自动化气象站(AWS)入门指南

当天气影响决策、安全、生计和研究时,就没有猜测的余地。现代世界依赖于数据,包括准确的天气信息。虽然“数据驱动决策”常被当作流行词,但在该领域,它意味着在应对不确定性和自信准备之间产生差异。

这就是自动化气象站(AWS)的用武之地。这些坚固的系统能够在充满挑战的环境中持续且基本独立地运行,无需持续监督即可收集精确的天气数据。

在本文中,我将重点介绍哪些组件构成了 AWS,为何它们很重要,以及从数据记录仪到传感器再到软件等一些关键的仪表功能。无论您只是在探索还是随时可以部署,本指南都是您让天气测量数据对您有效的起点。

什么是自动气象站?

AWS 是一种系统,旨在以精确且极少的人为干预,持续监控和记录土壤、地表水或大气数据等环境状况。AWS 配备了多种传感器,可提供准确、实时的数据,支持在农业、道路天气、环境研究、恶劣天气监测和航空等多种应用中的明智决策。

通过自动化数据收集和传输,AWS 解决方案提供可靠且全天候的洞察,帮助用户主动应对不断变化的环境。

大多数 AWS 设置包含多个关键组件,例如:

1. Sensors传感器——从空气温度、通量到沉淀和可见性,Campbell Scientific 为环境、基础设施和可再生能源应用提供了多种坚固可靠的传感器。

2. Data Loggers数据记录器——数据记录仪是整个 AWS 架构的“大脑”,负责从传感器收集测量数据。一些数据记录仪提供内置通信选项,例如蜂窝网络、Wi-Fi 或以太网连接。

3. 电源 电力对于持续运行您的气象站至关重要。功率要求因传感器选择、AWS 位置和位置以及其他因素而有很大差异。如果不确定需要多少电量,请咨询您的销售工程师以获取电力预算。

• 保护您的仪器免受过大功率的影响有多种形式。无论您使用浪涌保护、避雷器、充电调节器,还是三者结合使用,通常都建议采取主动防护措施来保护您的仪器仪表。

• 一些解决方案需要太阳能电池板和电池的结合,而其他安装则需要有线电源。您的销售工程师可以帮助您根据自己独特的测量需求来判断哪些可能最合适。

4. Communications/Telemetry Equipment通信/遥测设备——无论您是通过手机、以太网、无线电、Wi-Fi甚至卫星手动收集数据,考虑如何接收数据,都是AWS的一个重要设计因素。

5. Mounting Equipment and Enclosures安装设备和外壳——选择合适的三脚架、塔架、横臂和围栏,有助于确保您的仪器设备能够稳定且受到保护。正确的安装程序也可能是确保精确测量的关键部分。

6. Software软件——您使用软件进行数据记录编程、数据管理和可视化,以提供可操作的洞察。从 CampbellCloudTM 到 LoggerNet 以及特定应用程序的软件选项,Campbell Scientific 拥有多种软件,能够提供帮助。

关键测量及其重要性

虽然许多类型的传感器可根据您的具体需求添加到监测站,但本节重点介绍一些在环境监测中使用最广泛的传感器。

• 空气温度传感器 – 通常被视为 AWS 的核心组件,准确的空气温度测量支持许多其他传感器读数。建议在所有Campbell Scientific空气温度传感器中使用兼容的太阳辐射防护罩。
  
  

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• 空气温度和相对湿度(RH)传感器——这些传感器通过将两个测量值结合在一个设备中,提供空间和成本效益。我们建议使用这些传感器使用兼容的太阳辐射防护罩。

• Barometric Pressure Sensors气压传感器——这些传感器以高精度测量大气压力,有助于检测与天气预报、安全和环境监测相关的变化。气压传感器应安装在通风的围栏内,以防止损坏。

• Precipitation Sensors降水传感器——有多种设计,主要测量液态降水(雨),而加热模型也能检测固体形态(如积雪)。

• Soil Moisture Sensors土壤湿度传感器——这些传感器可测定土壤的体积含水量(VWC),其中一些还可提供土壤温度和导电性读数。安装要求可能有所不同;硬质或岩石土壤可能需要特殊工具,例如茄子或安装杆。

• Solar Radiation Sensors太阳辐射传感器——现有多种可用的太阳辐射传感器,每种传感器的光谱范围和ISO等级各不相同。考虑使用带有太阳辐射传感器的安装支架。

• Wind Sensors风力传感器——这些用于测量风速、方向或两者。选择风力传感器时,应考虑所需的环境条件和测量精度。

传感器与现有 AWS 或数据记录器的兼容性可能有所不同,因此最好咨询您的销售工程师。他们可以帮助确认哪些内容有效,并讨论您可能需要考虑的任何其他细节。

数据记录器:AWS 背后的智能

任何 AWS 或数据采集系统的核心都是数据记录器,它是使整个系统具备持续收集、处理和管理连接传感器数据的关键组件。

在按程序区间收集测量数据后,数据记录仪会将信息存储在本地位置,或通过有线或无线通信渠道将其发送到数据管理系统。这有助于实现实时监测、长期趋势分析和自动化警报,以支持农业、气象学、水文学和环境监测等领域的决策。

当今的数据记录器具有高度的灵活性和可编程性。可根据具体情况定制以处理复杂任务,例如根据特定条件触发警报。这种适应性使其非常适合从崎岖的户外环境到受控的工业场地。

选择数据记录仪时,考虑以下因素以找到适合您申请的条件可能会很有帮助:

• Inputs输入——确定数据记录仪可支持的传感器数量以及类型(模拟、数字等)

• 扫描速率 – 定义数据记录仪采样数据的速度和频率

• Operating Temperature Range工作温度范围——指定数据记录仪能够可靠运行的温度限制,这对于户外和极端环境非常重要

• 通信端口 – 包括原生端口(例如:RS-232、RS-485、SDI-12、CS I/O、USB、以太网),可帮助您规划数据的取回或传输方式

• Integrated Communications/Charge Regulators集成通信/充电调节器——部分设备内置蜂窝或无线电调制解调器,以及电源调节系统,可减少对额外硬件的需求,并节省外壳空间。

• Power Requirements电源要求——表示维持数据记录器所需的电压

• Data Logger Storage Capacities数据记录器存储容量——由于内部内存在模型之间变化,一些数据记录仪支持外部存储器进行周期性数据卸载,以防止丢失。

• Flexibility and Future-Proofing灵活性与未来保护——未来数据记录仪通常支持来自多个传感器供应商的数据摄取,可以选择使用不同的通信协议等。

• Other Factors其他因素——根据您独特的应用情况,其他因素对于查找和选择最适合您需求的数据记录仪可能至关重要。

选择合适的数据记录仪可让您的系统获取准确、可靠的数据,有效沟通;并在应用程序和环境的具体要求下持续执行。

软件与数据管理应用

收集气象数据,不仅仅是安装气象站和离开。安装过程中,软件用于编程数据记录仪,以便其能够按设定的间隔从传感器收集数据,并根据您的通信硬件传输数据,具体取决于您的需求。

但软件不仅仅处理编程。对于可视化数据、设置警报以及管理系统至关重要。从基于服务器的工具(如 LoggerNet)到CampbellCloud等基于云的平台,您选择的软件在气象站的长期成功中起着关键作用。坎贝尔科学公司拥有一套全面的软件套件。与您的销售工程师聊天,选择适合您需求的软件解决方案。

从安装到重新校准:支持您站点的服务

如果您正在寻找专业的安装或帮助规划数据记录仪,我们提供多种服务,但需额外收费,帮助您正确设置气象站。我们还提供持续支持。随着站点老化,可为部分传感器和数据记录仪提供重新校准和维修服务,以保持系统最佳性能。

数十年的专业知识,尽职尽责

无论你是设计第一座还是第一百座气象站,它都可能让人感到难以承受或不知所措。自1974年以来,坎贝尔科学公司一直是环境监测行业值得信赖的领导者,我们随时为您提供帮助!

在个性化(及免费)咨询中,我们将为所有这些及更多内容提供专家指导。全球各地设有办事处,在建设气象站以获取可靠、可靠的数据时,您将获得针对特定地区的支持。