На метеорологическом фронте с прояснениями

Ни для кого не секрет, что контроль уровня загрязнения окружающей среды (атмосферного воздуха и осадков, поверхностных вод, почв и т. д.) является крайне важной задачей и требует своевременного сбора полных и актуальных данных, позволяющих составлять прогнозы на основе непрерывных наблюдений.

Рис. 1. МКС ЛАНИТ

В Московском регионе и прилегающих областях данную задачу решает ФГБУ Центральное УГМС. На объектах учреждения установлены Метеорологические комплексы специальные (МКС) собственная разработка ЛАНИТ на базе компонентов ведущих мировых производителей измерительного и инженерного оборудования.

Метеорологические комплексы

МКС предназначены для автоматических измерений метеорологических параметров: температуры воздуха, температуры почвы, относительной влажности воздуха, скорости и направления воздушного потока, атмосферного давления, высоты облаков, метеорологической оптической дальности, количества и интенсивности осадков, высоты снежного покрова, радиационного фона. Конструктивно они построены по модульному принципу.

Рис. 2. Датчик скорости/направления ветра RM Young 05103

Измерительный модуль состоит из совокупности метеорологических датчиков (например тех, которые показаны на рис. 2-6) и вспомогательного оборудования, размещенного на метеоплощадке.

Рис. 3. Контроллер Campbell Scientific CR-1000

Модуль измерительных преобразователей состоит из контроллера (регистратора данных), каналообразующего и вспомогательного оборудования, размещаемого совместно с измерительным модулем.

Рис. 4. Датчик атмосферного давления Vaisala PTB330

Передача данных наблюдений от МКС осуществляется автоматически через различные средства связи (рис. 7). Комплексы оснащены последовательными интерфейсами RS-232, RS-485. Дистанция подключения датчиков при использовании интерфейса RS-232 до 25 м, RS-485 до 1500 м. Передача информации от контроллера в помещение наблюдателя (модификации МКС-М1 и МКС-М2) осуществляется по протоколу Ethernet с применением VDSL-удлинителей. Максимальная дистанция составляет более 2000 м. Использование технологии Ethernet и протоколов TCP/IP позволяет существенно упростить интеграцию в локальную вычислительную сеть с прочим оборудованием (ПК наблюдателя и средства связи). Передача данных в центры сбора ведется по общеизвестным протоколам SMTP/FTP, что также упрощает процедуру интеграции с существующими системами сбора данных.

Рис. 5. Датчик видимости Vaisala PWD10/12/20/22

Спектр средств связи, поддерживаемых комплексами МКС-М1 и МКС-М2 (автоматизированные комплексы), обширен. Среди них:

• GPRS- и 3G-модемы и маршрутизаторы;
• xDSL-модемы и маршрутизаторы;
• VSAT-терминалы;
• терминалы Inmarsat BGAN, Iridium;
• КВ- и УКВ-радиосредства.

Рис. 6. Датчик температуры/относительной влажности воздуха Vaisala QMH102

Комплекс МКС-М3 (автоматическая станция) осуществляет передачу данных посредством модемов (ТфОП, GPRS, Inmarsat-C, Iridium), подключаемых к контроллеру через порт RS-232.

В МКС также обеспечивается отсчет времени с погрешностью не более 5 с в сутки и синхронизация времени через сервер NTP.

Рис. 7. Средства связи МКС

Программное обеспечение

Автономное ПО МКС осуществляет следующие функции:

• сбор, обработка данных наблюдений;
• первичный контроль результатов измерений;
• архивирование, регистрация результатов измерений и формирование метеорологических сообщений;
• самодиагностика состояния комплексов МКС.

Комплексы, предназначенные для использования на объектах, где полностью автоматических измерений может быть недостаточно, оснащаются рабочим местом наблюдателя. Данное ПО позволяет визуализировать результаты измерений, осуществлять ввод параметров, наблюдаемых вручную, сохранять и просматривать синоптическую, климатическую и режимную информацию с последующим кодированием в общепринятые форматы и коды.

Разработанное ЛАНИТ-Интеграция ПО представляет собой конфигурационные файлы для контроллера в нескольких вариантах исполнения под разные наборы датчиков и средств связи (GPRS- и 3G-модемы и маршрутизаторы).

Интеграционное решение обеспечивает сбор и передачу информации с автоматических метеостанций (АМС) на серверы ФГБУ Центральное УГМС в формате XML с интервалом обновления 10 мин. Таким образом доставляются и обрабатываются данные о минимальной, максимальной и средней температуре воздуха, относительной влажности, атмосферном давлении, направлении и скорости ветра, интенсивности и количестве осадков и др. До этого информация передавалась в коде КН-01 строго 1 раз в 3 ч. Преимущества очевидны: теперь синоптики и потребители информации могут получать актуальные данные в 18 раз чаще. Это позволяет существенно повысить точность прогнозов и избежать задержек в публикации текущей погоды.

Кроме того, решение позволяет сохранять полученную информацию за периоды, когда прерывается связь с сервером, а также обеспечивает защиту оборудования от внешних воздействий. Например, при открытии двери корпуса АМС срабатывает датчик, и система автоматически оповещает администратора об инциденте. Тревожные сообщения формируются и отправляются также при низком уровне заряда аккумуляторной батареи станции.

По завершении периода разработки и комплексных испытаний нового ПО на двух АМС ФГБУ Центральное УГМС специалисты ЛАНИТ провели обучение специалистов заказчика, отвечающих за программную часть метеостанций и передачу данных.

Сферы применения МКС достаточно широки:

• стационарные наблюдения за метеорологическими параметрами;
• оперативные наблюдения за метео параметрами в местах развития чрезвычайных ситуаций;
• системы прогнозирования обледенения проводов (для линий электропередачи);
• системы контроля состояния дорожных покрытий;
• системы экологического мониторинга;
• метеорологическое обеспечение функционирования спортивных объектов.

Поэтому с уверенностью можно утверждать, что распространение метеорологических решений ЛАНИТ-Интеграция в другие регионы будет способствовать повышению безопасности и качества жизни населения России.