（1）若设备用于基准站，则键入命令为：ST,00返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若设备服务类型为00，直接键入命令：ST正确返回值为 <00>。注：设备端需要对设备服务类型进行存储。C.4.6读取设备标识位（ DI ）命令符

42、： DI示例：读取冻土自动观测仪标识位，直接键入命令：DI正确返回值为 :<YSFS>。C.4.7设置或读取设备ID （ID ）命令符： ID参数： 3 位数字示例：（1）若为冻土自动观测仪ID 为： 000，对设备进行设置，键入命令为：ID,000 返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若为读取设备ID 参数，直接键入命令：ID正确返回值为 :<000> 。C.4.8设置或读取冻土自动观测仪的纬度（LAT）命令符： LAT参数： DD.MM.SS（DD为度， MM为分， SS为秒）示例：（1）若所属冻土自动观测仪的纬度为32

43、°1420，则键入命令为：LAT,32.14.20 返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若数据采集器中的纬度为42° 0600，直接键入命令：LAT正确返回值为 <42.06.00> 。C.4.9设置或读取冻土自动观测仪的经度（LONG）命令符： LONG参数： DDD.MM.SS（DDD为度， MM为分， SS为秒）示例：（1）若所属冻土自动观测仪的经度为116°34 18，则键入命令为：LONG,116.34.18返回值： <F>表示设置失败， <T>表示设置成功。（2）若数据采集器中的经度为108°3203，直接键入命令：LONG正确返回值为 <108.32.03> 。C.4.10设置或读取冻土自动观测仪日期（DATE）命令符： DATE参数： YYYY-MM-DD（YYYY为年， MM为月， DD为日）示例：（1）若对冻土自动观测仪设置的日期为2018