摘要：随着地面气象观测仪器设备自动化、智能化水平的提升。基层台站的雪深观测项目由 人工观测进入自动观测， DSS1 型激光雪深观测仪在基层台站陆续安装使用。DSS1 型激光雪 深观测仪是江苏省无线电科学研究所有限公司自主研发并经国家气象局设计定型的全天候 自动雪深观测仪器。结合了激光测距、电气工程、信号处理等方面技术,是一个可靠的自动 化观测仪器。适用于气象、航空机场和道路交通、科学考察等要求对雪深进行高精度连续性 观测的行业。 关键词：工作原理； 日常维护；问题；措施陈幼坚
引言：
雪深观测仪器由硬件和软件两部分组成。硬件由数据采集器、采集器和外围设备组成， 外围设备包括通信单元、供电电源、防雷模块、加热单元、测雪板、终端微机、立柱等； 软 件包括采集器嵌入式软件、业务应用软件和现场标定工具软件。 图1雪深观测仪图示
1 工作原理
肺脓疡雪深观测仪器采用相位法激光测距原理， 激光测距单元的测距范围为 0~2m，测距分辨 力为 0.1mm。测距重复精度为±1mm。激光测距单元由高稳定的激光发射器、接收器、前置 控制器组成， 采用相位法测距， 用 无线电波段频率，对激光束进行调制并测定调制光往返 测线一次所产生的相位延迟，再根据 调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，即用 间接方法测定出光经往返测线所需的时 间， 得到距离值。同时， 激光测距单元还检测反射 激光信号的强度变化。距离、信号强度等 数据送至处理单元进行处理。
图2雪深传感器测量原理图
相位差采用差频测量方法，将调制激光信号和接收信号分别与中频本振信号进行差频混 频后，得到两个相位差不变但是频率较低的信号， 使高精度相位差检测易于实现。混频后的
信号通过数字鉴相器进行相位差检测，有利于简化电路， 提高相位差检测的定性和精确度。
图3相位差检测原理示意图
2 日常维护 2.1.维护警示：
2.1.1 雪深传感器检查时，禁止直视激光雪深传感器的发射窗口。
2.1.2 激光雪深传感器的光学部件需由专业人员进行清洁。
2.2 台站工作人员对雪深观测仪进行以下的维护工作。
2.2.1在容易产生蛛网、污染等的场合， 则需要对传感器的波束通路进行清洁。
2.2.2 启用雪深观测前，应清理基准面上杂物，平整基准面，检查供电、防雷接地、据 线连接等情况。
2.2.3 启用雪深观测前， 应对雪深传感器的测量性能进行检查， 若不符合时， 应进行现 数场重新校准， 达到规定的技术要求。
2.2.4传感器启用期间， 保持基准面整洁平整，每日检査系统供电、通信情况。
2.2.5 积雪期间，每日检查测雪面，及时清除异物。若测雪面因踩踏等造成破坏时，应 及时将测雪面尽可能恢复至与周围雪面状况相同。
2.2.6 启用期间，每日检查传感器的外观、运行状态，注意分析判断雪深数据的准确性， 如有疑问， 应及时进行现场测试。
2.2.7 每月定期检查激光传感器探头的清洁度，保持清洁。
2.2.8停用时， 应切断电源和采集器连接的数据线，清洁测距探头，并加防护罩。
2.2.9停用期间，应定期给仪器的蓄电池充电。
3 自动观测、维护中存在的问题
3.1 测量方法
按照仪器安装要求， 雪深传感器的激光探头与垂直立柱倾斜角 10°~ 30°， 所以测量 的积雪深度并非垂直于地面的积雪深度。
图4立柱与激光探头示意图
3.2 标定校准
按照要求，标定时须将标准块放置在基准面(金属面朝上) 上。因 3.1 的原因， 高度 5 厘米的标准块放置后可以标定使用； 高度 10 厘米的标准块，按要求放置后， 红激光不能 垂直照射在标准块截面， 所以不能标定或标定后误差较大。
图5标定示意图
汞金
3.3 外界影响
3.3.1 测站刚开始出现冻土时， 仪器下垫面受冻土冻结影响， 测雪板和基准面(基准面 镶嵌在测雪板内)升高，随着冻土深度增加， 测雪板和基准面同时升高，出现无降雪天气现 象却能连续自动观测到雪深数据。
3.3.2 在春季冻土消融时，测雪板和基准面(基准面镶嵌在测雪板内) 下降，随着冻土 深度减小， 测雪板和基准面同时下降，出现有降雪天气现象而不能观测到雪深数据。国宝沉浮录
褚世新3.3.3 根据规范要求和台站实际情况，冻土冻结或消融时，需要多次标定激光雪深观测 仪。 只有在冻土大于 20 厘米以后，测雪板和基准面在实有冻结基础上趋于稳定。
3.4 其他
根据 《地面气象观测规范》要求，雪深观测需做 3 次测量，并求其平均值，3 次测量的 地点彼此相距 10 米以上。因受风速、地形等影响， 单点测量的雪深数据不具有代表性。
目前， 台站安装的 DSS1 型激光雪深观测仪只是单点测量， 自动观测数据难免有误差。 时常出现测站出现降雪后，人工能观测到雪深，而自动观测数据无雪深或雪深数据偏小。
综上所述： 通过基层台站连续几年对 DSS1 型激光雪深观测仪的使用，首先， 使用期间 标定次数较多，标定只能使用 5 厘米模块；其次， 单点测量的数据的准确性不高；最后，基 层业务人员需时刻关注、修改雪深数据，无疑增加了其工作量。
4 措施
为保证雪深观测数据的准确性
4.1 雪深传感器的激光探头应在基准面正上方，并垂直于基准面，与立柱平行。一是方 便标定校准，二是测量的数据是雪面到地面的垂直高度， 符合规范要求。
婚姻挤压
4.2 雪深传感器激光探头(测雪板) 需安装 3 个， 相距 10 米以上； 每次观测采集 3 个 数据求其平均值。
4.3 测雪板下混凝土浇筑一个预埋基础， 深埋于下垫面， 基础上面预留4 个螺栓， 用于 固定调平测雪板，从而降低冻土的冻结和消融对测雪板的影响。
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， 2003.
[2] 中国气象局综合观测司.气象仪器与观测方法指南(第七版) [M]. 北京： 气象出版社， 2005.
[3] 褚春燕，苏世兵， 张宇，等. 佳木斯站 DSS1 型雪深观测仪自动与人工观测对比分析[J]. 气象水文海洋仪器， 2019，(04)： 9-11. [4]虞敏.积雪深度激光测量仪的研究设计[D].南京：南京信息工程大学，2012.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议