介紹
自動氣象站是指在某一地區根據需要，建設的能夠自動探測多個要素，無需人工幹預，即可自動生成報文，定時向中心站傳輸探測數據的氣象站，是彌補空間區域上氣象探測數據空白的重要手段。自動氣象站由氣象傳感器、微電腦氣象數據采集儀、電源系統、防輻射通風罩、全天候防護箱和氣象觀測支架、通訊模塊等部分構成。溫濕度、風速風向等傳感器為室外氣象專用傳感器，具有高精度高可靠性的特點。
自動氣象站用于對風速、風向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、蒸發量、大氣壓力等十幾個氣象要素進行全天候現場監測。可以通過專業配套的數據采集通訊線與計算機進行連接，将數據傳輸到氣象計算機氣象數據庫中，用于統計分析和處理。
自動氣象站在精密監測、精準預警、科學調度、防汛救災等方面持續發揮重要作用。
工作原理
自動氣象站的基本原理是傳感器将對應氣象要素的變化轉換成電信号的相應變化，這種變化由單片機控制的數據采集器所采集，進行線性化和定标處理，實現工程量到要素量的轉換，并對數據進行質量控制。經過預處理後得出各個氣象要素的實時值，然後由通信模塊傳輸到中心站的微機上。
構成硬件
自動氣象站有多種類型，其結構基本相同，主要由傳感器、采集器、系統電源、通信接口及外圍設備（計算機、打印機）等組成。
傳感器
能感受被測氣象要素的變化并按一定的規律轉換成可用輸出信号的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換器組成。
自動氣象站常用的傳感器有：
氣壓——振筒式氣壓傳感器、膜盒式電容氣壓傳感器
氣溫——鉑電阻溫度傳感器
濕度——濕敏電容濕度傳感器
風向——單翼風向傳感器
風速——風杯風速傳感器
雨量——翻鬥式雨量傳感器
蒸發——超聲測距蒸發量傳感器
輻射——熱電堆式輻射傳感器
地溫——鉑電阻地溫傳感器日照——直接輻射表、雙金屬片日照傳感器
采集器
數據采集器是自動氣象站的核心，其主要功能是數據采樣、數據處理、數據存儲及數據傳輸，其主要技術性能為：
數據采樣速率及算法規定
采集器的電源能保證采集器至少七天正常工作，數據存儲器至少能存儲三天的每分鐘氣壓、氣溫、相對濕度、1分鐘平均風向和風速、降水量和下表列各項目的每小時正點觀測數據，能在計算機中形成規定的數據文件。
系統特點
·可靠運行于各種惡劣的野外環境，低功耗、高穩定性、高精度、可無人值守。·完善的防雷擊、抗幹擾等保護措施。
·硬件和軟件均采用模塊組合式開放性設計，可靈活組合使用。
·氣象傳感器可根據需要選配。
·通訊方式可根據需要選配。
·電源系統可根據需要選配。
監測軟件
自動氣象站軟件界面友好，如圖5所示。可通過表格或曲線視圖對數據進行分析，（有線，無線）多種通訊方式，動态組網，可支持百台以上監測站點并發通訊；在Windows2000以上系統環境即可運行。
通訊系統
（1）RS232有線，通訊距離0—10m
（2）RS485有線，通訊距離0—1000m
（3）無線微波電台，通訊距離0—500m
（4）移動無線GPRS，通訊距離不限（有附加的GPRS流量費用）
（5）WiFi通信，通訊距離不限（須架設有WiFi）
（5）氣象短信，通訊距離不限。用戶可根據現場情況自由選擇通訊方式。
安裝配件
（1）主體材料，不鏽鋼。
（2）安裝/結構，柱杆。高度可根據實際情況設計。
（3）安裝箱體，戶外。
（4）避雷保護，MSP-1避雷針和MGP-1地線裝置。
測量參數
自動氣象站通常測量的參數如下：
應用範圍
自動氣象站用于對風速、風向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、蒸發量、大氣壓力等十幾個氣象要素進行全天候現場監測。可以通過專業配套的數據采集通訊線與計算機進行連接，将數據傳輸到氣象計算機氣象數據庫中，用于統計分析和處理。
自動氣象站是由電子設備或計算機控制的自動進行氣象觀測和資料收集傳輸的氣象站，一般由傳感器、變換器、數據處理裝置、資料發送裝置、電源等部分組成。變換器是将傳感器感應的氣象參數轉換成電信号（比如電壓、電流、頻率等）；數據處理裝置則将對這些電信号進行處理，再轉換成對應的氣象要素值。經過處理的氣象要素數據按規定的格式編排，經資料發送裝置用有線或無線方式傳給用戶，或存貯在介質上，由用戶定期回收。電源是為氣象站正常工作提供動力的，在野外通常使用太陽能電池。整個系統由一部微機自動管理。
自動氣象站觀測項目通常為氣壓、氣溫、相對濕度、風向、風速、雨量等基本氣象要素，經擴充後還可測量其它要素。
自動氣象站是一種能自動地觀測和存儲氣象觀測數據的設備，主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統電源等組成,随着氣象要素值的變化，各傳感器的感應元件輸出的電量産生變化，這種變化量被CPU實時控制的數據采集器所采集，經過線性化和定量化處理，實現工程量到要素量的轉換，再對數據進行篩選，得出各個氣象要素值。自動氣象站觀測項目主要包括氣壓、溫度、濕度、風向、風速、雨量等要素，經擴充後還可測量其它要素，數據采集頻率較高，每分鐘采集并存儲一組觀測數據。自動氣象站根據對自動氣象站人工幹預情況也可将自動氣象站分為有人自動站和無人自動站。自動氣象站網由一個中心站和若幹自動氣象站通過通信電路組成的。
按照城區大約間隔5公裡、郊區10-15公裡的建設原則，北京市氣象局現已建成多要素自動氣象站177個(有人自動站20個,無人自動站157個)，并在市局建立中心站組網，實時收集、監控、分發自動氣象站觀測數據，自動站網已覆蓋北京市全地域，能夠實時、準确地獲取北京地區的氣象要素數據，較好地滿足了日常業務需要，也為更好地為奧運會和首都人民做好氣象服務打下了堅實的基礎。
自動氣象站是由電子設備或計算機控制的自動進行氣象觀測和資料收集傳輸的氣象站，通常有以下兩種形式：
（1）有線遙測自動氣象站：儀器的感應部分與接收處理部分相隔幾十米到幾公裡，其間用有線通信電路傳輸。由氣象傳感器，接口電路、微機系統、通訊接口等組成。傳感器将氣象信息轉換成電信号由接口電路輸出。微機系統是它的心髒，負責處理接口電路及觀測員通過鍵盤輸入的信号，并将處理結果輸出顯示、打印、存盤，也可通過接口送到信息網絡服務系統。這種自動站早期用于實時查詢氣象資料，現在逐漸取代氣象站日常主要觀測工作。
（2）無線遙測氣象站：又稱無人氣象站。它包括測量系統、程序控制和編碼發射系統、電源三部分組成。氣象要素轉換成電信号的方式常見有機械編碼式和低頻調制式兩種，前者多使用機械位移的感應元件，使指針在碼盤上位移而發出不同的電碼；後者多使用電參量輸出感應元件，使它産生一個低頻變化的信号，然後将此信号載于射頻上發射。無人氣象站通常能連續工作一年左右，每天定時觀測4─24次。可在1000公裡之外的控制中心指令或接收它拍發的電報，也可利用衛星收集和轉發它拍發的資料。該站通常安置在沙漠、高山、海洋（漂浮式或固定式）等人煙稀少的地區，用于填補地面氣象觀測網的空白處。
配置
各個自動氣象站的配置可以不盡相同，但通常包括以下内容：
全天候數據記錄器，可充電電池和遙測裝置（可選）
氣象傳感器
太陽能電池闆或風力發電機組
桅杆
外殼
自動氣象站的外殼通常是全天候玻璃纖維，ABS樹脂或不鏽鋼。
ABS塑料外殼的特點是重量輕，價格便宜。ABS塑料外殼是常用自動氣象站外殼，但相比起玻璃纖維或不鏽鋼就顯得不太安全和堅固。
玻璃纖維外殼的特點在于耐防化學或水的腐蝕。
不鏽鋼外殼是最佳選擇，而且通常是316s/s或304s/s。不鏽鋼外殼具耐腐蝕及化學性。這些機箱也昂貴，同樣大小的費用可以是玻璃纖維外殼一倍以上。
太陽能電池闆
自動氣象站的主要動力來源，通常是一個或多個太陽能電池闆并聯穩壓器和一個或多個充電池。一般而言，太陽能電池闆的輸出是其最佳的隻有每天5個小時。因此安裝角度和位置是至關重要的。在北半球的太陽能電池闆将被安裝成面向南，南半球的則面向北。安裝的角度則各有不同，但安裝的角度絕不應為5度，是因為會使灰塵積聚而令電力輸出下降。
在陽光充沛的情況下，12伏直流電太陽能電池闆的輸出值為：
5瓦=400mA/hr
10瓦=800mA/hr
20瓦=1.6A/hr
40瓦=3.3A/hr
桅杆
自動氣象站使用的标準桅杆高度為2米，3米，10米和30米。亦有其它尺寸，但通常這些大小已被視作标準。
2米（6.6英尺）桅杆是用于測量影響人類的參數。桅杆高度為參照頭部高度。
3米（9.8英尺）桅杆是用于測量影響農作物的參數（如小麥，甘蔗等）。桅杆高度為參照農作物的頂端。
10米（32.8英尺）桅杆是用于測量避免受樹木影響的數據，如樹木，建築物或其他障礙物。通常這種自動氣象站是測量風速和風向。
30米（98.4英尺）桅杆是用于測量參數分層數據模型。在2米，3米，10米和30米各個分層中測量風，濕度和溫度。其他傳感器則安裝在2米或以下的高度。
分類
自動氣象站按照監測方式分為：手持式氣象站、車載式氣象站、無線遙測氣象站、有線遙測氣象站、便攜式氣象站。1、手持式氣象站：手持式氣象站是最小的氣象站，是由手持儀表和傳感器組成，便于攜帶，測出來的數據現場直接顯示。但是這種氣象站一般不具備遠程功能，且連接的傳感器較少，不能擴展連接。2、車載式氣象站：這是氣象站是專門針對車輛、船舶等應急環境檢測設備而設計的可移動式的觀測氣象站，其連接傳感器的數量相對也比較少。3、無線遙測氣象站：目前最為先進的氣象站就是這種氣象站，它采用物聯網模式，GPRS數據傳輸方式，将數據上傳至網絡平台，凡是有網絡的地方，都随時可以登錄平台，查看氣象站現場數據。且有給予短信預警提示功能，能擴展連接很多傳感器。這種氣象站又稱之為無人氣象站。例如德國STEPS的型号是T-Warner的氣象站，就是采用這種技術的。4、有線遙測氣象站：這是傳統氣象站的監測方式，感應部分與接收處理部分相隔幾十米到幾公裡，其間用有線通信電路傳輸。是傳感器将數據通過連接數據線，将數據傳輸到PC機上。這種方式适合于有人值守區。5、便攜式氣象站：它是用于監測野外氣候，将數據直接傳輸到數據采集器中，數據采集器将數據存貯下來，定期去現場數據。這種氣象站最大的好處就是方便移動，成本相對低很多。
自動氣象站按其功能分為：土壤墒情監測站、自動雨量站、自動水位監測站、雨水情監測站、多要素自動氣象站。1、土壤墒情監測站：其主要是監測幹旱和洪澇的監測站，它連接的傳感器主要是土壤水分傳感器。例如德國STEPS的SW3000，就是典型的土壤墒情監測站。2、自動雨量站：顧名思義，其主要是監測降雨量的監測站，主要連接的傳感器是雨量傳感器。3、自動水位監測站：其主要是監測水位的監測站，主要連接水位傳感器。4、雨水情監測站：是将自動雨量站和水位監測站二者合一，一個監測站上連接了2種傳感器。5、多要素自動氣象站：可以監測風速、風向、溫濕度、降雨量、總輻射、大氣壓力等多種要素的監測站。可以擴展連接多種傳感器。自動氣象站按行業分為：農田氣候觀測站、交通氣象站、海洋環境氣象站、水文氣象站、森林火險監測站、科研氣象站。
功能
1、實時監測溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓、太陽輻射、環境氣體、土壤溫度、土壤濕度、能見度等多種氣象參數，氣象觀測要素的配置方式可以根據項目的實際情況進行靈和配置，根據配置不同可以組合成移動式氣象站、固定式氣象站、梯度觀測站、墒情氣象站、森林防火氣象站、農林小氣候觀測站、高速公路氣象站等多種不同使用用途的氣象觀測站。
2、微電腦氣象數據采集儀具有氣象數據采集、實時時鐘、定時存儲、參數設定、參數和氣象曆史數據掉電保護等功能。數據采集器采用新一代處理器32位Motorola CPU集成高精度GPS數字芯片,1微妙衛星同步支持NMEA0183通訊協議，主動型陶瓷天線讓定位更為精準，通過氣象監測軟件可以準确定位查看監測區域的氣象環境數據，方便于移動觀測氣象數據，工業控制标準化設計，便攜式防振結構，漢字液晶鍵盤人機界面，使用先進的雙屏顯示技術，主屏顯示實時氣象數據信息，輔屏顯示地理狀況信息包括方位、高度、天氣預報資料等等，人機界面友好，便于現場實時查看氣象分析數據，無需外接電腦終端設備。
3、數據存儲方式由内存和外存兩部分組成，标準配置為内存，同時也可以選配外置智能存儲器進行數據備份操作，存儲容量最高達2G，可以存儲50年以上氣象數據。
4、标準RS232/485/USB通訊功能，支持标準MODBUS通訊協議，可以通過有線連接、局域網連接、光纖連接、Modem連接、GPRS移動通訊、數傳電台、3G通訊、衛星通訊等多種通訊方式與氣象站接收服務器組成氣象監測系統。
GPRS移動通訊技術是由我公司獨創的最新一代分組轉移傳輸模式，該模式允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。GPRS永遠在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特别适用于間斷的、突發性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數據傳輸，也适用于偶爾的大數據量傳輸。
5、自動氣象站管理軟件可在WINDOWS2000以上環境即可運行并支持最新WIN7操作系統，實時顯示各路數據，每隔10秒更新一次，每組數據自動存儲（存儲時間可以設定），與打印機相連自動打印存儲數據，生成标準氣象圖文報表及統計分析曲線,存儲量達數年以上，數據存儲格式為EXCEL标準格式可供其它軟件調用，強大數據庫管理功能，支持sql、access、oracle等多種數據庫，并可以将數據上傳至中心管理網站進行實時數據更新發布便于查詢。
6、電源供電系統有市電220V、直流5V、12V和太陽能供電系統多種方式進行選擇。氣象數據采集器配備有綠色節能電源管理模塊系統，如使用太陽能系統方式供電，可保證連續陰雨天情況下十天無斷電穩态工作。
7、采用不鏽鋼輕金屬支架和野外防護箱，外形美觀、耐腐蝕、抗幹擾，可長期運行于各種惡劣的室外環境，安裝支架高度包括2.5m、3m、10m、50m、100m，能夠根據不同規範安裝氣象傳感器。
8、配備新一代外接控制管理模塊，通過該管理模塊可以外接氣象信息顯示屏，用于實時顯示氣象數據和其它業務信息。它适于顯示文字、文本、圖形、圖像、動畫等各種信息，可在室外全天候運行。該設備是在公共場所進行氣象數據顯示及信息發布和企業形象宣傳的有效工具和良好窗口。同時該管理模塊可以控制管理外接設備的工作狀态，例如外接報警系統的的啟動和關閉。
9、完善的防雷擊、抗幹擾等保護措施。在電子線路方面采用了防雷、噪聲抑止等多種抗幹擾措施，在硬件和軟件設計方面采用了降額設計、電磁兼容設計、野值剔除等多種可靠性設計技術，可靠運行于各種惡劣的野外環境，低功耗、高穩定性、高精度、可無人值守。
安裝使用方法
工具/原料
氣象站一台
十字螺絲刀、偏口鉗、扳子各一個，紮帶數根
方法/步驟
檢查氣象站配件是否齊全，檢查支架、傳感器、氣象站主機、供電系統等
固定傳感器，把傳感器固定到相應的支架上面，注意的是(一般風速風向傳感器航插頭對住支架方向内，百葉箱朝南，風向朝北)
固定太陽能闆及氣象站主機、傳感器到主支架上面，固定好；
氣象站接線，按照線纜出廠前的航插頭标示對應接線。
日常維護
一是運行狀态實時監控。在日常工作，區域氣象觀測站運行實時監控系統，根據每小時上傳狀态信息實時監視區域自動氣象站的運行狀态。二是供電狀況監視，根據實時監控系統監控平台，發現連續夜間數據無法上傳，白天太陽能及時補充電壓時數據續傳正常現象，即可初步判斷蓄電池欠壓。三是通過區域自動氣象站數據查詢系統，監視區域自動站采集數據合理性、正确性，發現明顯差錯、疑誤及時與區局相關單位聯系，協商解決。四是通過短信功能監控區域自動氣象站參數配置。
故障維修方法
在日常維護工作中，為确保高效、高質量完成保障任務，一般區域自動氣象站的故障主要通過以下方法解決。
1通過監控軟件及短信功能進行判斷
可通過相關的運行監控軟件，及時發現問題并作出初步判斷。通過短信功能查看故障氣象站的參數配置及話費狀态，同時根據短信功能可以确定區域氣象站是否正常運行，提高遠程解決故障的能力，若短信無回複即需趕赴現場處理故障。
2到達現場首先查看采集器上指示燈狀态
采集器正常運行過程中綠色(電源)指示燈3s閃2次表示設備已經與中心連接正常，否則可根據另4種判斷：常滅關閉模塊、1s閃1次設備正在查找網絡、3s閃1次設備正常找到網絡、1s閃2次設備正在激活GPRS并連接TCP狀态。測量紅燈(網絡)指示燈3s閃1次表示設備正常找到網絡，若1s閃1次則設備正在查找網絡。
3用萬用表測量電池電壓、太陽能供電電壓
一是測量蓄電池電壓。用萬用表直流檔(20V)測量蓄電池工作電壓值。在白天太陽能充足的情況下，測得工作電壓應當高于6.7V;在夜間，蓄電池工作電壓應當在6.3V左右。如果電壓低于5.5V，電源将不能保證自動站的正常工作。若單獨測量電池電壓，需斷開電池輸出端。二是測量太陽能闆充電電流。用萬用表電流檔(2A以上)測量太陽能電池闆充電電流，在不同日照情況下，充電電流大小應當不同，太陽充足的情況下，電流為1A左右。如果無電流則說明太陽能闆故障或供電電線斷路[2]。
根據近2年維護保障工作，發現電源故障的主要原因是電池電壓不足，至此可簡單判斷是否是電池原因造成數據上傳不正常，更換電池再進行狀态和數據監控後故障即可排除;同時，初步測量判斷時，分别對電池供電和太陽能供電進行分開測量與邏輯對比分析，對DY07也進行初步的判斷，并通過更換DY07連續監測，确定故障原因，如果數據仍無法正常上傳，可繼續下面的檢查步驟(下同)。
4重啟采集器
在重啟前先查看接線柱是否松落，應重新緊固、插拔(謹記檢查接線柱必須在關閉采集器狀态下開展)，按動采集器電源按鈕，系統通電後綠色的電源指示燈亮起，連續2聲蜂鳴聲，指示設備通電啟動成功。正常通電約10s後紅色的網絡指示燈由1s閃1次變為3s閃1次，表明設備已經正常注冊到無線網絡上，采集器重啟正常後可連續監控數據傳輸狀态及質量，經監控運行正常，可排除線路松落原因。
