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摘要 介绍了DNQ3型能见度仪的结构、工作原理、功能及相关参数，设计了双套DZZ6型自动站与DNQ3型能见度仪的共享通信，并对其通信原理、接线方法以及台站地面综合观测业务软件设置进行了详细说明，以期提高观测效率并保证数据的完整性。
关键词 DZZ6型自动站；DNQ3型能见度仪；结构；原理；共享通信；软件设置
中图分类号 P415.1 2 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2017）06-0203-01
目前，吉林省部分台站安装了双套中环天仪（天津）气象仪器有限公司生产的DZZ6型自动气象站，然而只配备1个DNQ3型能见度仪。根据现有的接线方法，即使双套站同时运行，也只能在1台采集器上读出能见度数据。根据能见度的通信原理，经过试验，在磐石市气象局实现了1台DNQ3型能见度仪同时为双套DZZ6型自动气象站输出数据，达到主备份地面观测系统能见度观测数据共享。
1 DNQ3型能见度仪结构及工作原理
1.1 仪器结构
DNQ3型前向散射能见度仪是一种智能化的新一代大气能见度监测设备，具备能见度观测和背景光测量功能。该仪器至少包含以下3个部分：传感器、采集器和支架。其中，传感器部分包括接收器、发射器和控制处理器等；采集器包括接口单元、中央处理单元、存储单元等；支架部分包括立柱和底座。为保证设备良好运行还应包括供电电源、电源防雷器和蓄电池等；且可选配无线通信模块。
1.2 工作原理
根据气象光学视程（MOR）的定义（白炽灯发出色温为2 700 K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度），通过消光系数可以计算得到气象光学视程。当前向散射角在20～50°范围时，在常规大气环境下，不论是浓度改变还是粒径分布不同，同一散射角的散射强度和消光系数有很好的比例关系[1-2]。
前向散射能见度仪由发射器和接收器组成，前向散射角通常取值为25～45°。由接收器接收到的散射光的强度计算被采样大气的消光系数σ。
根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR）：
MOR=-ln（ε）/σ
式中：ε为对比阈值，σ为消光系数。
当ε=0.05时，MOR=2.996/σ。
DNQ3型能见度仪传感器部分包括发射器、接收器和控制处理器等，通过测量35°角散射的红外光强度来估算大气光学视程（MOR）[3-4]。发射器通过红外发光二极管发出一束红外光射入大气中，接收器将采样区内特定角度的散射光汇聚到光电传感器的接收面上，并将其转换为电信号。此信号经处理后送至电源/控制器的数据采集板，经CPU取样并计算后，采用适当的算法将测量值转换成气象能见度值，再通过RS-232接口与用户计算机通信，经CPU采样和计算后得到能见度值。
2 DNQ3型能见度仪主要技術指标
2.1 主要功能
可对大气能见度进行连续监测；采用RS-232与监控计算机通讯；能见度仪能对自身的12 V直流电源、接收器温度等进行监测。
2.2 相关参数
测量范围10～30 000 m，测量精度为±10%。采用12 V直流电源，功率≤10 W。工作条件：环境温度为-45～50 ℃，相对湿度0～100%，大气压力≥650 hPa。贮运条件：环境温度为 -50～60 ℃，相对湿度0～100%。
3 共享通信设计
3.1 共享通信实现原理
该站双套站分别定义为A站（安装能见度传感器）、B站（未安装能见度传感器）。能见度仪通过RS-232通信接口接入采集器。通过共享能见度仪串行通信RS-232发端信号，即能见度仪的T端信号，连接到2个DZZ6采集器的R端：将A站采集器R端信号与B站采集器R端信号并联，其连接电路如图1所示。
3.2 接线方法
准备2根做好压线端子的导线，将A站采集器的R端与B站采集器R端并连，A站采集器的G端与B站采集器G端并连即可，完成接线后重启A、B站采集器。
4 台站地面综合观测业务软件设置
4.1 设置或读取能见度传感器状态
在台站地面综合观测业务软件SMO中设备管理菜单中点“维护终端”打开采集器命令终端输入如下命令：
命令符：SENST VI
返回值为1表示传感器开启（SENST：设置或读取各传感器状态命令；VI：能见度传感器标识符；单个传感器的开启状态，用“0”或“1”表示，“1”表示传感器开启，“0”表示传感器关闭）。
若没有开启能见度传感器，则键入命令开启：SENST VI 1↙
返回值：表示设置失败，表示设置成功。
4.2 在B站SMO软件挂接能见度传感器
在SMO业务软件参数设置菜单下打开观测项目挂接设置对话框，将能见度传感器挂接到新型自动站中，同时选中“视程障碍判别”选项。
4.3 在B站MOI软件中设置能见度参数
在MOI业务软件参数菜单下打开参数设置对话框，自动观测能见度数据源选择“新型站能见度”，在一般观测项目中能见度栏选择“自动”，视程障碍类现象栏选择“自动”。
5 结语
通过以上操作在磐石市气象局实现了1台DNQ3型能见度仪同时为双套DZZ6型自动气象站输出数据，达到了主备份地面观测系统能见度观测数据共享[5]。通过业务检验，此方法的优点体现在以下方面：一是可以在主备份计算机业务软件上同时显示能见度数据，在启用备份站计算机发报时可以通过业务软件直接读取每1 min能见度值、10 min能见度和正点能见度值，省略了从主站拆卸能见度仪再安装到备份站的步骤，简化了应急工作流程，极大地提高了工作效率。二是业务软件参数设置正确、完整，同时可以完成天气现象综合判别，有利于主备份站判别观测数据的对比。三是在主站因采集器未采集能见度而造成能见度数据缺测的情况下，可以从备份站计算机上直接读取数据替代，减少数据缺测的次数，保证数据完整性。
6 参考文献
[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2007.
[2] 中国气象局气象探测中心.新型自动气象（气候）站功能需求书（修订版）[Z/OL].（2015-07-09）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=O-50NKIQqqS8I7_TTuOtclHYubopHiXXwaLM_ogGE6GfEyHVuSl EOh8RcBQw7pH_i2DRPEpStSYxisxoXKyJzmeB-1WhouThV-F4XSnH kJ7.
[3] 陈美红.前向散射型能见度仪信息特性研究[D].南京：南京信息工程大学，2007.
[4] 中国氣象局综合观测司.前向散射能见度仪观测规范（试行）[Z/OL].（2015-08-01）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=twRz_xl z5TiViV7PhYDWhB924AqC2xJI6Mf8xi3YZKn4q3buspoeLhxOfr3sqEN Cc0KuvDcyRt2l Ez3Yr5iNtWhvLcpWLzI2Vx394LdY9S3.
[5] 新型自动气象（气候）站终端命令格式[Z/OL].（2010-07-14）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=3hAx4QSvPG4nWuJ-6xaad9L ia6y7HVgqfkLRspVu4Ma0DW4pbnSAtyrctTdK8tH1Qmf5d-AHvrOaomf Rw2sTgzhmznPxYeGyGGwG71l9Sx3.
关键词 DZZ6型自动站；DNQ3型能见度仪；结构；原理；共享通信；软件设置
中图分类号 P415.1 2 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2017）06-0203-01
目前，吉林省部分台站安装了双套中环天仪（天津）气象仪器有限公司生产的DZZ6型自动气象站，然而只配备1个DNQ3型能见度仪。根据现有的接线方法，即使双套站同时运行，也只能在1台采集器上读出能见度数据。根据能见度的通信原理，经过试验，在磐石市气象局实现了1台DNQ3型能见度仪同时为双套DZZ6型自动气象站输出数据，达到主备份地面观测系统能见度观测数据共享。
1 DNQ3型能见度仪结构及工作原理
1.1 仪器结构
DNQ3型前向散射能见度仪是一种智能化的新一代大气能见度监测设备，具备能见度观测和背景光测量功能。该仪器至少包含以下3个部分：传感器、采集器和支架。其中，传感器部分包括接收器、发射器和控制处理器等；采集器包括接口单元、中央处理单元、存储单元等；支架部分包括立柱和底座。为保证设备良好运行还应包括供电电源、电源防雷器和蓄电池等；且可选配无线通信模块。
1.2 工作原理
根据气象光学视程（MOR）的定义（白炽灯发出色温为2 700 K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度），通过消光系数可以计算得到气象光学视程。当前向散射角在20～50°范围时，在常规大气环境下，不论是浓度改变还是粒径分布不同，同一散射角的散射强度和消光系数有很好的比例关系[1-2]。
前向散射能见度仪由发射器和接收器组成，前向散射角通常取值为25～45°。由接收器接收到的散射光的强度计算被采样大气的消光系数σ。
根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR）：
MOR=-ln（ε）/σ
式中：ε为对比阈值，σ为消光系数。
当ε=0.05时，MOR=2.996/σ。
DNQ3型能见度仪传感器部分包括发射器、接收器和控制处理器等，通过测量35°角散射的红外光强度来估算大气光学视程（MOR）[3-4]。发射器通过红外发光二极管发出一束红外光射入大气中，接收器将采样区内特定角度的散射光汇聚到光电传感器的接收面上，并将其转换为电信号。此信号经处理后送至电源/控制器的数据采集板，经CPU取样并计算后，采用适当的算法将测量值转换成气象能见度值，再通过RS-232接口与用户计算机通信，经CPU采样和计算后得到能见度值。
2 DNQ3型能见度仪主要技術指标
2.1 主要功能
可对大气能见度进行连续监测；采用RS-232与监控计算机通讯；能见度仪能对自身的12 V直流电源、接收器温度等进行监测。
2.2 相关参数
测量范围10～30 000 m，测量精度为±10%。采用12 V直流电源，功率≤10 W。工作条件：环境温度为-45～50 ℃，相对湿度0～100%，大气压力≥650 hPa。贮运条件：环境温度为 -50～60 ℃，相对湿度0～100%。
3 共享通信设计
3.1 共享通信实现原理
该站双套站分别定义为A站（安装能见度传感器）、B站（未安装能见度传感器）。能见度仪通过RS-232通信接口接入采集器。通过共享能见度仪串行通信RS-232发端信号，即能见度仪的T端信号，连接到2个DZZ6采集器的R端：将A站采集器R端信号与B站采集器R端信号并联，其连接电路如图1所示。
3.2 接线方法
准备2根做好压线端子的导线，将A站采集器的R端与B站采集器R端并连，A站采集器的G端与B站采集器G端并连即可，完成接线后重启A、B站采集器。
4 台站地面综合观测业务软件设置
4.1 设置或读取能见度传感器状态
在台站地面综合观测业务软件SMO中设备管理菜单中点“维护终端”打开采集器命令终端输入如下命令：
命令符：SENST VI
返回值为1表示传感器开启（SENST：设置或读取各传感器状态命令；VI：能见度传感器标识符；单个传感器的开启状态，用“0”或“1”表示，“1”表示传感器开启，“0”表示传感器关闭）。
若没有开启能见度传感器，则键入命令开启：SENST VI 1↙
返回值：
4.2 在B站SMO软件挂接能见度传感器
在SMO业务软件参数设置菜单下打开观测项目挂接设置对话框，将能见度传感器挂接到新型自动站中，同时选中“视程障碍判别”选项。
4.3 在B站MOI软件中设置能见度参数
在MOI业务软件参数菜单下打开参数设置对话框，自动观测能见度数据源选择“新型站能见度”，在一般观测项目中能见度栏选择“自动”，视程障碍类现象栏选择“自动”。
5 结语
通过以上操作在磐石市气象局实现了1台DNQ3型能见度仪同时为双套DZZ6型自动气象站输出数据，达到了主备份地面观测系统能见度观测数据共享[5]。通过业务检验，此方法的优点体现在以下方面：一是可以在主备份计算机业务软件上同时显示能见度数据，在启用备份站计算机发报时可以通过业务软件直接读取每1 min能见度值、10 min能见度和正点能见度值，省略了从主站拆卸能见度仪再安装到备份站的步骤，简化了应急工作流程，极大地提高了工作效率。二是业务软件参数设置正确、完整，同时可以完成天气现象综合判别，有利于主备份站判别观测数据的对比。三是在主站因采集器未采集能见度而造成能见度数据缺测的情况下，可以从备份站计算机上直接读取数据替代，减少数据缺测的次数，保证数据完整性。
6 参考文献
[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2007.
[2] 中国气象局气象探测中心.新型自动气象（气候）站功能需求书（修订版）[Z/OL].（2015-07-09）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=O-50NKIQqqS8I7_TTuOtclHYubopHiXXwaLM_ogGE6GfEyHVuSl EOh8RcBQw7pH_i2DRPEpStSYxisxoXKyJzmeB-1WhouThV-F4XSnH kJ7.
[3] 陈美红.前向散射型能见度仪信息特性研究[D].南京：南京信息工程大学，2007.
[4] 中国氣象局综合观测司.前向散射能见度仪观测规范（试行）[Z/OL].（2015-08-01）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=twRz_xl z5TiViV7PhYDWhB924AqC2xJI6Mf8xi3YZKn4q3buspoeLhxOfr3sqEN Cc0KuvDcyRt2l Ez3Yr5iNtWhvLcpWLzI2Vx394LdY9S3.
[5] 新型自动气象（气候）站终端命令格式[Z/OL].（2010-07-14）[2016-12-20].http：//wenku.baidu.com/link？url=3hAx4QSvPG4nWuJ-6xaad9L ia6y7HVgqfkLRspVu4Ma0DW4pbnSAtyrctTdK8tH1Qmf5d-AHvrOaomf Rw2sTgzhmznPxYeGyGGwG71l9Sx3.