QML201数据采集器在广西区域自动气象站中的应用

李艳萍，苏禹宾，陶 伟

（广西气象技术装备中心，广西南宁530022）

广西地处祖国南疆，境内以丘陵山地为主，南濒热带海洋，分属中亚热带和南亚热带气候区，因受海洋暖湿气流和北方变性冷气团的交替影响，干旱、洪涝、冰雹、大风、雷电以及地温冷（冻）害等气象灾害发生频繁。区域自动气象站网的建设，对中小尺度天气的监测和预警起了重要的作用，根据规划，在广西各乡镇建设1 200多个区域自动气象站，其中300多个为四要素站。广西乡镇因地理环境、气候环境、经济条件等的约束，无法正常提供市电，自动站只能采用太阳能供电，数据通信采用无线通信传输。多要素自动气象站因采集任务多、传感器多等诸多原因，对数据采集器的性能要求更加高，尤其是在各乡镇条件差的环境中使用，要保证自动气象站长期稳定运行，对采集器性能特别是从稳定性、供电系统、通信系统等方面提出更高的要求。

QML201数据采集器是芬兰Vaisala公司生产的一款低功耗、易扩展、多种通信接口的数据采集器，内置各种气象要素采集算法，易于配置、维护和安装。广西区域自动气象站（四要素以上）采用QML201采集器为采集核心，增加一个前置机，弥补了QML201采集器在加密功能上的不足，以GPRS通信为主要方式，可扩展要素采集。从安装使用以来，自动气象站系统测量精确，运行稳定，耗电量低，支持加密观测功能，加密间隔设置灵活。

1 Q M L201数据采集器基本功能和技术参数

QML201数据采集器使用32位CPU，16位数/模转换器，CPU中有1.7 MB闪存来记录测量和计算的数据，可以扩展存储能力，使用可卸存储卡（CF卡）；配有1个RS-232（COM0端）和1个RS-485（COM1端）通信端口，可通过扩展卡再增加2个RS-232和2个RS-485通信端口。QML201数据采集器有10个模拟输入通道、2个计数/频率输入通道和1个内置的气压传感器接口，因此可以根据需要增加多种要素的采集。

QML201数据采集器带有功能强大的软件，带有气象算法、一般运算、统计计算、单位换算等方法库，自定义的数据报表和数据记录存储格式，用户可方便的根据传感器类型和数据采集处理要求建立和修改参数文件来达到数据采集和传输的要求。

2 系统结构和数据采集器的配置

2.1 自动气象站的系统结构

以QML201数据采集器为采集核心的自动气象站，主要由采集器（包括各种传感器和供电系统）、前置机、GPRS DTU组成（如图1所示），通过无线网络与中心站进行数据通信，中心站也可通过无线网络与自动气象站进行对话。自动气象站的加密观测时间间隔，根据每一次任务需求来设定，因此要求自动气象站可灵活地设置加密观测时间间隔，而QML201数据采集器，对于某一组数据记录的自动发送，是在参数配置文件中预先设置好的，无法随时更改自动发送时间。为了实现加密观测功能并能减轻中心站的任务，我们在采集器与通信设备之间，加了前端处理机（简称前置机），主要用来增加加密观测的灵活性，提高自动气象站的数据处理传输速度，除此以外，前置机对其他的数据通信是透明的。

图1 自动气象站的系统结构示意图

2.2 Q M L201数据采集器的配置方法

QML201数据采集器，通过Lizard Setup Software MAWS软件来建立和修改采集器的参数配置文件。在配置文件中，可根据传感器的输出信号选择采集器的输入通道，设置计算方法和记录格式以及数据传输等，配置步骤如下：

（1）定义传感器设备的接入和通信口设备；

（2）定义测量方法和计算方法；

（3）定义数据报表和数据日志组。

配置文件设置完成存档后，使用Maws Terminal软件将配置文件写入QML201数据采集器，采集器将根据设定的采集任务和采集方法进行工作。

目前，广西区域自动气象站网中采用QML201为采集核心的站点要素有4～7要素，分别为风向、风速、雨量、温度、湿度、气压、能见度等要素，传感器除了气压、能见度、湿度是使用芬兰Vaisala公司的传感器以外，其他的都采用国内的产品。传感器输出信号和采集器接入端设置如表1描述。

表1 传感器与采集器接入端配置表

2.3 中心站数据处理方法

广西区域自动气象站网的数据接收处理，都统一由一个中心站完成，中心站通过网内站点的唯一ID标识来进行站点身份识别，对站点观测数据进行接收、数据质量控制、站点状态判断等。中心站有远程终端通信界面，可与远程QML201数据采集器透明通信，直接向采集器发送数据请求和终端命令，查看采集器和传感器运行情况。

3 运行特点

以QML201数据采集器为采集核心的广西多要素自动气象站已建站300个，因其采集器的功能稳定、采集准确、低功耗等优点，自动站长期运行稳定，数据传输及时，状态监控方便简单，故障率低，主要特点如下：

（1）采集要素扩展简单方便。因QML201数据采集器的接入通道多，类型多样，接入设置方便简单，因此自动气象站对要素的扩展非常的容易实现，广西目前已经扩展到了7要素。

（2）要素采集准确，计算速度快，性能稳定。QML201数据采集器有先进的软件功能，带有数据校验、多种气象数据采集算法库和统计方法库，能保证自动气象站要素测量和计算值的准确性；有运行自监控功能，对采集器、传感器、通信单元等运行状态的监控，使得自动站得以长期稳定运行，故障率低。

（3）低功耗，在连续的低温阴雨天气中仍能正常运行。QML201数据采集器的功耗低，因而降低了整个自动气象站的功耗，采用太阳能和后备电池的供电方式，在连续的20余天的连续低温阴雨天气中，仍能正常运行（蓄电池未老化、通信信号良好、数据上传间隔为1 h的情况下）。

4 结束语

QML201数据采集器具有低功耗、易扩展、多种通信接口、准确的采集算法、易于配置、维护和安装等功能，非常适合在广西野外环境使用，增加一个前置机，弥补了QML201采集器在加密功能上的不足，满足了气象业务要求。

[1]Vaisala O.Lizard Setup SoftWare MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2003

[2]Vaisala O.MAWS Terminal MAWS User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2001

[3]Vaisala O.Vaisala Hydromet system MAWS301 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[4]Vaisala O.Visibility Sensor PWD 10/20 User’s Guide[K].Finland：Vaisala Oyj,2004

[5]中国气象局﹒地面气象观测规范[M]﹒北京：气象出版社，2003.

[6]中国气象局监测网络司﹒气象仪器和观测方法指南(第六版)[M]﹒北京：气象出版社，1996.