谭晗凌 周嘉健 徐黄飞 邹庆彪

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2107-5042-7420

摘  要：该文给出Belfort Model 6000能见度仪近一年的故障统计结果，通过分析发现目前使用电脑超级终端对能见度仪校准时容易出现操作失误，因此该文基于Belfort Model 6000能见度仪开发“能见度仪智能标校平台”，将参数设置、参数检测与匹配、权限获取、零校准和范围校准等功能进行“一键化”设计，令设备校准便捷化和自动化，并降低人为操作失误的概率，提高工作效率，最后给出故障维护的方法，保障设备的稳定运行。

关键词：大气探测   能见度仪   自动化   能见度仪现场校准

中图分类号：P415                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）06（b）-0027-03

Intelligent Calibration Platform of Belfort Model 6000 Visibility Meter

TAN Hanling   ZHOU Jiajian   XU Huangfei   ZOU Qingbiao

（Guangdong Meteorological Observation Data Senter， Guangzhou， Guangdong Province， 510080 China）

Abstract： This paper presents the fault statistics results of Belfort Model 6000 visibility instrument in recent one year. Through analysis， it is found that it is easy to make operational errors when using computer super terminal to calibrate the visibility instrument. Therefore， this paper develops a "visibility instrument intelligent calibration platform" based on Belfort Model 6000 visibility instrument， which integrates parameter setting， parameter detection and matching， authority acquisition zero calibration， range calibration and other functions are "one key" designed to make equipment calibration convenient and automatic， reduce the probability of human operation errors， improve work efficiency， and finally give fault maintenance methods to ensure the stable operation of the equipment.

Key Words： Atmospheric sounding; Visibility meter; Automation; On-site calibration forward scatter visibility meter

能見度是表征大气透明程度的重要物理量，并且与天气变化有密切关系^[1]。目前，能见度仪主要有透射式和散射式两大类。透射式能见度仪因占地范围大、低能见度下性能好等特点，其主要用于民航领域;而散射式能见度仪以其体积小和便于维护维修等特点广泛应用于气象领域，可为天气预报做预警，为交通运输安全提供更为精细化的气象服务提供数据支撑^[2]。

在气象上，为保障能见度仪的正常运行并按照业务要求，台站业务人员需每6个月将对设备进行校准。目前，Belfort Model 6000能见度仪的校准方法主要是将设备与电脑相连接，利用电脑的超级终端对能见度仪进行参数设置和校准，在整个校准过程中容易出现人为操作失误导致设备无法正常工作。因此，该文利用C#编程工具，基于Belfort Model 6000能见度仪，设计并开发“Belfort能见度传感器智能标校平台”。该平台可自动识别能见度传感器命令，实现查询和配置能见度传感器参数;同时，平台可自动检查能见度传感器配置参数，从而避免直接采用字符命令检查传感器导致参数误设置;平台采用图形界面，实现一键式的能见度传感器现场零校准和范围校准操作，提高平台业务人员对设备标校的工作效率。

1  故障分析与维护

1.1 工作原理

Belfort Model 6000能见度仪是前向散射能见度仪，其是由发射机发出红外光辐射，对其临近的大气样本进行照射，大气中的固态、液态、气态悬浮粒子对照射来的光辐射产生散射，由接收机接收，再通过光电转换后，计算机解算出能见度值^[3]。

1.2 气象光学视程

气象光学视程，是指白炽灯发出色温为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，其计算公式如下^[4]：

公式（1）中，是视觉对比阈值，指人眼能察觉的最小亮度对比;是大氣水平消光系数，指色温为2 700 K的白炽光源发出的平行光束经过大气中单位距离的路径损失的那部分光通量^[5]。当为0.05时，可得到公式（2）。

2  智能标校平台框架设计与实例应用

2.1 框架设计

目前Belfort Model 6000能见度仪校准是接入电脑超级终端，通过输入相应指令（如“FC”获取基本参数、“Ctrl+V”获取超级用户权限、“FZ”零校准、“FS”范围校准等）和参数设置后开始校准。指令输入的繁杂和参数设置的误错容易导致设备校准失败或故障。因此，该文基于Belfort Model 6000能见度仪开发“能见度仪智能标校平台”，该平台具备串口设置、串口检测、获取权限（超级用户）、参数检测和匹配、零校准和范围校准等功能。与原来使用电脑超级终端进行校准的方式相比，平台将获取权限、零校准和范围校准等操作进行“一键化”设计，有效减少业务台站人员的学习成本和人为失误，具体见图1。

能见度仪与电脑相连后运行该平台，然后进行串口设置，并对设备供电和串口配置进行检查，若无问题可以获取超级用户权限和参数设置，此时会对参数与标准参数进行匹配检查，匹配无误后经依次进行零校准和范围校准。

2.2 各功能介绍

2.2.1 参数备份

该功能是将能见度仪中当前正确的参数读取出来并以文本格式保存至本地，当保障人员误操作改动参数的时候能够以此文件为基准进行参数还原，具体见图2。

2.2.2 检查匹配

该功能可以让软件读取能见度传感器中的各项参数值，并与保存的正常参数进行对比，从而找出参数设置不正确的项目，显示在发送内容中，具体见图3。

2.2.3 能见度仪校准

能见度仪校准有零校准和范围校准，零校准作用是修正传感器里由接收偏移造成的误差，其主要影响高能见度读数;范围校准作用是修正传感器的衰减或增益，其主要影响低能见度读数。能见度仪校准共有四步：第一步，获取超级用户权限;第二步，进行零校准;第三步，进行消光系数参数设置;第四步，进行范围校准^[6]。

能见度仪无论是进行零校准还是范围校准，都必须要先获取超级用户权限，该平台只需点击“获得权限”按钮即等同于在电脑的超级终端上键入“CTRL+V”后输入“Foggy”密码的操作。在开展零校准前，需要把遮光器接入接收端，然后点击“零校准”按钮后会进行至少两次校准，每次约为5 min，每次中间会弹出对话框提示，具体见图4。

在零校准结束后，需要对设备进行范围校准。在范围校准开始前有两个准备工作：一是在平台里设置校准板消光系数值，二是安装校准板。准备工作结束后，在平台点击“范围校准”后会弹出提示框，并再次确认散射系数值后，将进行至少2次的校准，每次约为5 min，每次中间会弹出对话框提示，具体见图5。

3  结语

通过对能见度仪的故障统计分析发现，在使用超级终端校准能见度仪的过程中容易出现人为操作失误。因此，该文在基于Belfort Model 6000能见度仪开发了“Belfort Model 6000能见度仪智能标校平台”，令设备校准更为便利化和自动化，同时降低人为操作失误的概率，提高工作效率。

参考文献

[1] 冯蕾，邓毅萍，李蔼恂，等.雾天高速公路交通事故的特征及与能见度的关系[J].科技导报，2020，38（11）：160-168.

[2] 谢超，马学款，张恒德.华南低能见度天气特征及客观预报研究[J].气象科学，2019，39（4）：556-561.

[3] 张健，张国玉，孙高飞，等.用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的校准方法[J].光子学报，2017，46（3）：202-210.

[4] 张静，张志坚，廖菲，等.广州站能见度数据质量评估及其参数化研究[J].热带气象学报，2017，33（6）：985-991.

[5] 褚进华，唐修雄，矫健，等.能见度仪校准系统的不确定度评定分析[J].电子测量与仪器学报，2020，34（2）：180-187.

[6] 谭浩波，陈欢欢，吴兑，等.Model6000型前向散射能见度仪性能评估及数据订正[J].热带气象学报，2010，26（6）：687-693.

基金项目：广东省重点领域研发计划项目《基于5G应用的新型监测及气象灾害视频图像智能识别研究》（项目编号：2020B0101130021）。

作者简介：谭晗凌（1989—），男，硕士，工程师，研究方向为气象探测设备研发和保障。