新型自动气象站技术

DZZ5型

（CAWS3000）

新型自动气象站2011年11月15日杨志勇一、新型自动气象站的研发历程

二、新型自动气象站采用的新技术

三、新型自动气象站的结构设计

四、新型自动气象站的采集器技术

五、新型自动气象站的测量技术

六、新型自动气象站的数据处理方法

七、新型自动气象站的实际应用新型自动气象站技术一、新型自动气象站的研发★从2003年起中国气象局就开始酝酿新一代自动气象站的研发；★从2006年底至2007进行了气候站的考核，该类型气候站基本上是参考美国气候站标准进行；★从2007年开始确定对新型自动站的考核工作；★在2007年底，中国气象局确定了新型自动站采取：统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路从新设计新型自动气象站。重新编制了《新型自动气象站功能需求书》；★从2008年开始中国气象局组织四个生产厂家，联合重新设计新型自动气象站的主采集器；之后各厂家独立完成成套产品设计生产；★2008年10月进行静态测试★2009年1月开始安装，3月至10月进行野外的动态试验，2009年11月进行复检测试；★2010年1月按照新要求改进，增加温湿度分采集器的研制；★2010年9月～10月静态测试；★2011年6月完成考核，并完成了新型自动气象站的设备定型工作。新型自动气象站研发历程（1）根据2009～2010年的考核试验结果，中国气象局对新型自动气象站进行产品定型；（2）考核站型比较完整，定型产品只对其中的一部分进行了定型；（3）定型部件包括：主采集器系统+常规六要素，地温分采集器系统+10层地温传感器，辐射分采集器。（4）按照气象行业的标准，华云公司的新型自动气象站产品的型号命名为：DZZ5。（5）公司原来的型号CAWS3000型自动气象站，包括：主采集器、温湿、气候、辐射、地温、土壤水分分采系统，观测要素几乎包含地面观测的全部要素。新型自动气象站产品定型新型自动气象站的定型产品新型自动站设计思想◆统一标准◆统一功能◆统一结构◆统一方法◆统一规范新型自动气象站设计思想新型自动站与一代站的主要差别新型自动气象站技术特点新型自动站一代站标准统一标准各异采集系统采用嵌入式系统单片机系统主、分多采集器结构方式单一采集器方式总线式结构集中式结构主采集器采用linux操作系统管理，支持多进程。单循环控制系统加载文件系统，数据存储以文件形式。以记录方式存储增加了数据质量控制信息无观测要素齐全扩展以及组配方便、灵活。固定要素气象要素测量技术指标保持不变，采样速率提高。新型自动气象站的优点新型自动气象站技术特点★功能强，综合处理能力强数据处理速度快，数据处理功能强，数据存储量大，采用文件系统存储记录数据，增加了数据质量控制信息。支持多串口、多种通讯方式、支持WebServer访问功能等等。★扩充方便

通过外部总线技术，可以实现采集系统的随意扩展及裁减。◆常规六要素可以实现独立标定

风速、风向、温度、湿度、雨量、气压可以实现脱离采集器系统，对传感器独立进行标定。新型自动气象站技术指标测量要素范围分辨力最大允许误差气压500hPa～1100hPa0.1hPa±0.3hPa气温-50℃～50℃0.1℃±0.2℃相对湿度5%～100%RH1%±3%（≤80%）±5%（＞80%）露点温度-60℃～50℃0.1℃±0.5℃风向0～360°3°±5°风速0～60m/s0.1m/s±（0.5+0.03V）m/s降水量翻斗0.1mm：雨强0～4mm/min0.1mm±0.4mm（≤10mm）±4%（＞10mm）翻斗0.5mm：雨强0～10mm/min0.5mm±5%（雨强≤4mm/min）±8%（雨强＞4mm/min）称重：0～200mm0.1mm0.1%FS蒸发量0～100mm0.1mm±0.2mm（≤10mm）±2%（＞10mm）测量技术指标——常规要素测量技术指标新型自动气象站技术指标测量技术指标——气候要素测量技术指标测量要素范围分辨力最大允许误差气温-50℃～50℃0.01℃±0.1℃风速0～60m/s0.1m/s±（0.5+0.03V）m/s降水量翻斗0.1mm：雨强0～4mm/min0.1mm±0.4mm（≤10mm）±4%（＞10mm）翻斗0.5mm：雨强0～10mm/min0.5mm±5%（雨强≤4mm/min）±8%（雨强＞4mm/min）称重：0～200mm0.1mm0.1%FS红外地表温度-50℃～80℃0.1℃±0.4℃新型自动气象站技术指标测量技术指标——辐射要素测量技术指标测量要素范围分辨力最大允许误差日照0～24h1min±0.1h总辐射0～1400W/m25W/m2±5%（日累计）净辐射-200-1400W/m21MJ/m2d±0.4MJ/m2d（≤8MJ/m2d）±5%（＞8MJ/m2d）直接辐射0～1400W/m21W/m2±1%（日累计）散射辐射5W/m2±5%（日累计）反射辐射5W/m2±5%（日累计）UV0-200W/m20.1W/m2±5%（日累计）UVA0-200W/m20.1W/m2±5%（日累计）UVB0-200W/m20.1W/m2±5%（日累计）光合有效辐射2-2000µmolm-2s-11µmolm-2s-1±10%（日累计）大气长波辐射0-2000W/m21W/m2±5%（日累计）地球长波辐射0-2000W/m21W/m2±5%（日累计）新型自动气象站技术指标测量技术指标——地温及土壤水分要素测量技术指标测量要素范围分辨力最大允许误差地表温度-50℃～80℃0.1℃-50～50℃：±0.2℃50～80℃：±0.5℃浅层地温-40℃～60℃0.1℃±0.3℃深层地温-30℃～40℃0.1℃±0.3℃红外地表温度-50℃～80℃0.1℃±0.4℃土壤水分0-100%土壤体积含水量0.1%±1%（≤40%）±2%（＞40%）功耗技术要求主采集器功耗不大于2W，分采集器功耗不大于0.5W，温湿智能测量传感器功耗不大于0.25W。新型自动气象站技术指标主采集器内部存储容量：存储1小时的采样瞬时值、7天的瞬时气象（分钟）值、1月的正点气象要素值，以及相应的导出量和统计量等。采集数据的外存储器（卡）：以文件方式进行存储，能够存储至少6个月全要素分钟数据，全部数据以FAT的文件方式存入，终端计算机通过通用读卡器可方便读取。数据存储技术要求供电技术要求自动气象站的供电电源为12V蓄电池。由辅助电源对蓄电池浮充电，在有市电的地方，一般优选市电作为辅助电源，无市电的地方，可选的辅助电源有：柴油发电机、太阳能电池板等。蓄电池的容量必须保证自动气象站能在脱离辅助电源的条件下连续工作7天。并在蓄电池电压低到不足以维持符合质量要求的观测工作前两天发出报警信息。个别功耗较大只适用于交流供电的传感器或装置（如通风防辐射罩、直接辐射、天气现象等）允许将辅助电源断电时间减少到不小于2小时。使用市电作辅助电源的，市电电压允许波动范围为220V±30%，并提供市电断电及时报警功能。新型自动气象站技术指标二、新型自动气象站所采用的新技术新型自动气象站采用的技术新型自动气象站采用的关键技术新型自动气象站采用的技术◆嵌入式系统技术即：主采集器采用嵌入式系统，32位ARM9标准CPU，Linux操作系统◆外部总线技术即：数据传输技术，CAN总线技术。嵌入式系统技术嵌入式系统技术以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。其代表了高性能、综合处理强大等等含义。

目前广泛应用的是ARM架构的32位处理系统。其主要是ARM7系列、RAM9系列等。

嵌入式系统与单片机系统有本质的差别，其特点：功能强、通用性好、功耗低、成本及外形尺寸适中。嵌入式系统无论是从结构方面还是从基本功能方面与PC机有许多相近的地方，类似一个小型化的PC机系统。嵌入式系统技术★嵌入式微处理器★内部处理电路部件★外围硬件设备★嵌入式操作系统（采集器系统管理程序）★应用程序（采集器处理程序）嵌入式系统的组成部分嵌入式采集系统基本结构CPUARM7RAM932位微处理器复位电路FALSH程序存储器看门狗电路FLASH数据存储器RAM存储器时钟电路CF控制器RJ45网络控制器USB接口控制器键盘控制器显示控制器CF存储卡USB接口部件计算机以太网键盘显示器基本电路外部设备电路CAN驱动RS485驱动RS232驱动RS232驱动RS485驱动RS232扩展RS232扩展电源模拟测量电路数字测量电路数字信号传感器通讯接口电路外部设备控制电路CAN总线485总线串口通讯部件串口通讯部件485通讯部件串口通讯部件（如：气压传感器）串口通讯部件（如：能见度传感器）通讯设备部件测量电路传感器部件模拟信号传感器RS232扩展电源控制电路CAN总线嵌入式操作系统对嵌入式系统设备的运行进行控制管理的操作系统。包括：软硬件的管理、时序的控制、系统资源的分配、任务的调度、数据存储区域的保护、并发处理的控制等等。按照需求不同一般可分为：实时操作系统：强调的是任务处理实时性。分时操作系统：按照时间片划分实行多任务管理。多任务操作系统：稳定可靠的多任务管理。嵌入式操作系统常用的嵌入式操作系统◆Linux操作系统◆μC/osⅡ操作系统◆WindowsCE操作系统嵌入式操作系统Linux操作系统下软件组成◆启动程序（硬件启动基本程序）◆引导程序（相当于PC机的BIOS程序）◆操作系统内核程序（操作系统）★用户应用程序（采集处理程序）嵌入式操作系统外部总线技术应用现场测量以及控制处理过程中的数据传输技术。可实现测量控制现场中的各种不同类型、不同标准设备之间的进行测量数据或控制命令的通讯传输。外部总线技术外部总线技术特点◆现场数据通讯传输◆使用简单的连线方式实现数据通讯◆采用串行方式实现数据通讯◆数据传输稳定可靠

◆可实现多个设备之间通讯连接外部总线技术

外部总线技术在气象、水文等探测领域中使用比较多的三种总线方式：★RS485方式★CAN总线方式★SDI-12方式RS485总线结构RS485比较通用的协议：ModBus协议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。特点：结构简单，只能实现“一主多从”的通讯方式。

CAN总线技术CAN总线常用的标准协议：CANOpen协议

CAN总线（ControllerAreaNetwork控制器局域网络）带有硬件控制器可以避免竞争冲突，可以实现多主方式。特点：通讯速度快，可实现“多主多从”的通讯方式。

SDI总线(Serialdigitalinterface)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。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。

SDI总线技术三、新型自动气象站的结构设计新型自动气象站采用的技术新型自动气象站采用的系统结构设计新型自动气象站的结构设计ARM9嵌入式系统Linux操作系统CAN总线ARM7系统包括：气候分采辐射分采地温分采温湿分采土壤水分分采海洋观测分采等等风向风向温度雨量湿度气压蒸发地温辐射等终端计算机GPS授时器数据通讯终端+外部总线+传感器+分采集器+外围设备主采集器★CAWS3000（DZZ5）型自动气象站是中国华云公司参照由中国气象局颁发的《新型自动气象站功能需求书》而专门设计研发的新型自动气象站产品。★该产品完全遵循了统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的原则，完全符合《新型自动气象站功能需求书》的要求。能够全面提升地面气象观测的自动化水平，能够准确地观测天气、气候要素变化以及大大提高综合观测处理能力。★该产品经过了由中国气象局大气探测中心组织的各种考核试验，包括：静态测试、野外动态试验、复检测试、以及其他专项试验测试等，满足设计要求。★CAWS3000（DZZ5）自动气象站可以应用于国气象局的下一代国家级基准站、基本站等。同时，可以广泛地应用到各种相关的行业，诸如：农业、环保、水文、交通、能源等领域。在应对气候变化的研究、人民日常生活保障、防止自然灾害等方方面面，都有着非常广泛的应用。

CAWS3000型自动站总体设计

★CAWS3000（DZZ5）型自动气象站由主采集器加气候分采集器、辐射分采集器、地温分采集器和土壤水分分采集器构成系统。★采集器之间采用CAN总线进行数据通讯。★主采集器系统与终端计算机采用长线进行串口数据通讯。★整个系统的供电由交流电转+12VDC作为主电源，配蓄电池作为后备电源。★气候的强制通风扇的供电采用独立供电，同样采用由交流电转+12VDC作为主电源，配蓄电池作为后备电源。CAWS3000(DZZ5)型自动站结构设计

新型自动气象站的系统结构以及CAN通讯连接双绞线电缆主采集器气候分采集器辐射分采集器地温分采集器土壤水分采集器HLHLHLHLHL温湿度分采集器HL120Ω终端电阻CAN端口CAN端口CAN端口CAN端口CAN端口CAN端口120Ω终端电阻CAWS3000(DZZ5)型自动站结构设计

新型自动气象站的电源供电系统结构主采集器+-+12V输入主电源供电系统65AH蓄电池辅电源供电系统65AH蓄电池气候分采集器辐射分采集器地温分采集器土壤水分采集器+-+-+-+-温湿分采集器+-+12V输入+12V输入+12V输入+12V输入+12V输入+-+12V输入220V交流市电太阳能电池板220V交流市电太阳能电池板+12VDC+12VDCCAWS3000(DZZ5)型自动站结构设计

温度测量通道湿度测量通道风向测量通道风速测量通道雨量测量通道气压通讯通道能见度通讯通道蒸发测量通道总辐射测量通道门状态检测通道百叶箱温度传感器百叶箱湿度传感器10米风向传感器10米风速传感器0.1mm雨量传感器气压传感器能见度传感器蒸发传感器总辐射传感器门状态行程开关温湿度分采集器CAWS3000-TH辐射分采集器CAWS3000-TH地温分采集器CAWS3000-TH土壤水分分采集器CAWS3000-TH气候分采集器CAWS3000-THCAWS3000RAM9/32位微处理器系统百叶箱空气温度传感器百叶箱相对湿度传感器

总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外A辐射、紫外B辐射、地面长波辐射、大气长波辐射、光合有效辐射传感器以及日照观测。地表温度、草地温度、5cm地温、10cm地温、15cm地温、20cm地温、40m地温、80cm地温、160cm地温、320地温传感器。8层土壤水分传感器，即：5cm、10cm、20cm、30cm、40m、50cm、100cm、180cm土壤水分观测三只带强制通风的温度传感器、翻斗雨量传感器（0.5mm的翻斗雨量）、称重雨量传感器（3只T200B弦振式的称重雨量）、1.5米风速传感器、红外地温传感器。3只强制通风扇的转速检测。+12VDC电源输出蓄电池接入交流接入空开防雷击浪涌CAWS3000(DZZ5)型自动站结构设计

+12VDC输入主电源系统CAN总线+12VDC电源+12VDC电源+12VDC电源输出100AH蓄电池防雷击防浪涌辅电源系统220V交流市电+12VDC强制通电源串口长线驱动器本地终端计算机无线数据通讯单元远程中心站路由器网路计算机RJ45端口RS232端口RS232/RS485端口互联网3G通讯路由器USB端口RS485总线挂接RS485输出传感器RS485端口GPS授时器CF卡现场调试计算机USB通讯部件（视频系统等）RS232端口RS232调试端口CF卡控制器辅电源系统气候分采系统土壤水分分采系统地温分采系统辐射分采系统温湿分采系统主采系统主电源系统通讯系统终端系统现场调试系统太阳能接入100AH蓄电池太阳能电池板卫星通讯单元其他附加系统CAN通讯短距离无线通讯单元四、新型自动气象站的菜采集器技术新型自动气象站采用的技术主采集器主采集器技术◆采用ARM9架构32位微处理器，运行Linux操作系统，并加载文件系统。◆整个系统的核心控制单元。承担整个的系统时序流程控制、接收各分采集器的测量数据，对测量数据进行各种计算、存储、传输处理。◆在主采集器内部还增加了一个对常规气象要素进行数据探测的数据采集单元。在主采集器的气象要素数据采集单元中，可以完成对10米的风速、风向、空气温度、相对湿度、降水（0.1mm的翻斗式雨量）、气压、蒸发、总辐射以及能见度气象要素的观测数据采集。主采集器技术主采集器

数据采集单元的最小基本结构采集器技术CAWS3000主采集器主采集器技术长线驱动器CAN总线网路计算机终端计算机现场调试计算机长线电缆长线电缆+12VDC主采集器系统主采集器电路接线图新型自动气象站主采集器与终端计算机连接方式主采集器技术主采集器技术新型自动气象站主采集器与终端计算机连接图分采集器分采器技术◆根据观测内容及需求设置分采集器。◆分采集器采用ARM7架构的32位微处理器或单片机系统。◆把观测类型相对一致的观测要素集中到一起，由某个分采集器完成相关的数据采集。

◆分采集器一般只完成相关的数据测量采集，并传送给主采集器。分采集器分采器技术★温湿分采集器温湿度分采集器主要应用于百叶箱空气温度和相对湿度气象要素的数据采集。观测要素包括：空气温度、相对湿度。温湿度分采集器温度测量湿度测量调试串口CAN端口+12VGnd*+-R*+-RRxTxGndHL+12VGndCAWS3000-TH温湿度分采集器CAN总线+12VDC现场调试计算机温度传感器Pt100湿度传感器湿敏电容温湿度分采集器系统★气候分采集器新型自动气象站的系统结构主要应用于与气候观测相关气象要素的数据采集。观测要素包括：三只带强制通风的温度传感器、翻斗雨量传感器（0.5mm的翻斗雨量）、称重雨量传感器（3只T200B弦振式的称重雨量）、1.5米风速传感器、红外地温传感器另外还包括3只强制通风扇的转速检测。气候分采集器CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-CL气候分采集器气候分采集器系统气候分采集器电路接线图★辐射分采集器辐射分采集器主要应用于与辐射观测相关气象要素的数据采集。观测要素包括：总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外A辐射、紫外B辐射、地面长波辐射（包括腔体温度）、大气长波辐射（包括腔体温度）、光合有效辐射以及日照。辐射分采集器CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-RA辐射分采集器辐射分采集器系统辐射分采集器电路接线图★地温分采集器地温分采集器主要应用于与地温观测相关气象要素的数据采集。观测要素包括：地表温度、草地温度、5cm地温、10cm地温、15cm地温、20cm地温、40m地温、80cm地温、160cm地温、320地温。地温分采集器CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-ST地温分采集器地温分采集器系统地温分采集器电路接线图★土壤水分分采集器土壤水分分采集器主要应用于与土壤水分观测相关气象要素的数据采集。观测要素包括：8层土壤水分，即：5cm、10cm、20cm、30cm、40m、50cm、100cm、180cm土壤水分观测。土壤水分分采集器CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-SM土壤水分分采集器土壤水分分采集器系统土壤水分分采集器电路接线图★海洋观测分采集器新型自动气象站的系统结构主要应用于与海洋观测相关气象要素的数据采集。观测要素包括：表层海水温度、海盐、海表波高、海表流速流向、水质、浮标方向等。海洋观测分采集器目前还只是一个意向设计，没有完成实际的设计方案。五、新型自动气象站的测量技术新型自动气象站的测量技术新型自动气象站的主要观测要素★常规气象要素：

风速、风向、空气温度、相对湿度、降水（0.1mm的翻斗式雨量）、气压、蒸发、总辐射以及能见度。◆气候观测要素：三只带强制通风的温度传感器、翻斗雨量传感器（0.5mm的翻斗雨量）、称重雨量传感器（3只T200B弦振式的称重雨量）、1.5米风速传感器、红外地温传感器另外还包括3只强制通风扇的转速检测。▼辐射观测要素：总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外A辐射、紫外B辐射、地面长波辐射（包括腔体温度）、大气长波辐射（包括腔体温度）、光合有效辐射以及日照。●地温观测要素：

10层地表温度。▲土壤水分观测：

8层土壤水分。新型自动气象站的测量技术新型自动气象站的气象要素主要分类★温度包括：气温、气候温度、10层地温。★湿度★气压★风向★风速包括：10米风速、气候1.5米风速。★翻斗雨量★称重雨量★蒸发★辐射包括：总、净、直、反、散、紫外、光合有效等。★能见度★红外地温★壤水分新型自动气象站的测量技术气象传感器的输出信号类型气象要素测量原理输出信号类型温度铂电阻，Pt10080～120Ω电阻湿度湿敏电容0～1V单端电压气压硅谐振方式、硅电容、硅压阻RS232风向光码盘或磁码盘7位格雷码/2.5V电压风速光码盘或磁码盘脉冲频率（2KHz）翻斗雨量干簧管开光开关通断称重雨量弦振式或应变片式脉冲频率（3KHz）蒸发超声波测距4～20mA电流辐射热电堆式或光电式mV级差分电压能见度前向散射RS232或RS485红外地温红外探测μV级差分电压+电阻土壤水分TDR方式或FDR方式电压或RS485新型自动气象站的测量技术气象传感器的信号类型信号类型（数据输出）传感器类型测量方式模拟信号单端电压湿度、风向、热敏电阻测温单端电压测量差分电压辐射、红外地温差分电压测量电流蒸发通过加电阻测量电压电阻气温、地温通过加电流激励测电压数字信号频率风速、称重雨量频率(计数)、周期(时间)开关翻斗雨量、机箱门状态计数测量数字电平格雷码风向数字IO端口串口数据RS232/RS485气压、能见度、土壤水分串口RS232/RS485串口数据输出传感器的测量新型自动气象站的测量技术

气压传感器：PTB220、PTB330、PTB210、PTB100B数据输出：RS232；PTB100B（模拟信号输出）测量接入方式：串口（RS232）RS232端口RxTxGndPTB220气压传感器RS232-5端口TxRxGndHY3000采集器串口数据输出传感器的测量新型自动气象站的测量技术能见度传感器：PWD系列、HY-V系列数据输出：RS232、RS485测量接入方式：串口（RS232/RS485）RS232端口RxTxGnd能见度传感器RS232-5端口TxRxGndHY3000采集器

RS232接入方式RS485端口AB能见度传感器RS485-2端口ABHY3000采集器

RS485接入方式串口数据输出传感器的测量新型自动气象站的测量技术

GPS授时器：数据输出：RS232；测量接入方式：串口（RS232）RS232端口RxTxGndGPS授时器RS232-3端口TxRxGndHY3000采集器新型自动气象站的测量技术单端电压信号输出传感器的测量传感器类型：湿度传感器、风向传感器。信号输出：单端电压。湿度：0～1V对应0～100%；风向：0～2.5V对应0～360°。测量方式：测量单端电压。新型自动气象站的测量技术差分电压信号输出传感器的测量传感器类型：各种辐射传感器、红外地温传感器的目标温度。信号输出：差分电压。毫伏或微伏级的小信号。测量方式：测量差分电压。

Pt100的温度测量方式新型自动气象站的测量技术热电阻信号输出传感器的测量传感器类型：气温、气候温度、10层地温信号输出：Pt100电阻（80～120Ω）测量方式：恒流源激励（1～2mA），测量差分电压。

Pt100的四线制测量新型自动气象站的测量技术热敏电阻信号输出传感器的测量传感器类型：红外地温传感器的腔体温度、热敏电阻温度。信号输出：电阻（几KΩ

～

几十KΩ

）测量方式：恒压源激励（2.5～5V），测量单端电压。新型自动气象站的测量技术电流信号输出传感器的测量传感器类型：蒸发传感器。信号输出：4～

20mA电流测量方式：通过电阻，测量差分电压。新型自动气象站的测量技术频率信号输出传感器的测量传感器类型：风速传感器、称重雨量、强制通风风机检测。信号输出：脉冲频率（0～几KkHz）测量方式：频率测量、周期测量。周期测量方式频率测量方式新型自动气象站的测量技术通断信号输出传感器的测量传感器类型：翻斗雨量。信号输出：通断测量方式：计数测量。新型自动气象站的测量技术数字I/O信号输出传感器的测量传感器类型：格雷码风向、机箱门状态。信号输出：数字电平测量方式：测量高低电平六、新型自动气象站的功能及数据处理新型自动气象站的数据处理★按照指定时序、周期对相关的观测数据进行数据采集；★计算气象要素观测数据；★完成对气象观测数据的质量控制检验，并对每个观测数据配置质量控制码；★计算各种平均量和时段的统计量；★生成观测数据记录文件；★完成各种交互命令的响应处理；新型自动气象站的主要功能新型自动气象站数据采样计算测量要素采样频率测量要素采样频率测量要素采样频率气压30次/min采样时间：2秒风速4次/s采样时间：0.25秒气温湿度风向1次/s采样时间：1秒草温降水量1次/min地温蒸发量6次/min辐射（辐照度）能见度(气象光学视程)4次/min辐射传感器腔体温度通风防辐射罩通风速度1次/min土壤水分（体积含水率）6次/min日照1次/min数据采样和计算处理要求新型自动气象站数据采样计算测量要素导出计算处理（一）测量要素计算平均值计算时段累计值计算时段统计极值气压每分钟算术平均30个样本计算算数平均-小时内极值及出现时间包括：最大值、最大值出现时间、最小值、最小值出现时间气温湿度草温地温辐射（辐照度）小时累计值（曝辐量）辐射传感器腔体温度--通风防辐射罩通风速度测量分钟数据--日照测量每分钟有无日照每小时的累计值（分钟日照累计）-数据采样和计算处理要求测量要素采样频率

（二）测量要素计算平均值计算累计值计算极值风速(1)以0.25s为步长求3s滑动平均值；(2)以1s为步长（取整秒时的采样值）计算每分钟的1min、2min算术平均；(3)以1分钟为步长（取1min平均值）计算每分钟的10min滑动平均-（1）每小时内3s滑动平均的极值（即极大风速）及出现时间；（2）每小时内10min滑动平均极值（即最大风速）及出现时间。风向（1）以1s为步长（秒的采样值）求1min、2min平均；（2）以1min为步长（取1min平均值）计算每分钟的10min平均-（1）对应极大风速时的风向；（2）对应最大风速时的风向。降水量-(1)每分钟累计值(2)每小时累计值-蒸发量每分钟水位的算术平均土壤水分（体积含水率）每分钟、小时算术平均--新型自动气象站数据采样计算数据采样和计算处理要求〈1〉对采样瞬时值变化极限范围的检查；

〈2〉对采样瞬时值变化速率的检查。对采样瞬时值的质量控制数据质量控制处理〈1〉对瞬时气象值变化极限范围的检查；

〈2〉对瞬时气象值变化速率的检查：检查瞬时气象值的最大允许变化速率；检查瞬时气象值的最小应该变化速率；标准偏差的计算（未确定算法）。〈3〉内部一致性检查。对瞬时气象值的质量控制数据质量控制处理数据质量控制处理数据质量控制标识码标识代码值表示描述9没有检查该变量没有经过任何质量控制检查。0正确数据没有超过给定界限1存疑不可信的2错误错误数据，已超过给定界限。3不一致一个或多个参数不一致；不同要素的关系不满足规定的标准。4校验过的原始数据标记为存疑、错误或不一致，后来利用其它检查程序确认为正确的。8

缺失缺失数据。N没有传感器无数据。注：对于瞬时气象值，若属采集器或通信原因引起数据缺测，在终端命令数据输出时直接给出缺失，相应质量控制标识为“8”；若有数据，质量控制判断为错误时，在终端命令数据输出时，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。数据质量控制处理气象变量传感器测量范围下限传感器测量范围上限允许最大变化值（适采样频率5次/分～10次/分以上）气压依照传感器指标确定下限和上限0.3hPa气温2℃地表和土壤温度2℃露点温度2℃相对湿度5%风向-风速20m/s降水量-辐射（辐照度）800W/m2日照时数-能见度1000m蒸发量0.3mm土壤体积含水量采样瞬时值“正确”的判断条件数据质量控制处理气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变化速率过去60分钟最小应该变化的速率气压400hPa1100hPa0.5hPa2hPa0.1hPa气温-75℃80℃3℃5℃0.1℃露点温度-80℃50℃传感器测量：2℃～3℃；

导出量：4℃～5℃5℃0.1℃相对湿度0%100%10%15%1%（U＜95％）能见度10m70km---蒸发量0mm100mm---土壤体积含水量0%100%待定待定-瞬时气象值“正确”的判断条件（一）数据质量控制处理气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变化速率过去60分钟最小应该变化的速率风向0°360°--10°（10分钟平均风速大于0.1m/s时）瞬时风速0m/s150m/s10m/s20m/s-风速2平均分钟0m/s75m/s10m/s20m/s风速10平均分钟0m/s75m/s10m/s20m/s降水量（0.1mm）（1分钟累计）0mm10mm---降水量（0.5mm）（1累计分钟）0mm30mm---瞬时气象值“正确”的判断条件（二）数据质量控制处理气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变化速率过去60分钟最小应该变化的速率草面温度-90℃90℃5℃10℃地表温度-90℃90℃5℃10℃0.1℃（雪融过程中会产生等温情况）5cm地温-80℃80℃2℃5℃可能很稳定10cm地温-70℃70℃1℃5℃15cm地温-60℃60℃1℃3℃20cm地温-50℃50℃0.5℃2℃40cm地温-45℃45℃0.5℃1.0℃80cm地温-45℃45℃0.5℃1.0℃160cm地温-45℃45℃0.5℃1.0℃320cm地温-40℃40℃0.3℃0.5℃瞬时气象值“正确”的判断条件（三）数据质量控制处理气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变化速率过去60分钟最小应该变化的速率总辐射0W/m22000W/m2800W/m21000W/m2-净全辐射直接辐射0W/m21400W/m2800W/m21000W/m2-散射辐射0W/m21200W/m2800W/m21000W/m2-反射辐射0W/m21200W/m2800W/m21000W/m2-大气长波辐射-地球长波辐射-光合有效辐射-紫外辐射UVA0W/m2200W/m250W/m290W/m2-紫外辐射UVB0W/m2100W/m220W/m230W/m2-日照时数0min1min---瞬时气象值“正确”的判断条件（四）数据质量控制处理

内部一致性检查★露点温度td≤t（气温）；★风速WS＝00，则风向WD一般不会变化；★风速WS≠00，则风向WD一般会有变化；★分钟极大风速大于等于2min和10min平均风速；★如果日照时间SD＞0，而太阳辐射E＝0，这两个瞬时气象值均不可信；★如果太阳辐射E＞500W/m2，而日照时间SD＝0，这两个瞬时气象值均不可信；★各极值及出现时间应与对应时段相应要素瞬时气象值不矛盾；★各累计量应与对应时段相应要素各瞬时气象值不矛盾。内部一致性的基本算法是基于两个气象变量之间的关系，符合一致性的主要判断条件：如果某个值不能通过内部一致性检验，应标识为“不一致”。内部一致性检查一般不在主采集器的嵌入式软件考虑，仅在业务软件中考虑

观测时段内第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：计算处理观测时段内气象变量的平均值；其中：适用场合：气压、温度、相对湿度、1min平均风速、2min平均风速、草温、地温、辐照度、能见度、土壤水分等气象变量平均值的计算。算术平均计算处理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（）。计算处理观测时段内的平均风向。观测时段内第i个风矢量的幅角（与y轴的夹角）。观测时段内单位矢量在x轴（西东方向）上的平均分量。观测时段内单位矢量在y轴（南北方向）上的平均分量。观测时段内的样本数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定。单位矢量平均计算处理（一）（风向平均计算方法）其中：计算处理适用场合：3s平均风向、1min平均风向、2min平均风向、10min平均风向等气象变量平均值的计算。平均风向的修正根据、的正负，对进行修正。单位矢量平均计算处理（二）（风向平均计算方法）、，无需修正。（1）、或、，加180°。（2）、，加360°。（3）终端操作命令为主采集器和终端计算机之间进行通讯的命令，以实现对主采集器各种参数的传递、设置，对采集系统进行测试调试，从主采集器读取各种数据和下载各种文件。按照操作命令性质的不同，分为监控操作命令、数据质量控制参数操作命令、观测数据操作命令和报警操作命令。

终端命令处理终端命令处理终端命令处理★监控操作命令设置或读取站点及采集器的相关信息★数据质量控制参数操作命令设置或读取观测数据质量控制参数★观测数据操作命令读取各种观测数据★报警操作命令设置或读取各种报警参数★调试命令调试各采集工作状态

新型数据文件处理

ZDD5型自动站系统调试命令方法一：通过主采集器的终端主通讯端口调试整个系统；方法二：通过各采集器的调试端口调试各个主、分采集器系统；DZZ5(CAWS3000)各采集器可通过调试命令检测各采集器以及整个系统的工作状态。系统调试通过主采集器调试系统，功能包括：（1）调试、检查各智能传感器的观测数据；（2）调试、检查各主、分采集系统的观测数据；

ZDD5型自动站系统调试命令设置串口调试功能调试、检查各智能传感器的观测数据；

ZDD5型自动站系统调试命令在HY3000主采集器系统中串口应用分配情况：COM0：GPS；COM1：没用；COM2：调试终端；COM3：没用；COM4：能见度；COM5：气压。开启串口调试功能命令：

DEBUGCOMCOMx关闭串口调试功能命令：

CLOSEDEBUGCOMx

ZDD5型自动站系统调试命令获取当前采集器实时采样数据命令：

OBSAMPLExxx分采集器标识符xxx对应采集器MAIN主采集器CLIM气候分采RADI辐射分采EATH地温分采SOIL土壤水分分采

ZDD5型自动站系统调试命令通过各采集器的RS232调试端口直接调试各主、分采集器的状态。

调试、检查各主、分采集系统的观测数据；调试命令：GETDEBUG10！

ZDD5型自动站系统调试命令数据文件处理▲采集器存储器数据文件▲终端