基于农业气象计量检定系统设计研究

发表时间:2017/3/16   来源:《科技中国》2017年1期   作者:赵颖
[导读] 本文借鉴测量系统检定的理论研究成果,结合多年的工作实践,提出优化设计农业气象计量检定系统的思路。

山西省大气探测技术保障中心  陕西 太原030002
摘要:本文借鉴测量系统检定的理论研究成果,结合多年的工作实践,提出优化设计农业气象计量检定系统的思路,对测量系统在气象检定系统的应用提出独特的思路。虽然实现了自动化的操作程序,但实际工作中,会导致测量系统变差的原因多样化,由于实践工作中维护的不及时不合理,往往会导致检测数据的误差,即系统设计之后,更应该强调操作员的技术培训工作。
关键词:气象站;计量检定;系统设计;传感器
        一、引言
        农业气象计量检定工作是整个气象基本业务和服务系统的基础,可靠的量值传递是气象探测和科学研究的前提和保障。本世纪初,自动气象站被广泛应用于全国气象部门,目前,气象部门已建成了多个农业自动气象站,基本取代了人工观测仪器,实现了地面气象观测的自动化,为了确保自动观测系统测量数据的准确性,经过不断的探索,研发了一套包括温度、湿度、气压等自动化计量检定系统,并投入了业务使用,其目的在解决自动站各传感器的自动化检定问题。
        二、农业气象计量检定系统设定
        (一)系统应达到的目标
        实现农业气象计量业务的信息化管理,实现自动化检定,检定过程不需要人工干预。提高检定质量,检定数据准确可靠,消除人为误差,准确性优于人工读数,提高检定效率,从而大幅度提高工作效率。使得自动化检定达到国家规范要求的标准,系统具备可拓展性和前瞻性,以适应气象探测技术的发展。以海量数据库技术和工业自动化控制相结合,实现各传感器和采集器的自动化检定;减少人工干预,过程控制人工智能化,提高检定效率和检定质量。
        (二)系统设定内容
        农业气象计量检定系统是为自动气象传感器检定而设计的业务系统,主要包括业务管理和传感器检定两部分。气象计量业务的管理子系统对检定业务从收发到检定过程及出具证书的整个流程的应用管理功能,主要包括超检预警、收发、检定及检定数据库,提供涉及检定所管理职能的各种查询及检索功能,温、湿、压等各检定项目的检定数据记录及检定结果运算,并出具委托送检清单、检定证书及副本以及各工作环节的数字签名。传感器检定部分主要实现气温、空气湿度、大气压力等传感器的自动检定,自动获取传感器数据及标准器示值、按照相应规程规范自动处理数据、合格与否判定、生成原始记录和检定或校准证书。
        (三)气象计量业务的管理系统设计
        农业气象计量业务的管理子系统包含:仪器收发功能。主要实现仪器的收检信息录入、仪器发放信息的登记等功能。仪器检定功能,实现仪器在机构内部的流转登记、实验数据的获取,实验数据的处理和报告出具等功能。预警超检功能,主要通过对机构留存数据的统计,实现及时发现用户仪器的超检情况,并据此提醒用户送检,保证用户仪器的准确可靠。综合查询统计功能,主要通过对机构日常工作数据的统计,形成气象计量检定机构对于服务工作量的统计报告,便于机构及时掌握工作情况,合理安排工作进度。计量器具管理功能,实现机构内部所使用的计量标准器、配套设备的基本状态管理,并提供超检预警功能,便于机构对工作质量进行控制。



        三、系统配置及软件设计
        (一)系统配置
        检定用标准器和配套设备,使用国家气象局配备的计量标准和配套设备。为实现自动化检定,本系统一般采用通用的配件与插件,主要有:接口单元:指连接传感器和标准器的物理接口和供电单元;模拟扩展单元:指多通道接口及模拟扩展接口件;通信单元:指连接电脑、检定设备、采集器和多通道接口的通信部件;采集单元:指检定数据的采集和输出。
        (二)传感器的检定
        使用多通道接口将多个传感器和标准器置于检定装置中,通过使得唯一性条码与传感器的通道准确对应,使用机控检定装置,按检定规程或规范规定的流程,自动控制检定过程。由多路数据采集器对各检定点(或数据曲线)的数据进行自动读数并进行计算处理。检定数据全部在数据库中进行存贮,按相应检定规程或规范处理并自动出具检定证书。系统需研制的硬件单元有:接口单元:指连接传感器和标准器的物理接口和供电单元。模拟扩展单元:指多通道接口及模拟扩展接口件。通信单元:指连接电脑、检定设备、采集器和多通道接口的通信部件。采集单元:指检定数据的采集和输出。
        (三)系统软件设计
        农业气象系统软件首先要严格定义检测人员和工作元素进行的权限,使其达到考核规范的标准。运用开放式系统结构设计,以应对不同检测方法和规程及时更新调整。系统软件采用分层结构,主要分为数据库层,数据访问层,数据实体层,业务逻辑层,和WEB表示层。分层来做,是为了分工明确,各层之间都是通过引用来协调工作的,最终把所有模块整合到一起。
        数据库层的数据库采用SQL-2005数据库管理软件设计,本系统所采用的数据访问层,可以较为方便有效的和其他类型的数据库平台进行转化。采用VC++6.0软件开发仪器唯一性条码打印的ActiveX控件和任务单打印控件等中间件。通过水晶报表组件实现各原始记录和证书报表的输入输出。
        四、农业气象系统功能和结构设计探析
        (一)主要功能设计
        实现送检仪器的信息登记、发放仪器信息登记等。实现自动气象站气压、气温、空气湿度、风向风速等传感器的自动检定;实现各传感器的批量检定;自动获取检定数据、数据处理、结果判定、自动打印原始记录和检定或校准证书;对各类信息实行网络管理,可供查询检定仪器的相关信息;预警超检功能。主要通过对机构留存数据的统计,实现及时发现用户仪器的超检情况,并据此提醒用户送检,保证用户仪器的准确可靠。综合查询统计功能。主要通过对机构日常工作数据的统计,形成气象计量检定机构对于服务工作量的统计报告,便于机构及时掌握工作情况,合理安排工作进度。
        (二)系统功能结构设计思路
        本文主要采用数理统计方法,在气象检定系统硬件和软件得到保证基础上,根据测量系统分析方法的理论基础,对气象温度、湿度和气压检定系统进行了MSA分析和研究,对如何在实际测控过程中,实施测量系统分析提出了详细的实施方案,并对结果进行分析,提出改进意见,提高了检定系统的准确性。
        首先我们通过稳定性分析,判定量具随时间变化的稳定性。在稳定性得到保证的前提下,对线性和偏倚进行了准确度判断,并采用量具R&R分析对该初始系统的准确度和精密度进行了分析,得出对该初始测量系统的判定结果。并根据合格测量系统的判定方法,提出了三种测量系统的判定改进意见。针对改进意见,我们对温度、湿度和气压检定系统进行了进一步的检测分析,用以判断改进的效果,结果分析后发现改进措施是可行的,对初始测量系统有很大的改进。本文的测量系统分析方法只针对简单测量系统,不涉及复杂的测量系统,因为其复杂性及对其数据采集的高难度性,不是本论文所研究的范围。可以将此作为未来的一个研究方向。随实际生产的需要,一些新的测量系统逐渐应用,如多参数测量系统,对于这种新型的测量系统如何分析,有待进一步研究。
参考文献:
 [1] 来印敬,张曙光.  基于S3C2440的车载GPS/GPRS跟踪监控系统研究与实现[J]. 现代电子技术. 2011(19)
[2] 蒲晓勇,谢从刚,向立莉.  自动气象站检定结果不确定度的评定与表示[J]. 气象水文海洋仪器. 2010(04)


 

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