1、附件自动日照计功能规格需求书中国气象局综合观测司2014 年 12 月1编 写 说 明本功能规格需求书规定了自动日照计的相关技术要求，包括：组成结构、功能和测量性能指标、环境适应性和业务运行等要求，可作为自动日照计的设备研制、生产、测试评估的依据。本功能规格需求书由中国气象局综合观测司委托中国气象局气象探测中心组织编写，修改权、解释权属于中国气象局综合观测司。主要编写人员：吕文华、丁蕾、贺晓雷、杨云、边泽强、权继梅、崇伟。2目 录1 前言 .11.1 目的 .11.2 适用范围 .11.3 制定依据 .12 组成结构要求 .22.1 概述 .22.2 日照传感器 .22.3 数据处理单元 .3
2、2.4 供电单元 .32.5 外围结构 .33 功能要求 .43.1 日照观测 .43.2 数据采样 .43.3 数据处理 .43.4 数据格式 .43.5 数据存储 .43.6 数据传输 .53.7 时钟管理功能 .54 性能要求 .54.1 自动日照计性能要求 .54.2 观测时制要求 .54.3 数据质量控制标识规定 .64.4 电源要求 .65 环境适应性要求 .65.1 气候条件 .65.2 外壳防护等级 .65.3 抗盐雾要求 .75.4 电磁兼容性要求 .76 业务运行要求 .86.1 运行状态信息 .86.2 产品的可靠性 .86.3 可维护性 .86.4 检验要求 .96.5
3、 设备寿命 .937 结构和外观要求 .97.1 机械结构要求 .97.2 机械强度要求 .97.3 材料与涂覆要求 .107.4 外观要求 .108 其他要求 .108.1 技术文件 .108.2 安装与场地要求 .108.3 安全要求 .118.4 防雷要求 .11附录 .12附录 分钟日照算法 .12附录 数据格式、观测要素及编码 .13附录 C 设备状态要素编码 .1911 前言1.1 目的日照是指太阳在一地实际照射的时数，是地面气象台站观测的基本项目。日照时数定义为在一给定时段内太阳直接辐照度超过 120W/m2的各分段时间的总和。目前我国气象部门对日照时数的观测普遍使用的是暗筒式（
4、又叫乔唐式）和聚焦式日照计，该仪器的日照纸需人工制作、安装和更换，日照时数需要根据感光迹线进行人工判断，自动化程度低，测量结果精度较低、资料可比性和一致性难以保证，即使同一台仪器的记录的可比性也不是很理想。随着当前地面气象观测自动化的发展，该仪器已经不能满足自动化业务观测的需求，亟待研制具有自动观测、性价比高、精度高、维护方便等特点的可以业务运行的日照计。自动日照计的应用对监测天气气候状况、农业生产、太阳能开发、建筑规划与设计、环境监测等都有重要意义。1.2 适用范围本功能需求书规定了自动日照计的结构、功能、性能、环境适应性和业务运行等要求，为设备制造单位提供产品设计和生产的依据。1.3 制定
5、依据本功能规格需求书依据或参考下列文件资料编写：1 世界气象组织气象仪器和观测方法指南（第七2版） ；2 中国气象局地面气象观测规范(2003 年)；3 中国气象局新型自动气象（气候）站功能规格书 （业务试用版） 。2 组成结构要求2.1 概述自动日照计由硬件和软件两部分组成。其硬件可分成日照传感器、数据处理单元、电源和外围组件 4 个主要部分。自动日照计既可以与微机终端连接组成日照观测系统，也可以作为日照传感器挂接在其它采集系统上，组成结构见图 1，其软件可完成日照数据采集、处理、存储和发送等。数据处理单元自动气象站或终端微机日照传感器RS232、供电单元太阳能电池板或交流供电图 1 日照观
6、测系统结构图2.2 日照传感器日照传感器结构如图 2 所示，其核心部件为 3 个光电感应器件，放置于一透明玻璃罩内，其中 1 个光电感应器件用于测量总辐射，另外 2 个光电感应器件用于测量散射辐射，其遮光罩应采用特殊的全分天空方式，使二者不能同时暴露于阳光下。传感器内部通过一系列的转换，得到3代表太阳直接辐射的电信号，当直接辐射大于等于 120W/m2时，输出相应电平表示的日照信号。利用直接辐射表或总辐射表和散射辐射表的测量值可以计算日照时数，但该类辐射仪器不属于本功能规格需求书的规定范畴。图 2 日照传感器结构图2.3 数据处理单元数据处理单元由中央处理器、时钟电路、数据存储器、接口、控制电
7、路等部分构成，它是自动日照计的关键部件。主要功能是负责对传感器的输出信号进行采样，并对采样样本进行质量控制、数据运算处理、记录存储，并进行与自动气象站或终端微机之间的数据通信。2.4 供电单元供电控制单元负责为传感器和数据处理单元提供工作电源，通常使用 12V 蓄电池供电，可使用交流电或太阳能（风能等）对蓄电池进行充电。2.5 外围结构外围结构主要包括传感器安装立柱、支架及其附件。43 功能要求3.1 日照观测日照传感器通过测量太阳辐射，直接或间接得到太阳直接辐照度，根据设定的阈值，判断有无日照。传感器输出以高、低电平表示的日照信号，同时也输出代表直接辐射的信号，用于监控传感器工作状态。3.2
8、 数据采样每 10s 对传感器进行一次采样，1 分钟采集 6 次。3.3 数据处理对采样得到的电压信号进行判断，如果判断为有日照，则将这 10 秒累计到日照时间，每分钟对日照时间四舍五入后进行取整输出，单位为 min，小数部分保留，继续累积到下一分钟（分钟日照算法见附录） 。对小时内分钟日照时数进行累加，得到日照时数小时累计，单位为 min。对小时日照时数进行累加，得到日照时数日累计，单位为 h。3.4 数据格式数据格式、观测要素及编码符合附录 B 的规定。3.5 数据存储自动日照计具有数据存储功能，数据存储采用滚动循环存储方式，每分钟存储一条记录。存储的数据量不少于6 个月，数据存储器应具备
9、掉电保存功能。53.6 数据传输通过 RS-232 接口传输数据，由通讯模块实现。3.7 时钟管理功能当日照计独立运行时，由实时时钟芯片提供系统时钟；当日照计接入业务软件时，支持网络时间协议的自动校时。4 性能要求4.1 自动日照计性能要求4.1.1 总体性能要求 最大允许误差：10%/月； 年稳定性：5%；4.1.2 传感器性能要求 光谱范围：400nm1100nm； 阈值：直接辐照度 120W/m2； 阈值的最大允许误差：24W/m 2；4.1.3 时钟精度要求 实时时钟走时误差：15s/月；4.1.4 加热及功耗要求 加热：为了防止结露和雪霜，传感器应具备加热功能； 功耗：2W（不含加热
10、）,15W（含加热） 。64.2 观测时制要求日照的观测使用地方时进行观测。地方时：00 时 00 分 00 秒 001 毫秒代表一天的开始，24 时 00 分 00 秒代表一天的结束。4.3 数据质量控制标识规定数据质量控制标识的规定符合附录 B 的要求。4.4 电源要求自动日照计的供电电源为 12V 蓄电池。由辅助电源对蓄电池浮充电，在有市电的地方，一般优选市电作为辅助电源，无市电的地方，可选的辅助电源有：柴油发电机、太阳能电池板等。蓄电池的容量必须保证自动日照计能在脱离辅助电源的条件下连续工作 10 天，并在蓄电池电压低到不足以维持符合质量要求的观测工作前两天发出报警信息。5 环境适应性要求5.1 气候条件 工作环境温度：4060； 相对湿度：5%100%； 大气压力：450hPa1100hPa； 抗风能力：60m/s；5.2 外壳防护等级自动日照计对气候条件的降水、灰尘等应具备一定的
