云量自动观测仪功能需求书.docx

附件 3云量自动观测仪功能规格需求书（试行版）中国气象局综合观测司2013 年 11 月1 前言 . 11.1 目的 . 11.2 适用范围 . 11.3 制定依据 . 12 功能要求 . 12.1 云量定义 . 22.2 输出项目 . 22.3 产品输出时间与频率 . 22.4 准确度 . 22.5 全天空云分布图像观测要求 . 22.5.1 成像要求 . 22.5.2 输出项目 . 22.6 数据格式 33 组成结构 . 33.1 概述 . 33.2 传感器 . 33.3 数据采集控制单元 . 33.4 软件 . 33.5 外围组件 . 44 技术要求 44.1 传感器要求 . 44.2 云量最小分辨力 . 44.3 通讯传输 . 44.4 传感器高度 . 44.5 时钟精度要求 . 45 环境适应性要求 . 45.1 气候条件 55.2 生物条件 55.3 化学活性物质 55.4 电磁兼容性要求 55.4.1 电磁骚扰限值要求 55.4.2 电磁抗扰度要求 65.5 机械条件 76 电源要求 . 77 可靠性要求 . 78 可维护性要求 79 安全要求 . 79.1 安全标记及要求 79.2 电气安全 89.2.1 防电击危险 89.2.2 保护接地措施 89.2.3 过流保护 89.2.4 基本电气安全要求 99.3 其它要求 910 防雷要求 . 1010.1 一般要求 . 1010.2 直接雷击的防护措施 . 1010.3 雷击电磁脉冲的防护 . 1010.3.1 屏蔽措施 . 1010.3.2 等电位连接和采用共用接地系统 . 1010.3.3 电涌保护措施 . 101 前言 云量的观测是地面气象观测中最基本的项目之一，云量 对天气预报、气候变化分析和气象为社会公众服务都有重要 意义。

人工估测云量的观测方式已经不能满足天气预报与气 象服务的需求，迫切需要研发仪器实现云量自动化观测本 功能需求书由中国气象局气象探测中心牵头编写1.1 目的 本功能规格需求书在《云量自动观测仪功能需求书（试 验版）》基础上进行了完善，主要针对地基云量观测仪的功 能、组成结构、观测要求提出需求，为开展试验考核评估和 仪器设计定型提供参考随着气象观测设备水平的逐步发展 和观测需求的变化，功能需求书还将进一步完善1.2 适用范围本需求书适用于地面气象观测中云量自动观测仪的研 发、考核、定型和使用1.3 制定依据《地面气象观测规范》 （中华人民共和国气象行业标准， 2007 年）《气象仪器和观测方法指南 （第七版）》（世界气象组织， 2005 年）《综合气象观测系统发展规划（ 2010-2015 年）》（中国 气象局， 2009 年）《新型自动气象（气候）站功能规格书》 （中国气象局， 2010 年）2 功能要求能够自动实现原始数据采样、存储和处理，并按照规定 的观测数据格式输出2.1 云量定义由一种特定类型的云（部分云量）的可见部分或全部类 型的云（总云量）覆盖天空视野的百分比注：当天空部分为障碍物（如山、房屋等）所遮蔽时， 云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降 水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看 待。

2.2 输出项目至少包括总云量、全天空云分布图片产品和红外云量2.3 产品输出时间与频率整 10 分时刻输出， 1 次 /10 分钟2.4 准确度在水平能见度≥ 2km 的条件下，云量观测的准确度应达到表 1 的要求表1 云量准确度项目准确度（ %）总云量±202.5 全天空云分布图像观测要求以上2.5.1 成像要求 可见光云分布图像应真实表现观测点仰角至少 30 （除地表遮挡物以外）天空的云分布图像红外云分布图像 真实表现观测点仰角至少 67.5 °以上天空的云分布图像2.5.2 输出项目 仪器视场内天空云分布 JPG 文件格式图片文件2.6 数据格式 以中国气象局气象探测中心发布的《地面观测气象数据 字典》中云量部分数据格式为准3 组成结构3.1 概述 云量自动观测仪主要由传感器模块、数据采集控制模 块、终端显示（可选） 、外围组件等组成，结构框图如图 1 所示.图 1 云量自动观测仪结构图3.2 传感器 采用可见光与红外双波段传感器获取天空图像3.3 数据采集控制单元 实现运行控制、传感器数据采集和处理、数据传输等功3.4 软件软件运行在数据采集控制单元中，具有数据采集、数据 处理、数据存储和数据传输功能。

3.5 外围组件外围组件包括基座、立杆（柜 /筒）等其它安装云自动观 测传感器所需的相关硬件4 技术要求4.1 传感器要求可见光传感器能够完成仰角至少 30 °以上天空成像；红外传感器能够完成仰角至少 67.5 °以上天空成像4.2 云量最小分辨力1%4.3 通讯传输需支持串口 RS232/485/422 和 RJ45 传输方式4.4 传感器高度为了便于设备维护， 云量自动观测仪传感器高度 180cm ±20cm 4.5 时钟精度要求 应具有时钟同步功能，实时时钟走时误差不大于 15s/ 月5 环境适应性要求 硬件的设计、制造和测试应能承受该设备预期在地面气 象观测站可能遇到的所有工作环境设备应能在上述环境中 365 天 24 小时连续不间断工作各种部件，如底座、安装 件等，应有足够的机械强度和防腐蚀能力，确保在产品寿命 期内，不因外界环境的影响和材料本身原因而导致机械强度 下降而引起危险和不安全部分环境条件参考如下：5.1 气候条件 工作温度： - 45 ℃～ 50℃ 相对湿度： 5% ～100% 大气压力： 450 ～ 1060hPa 降水强度： 0 ～6mm/min5.2 生物条件 设备应采取适当的防霉菌措施，但除非使用在特殊的环 境条件或使用方有要求时，不必通过长霉试验来鉴定其抗霉 菌能力。

设备应采取适当的防止动物损坏措施， 如鼠咬、 蚁啃等5.3 化学活性物质工作在正常大气条件下的地基云量自动观测仪，应在材 料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗 化学活性物质危害的能力工作在沿海、 海岛的设备， 必须考虑大气中盐雾的影响， 在材料、表面涂覆和工艺上采取必要的措施，使其具有足够 的抗化学活性物质危害的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀 而引起产品的失效盐雾试验时间应不少于 48 小时，其他 试验条件符合有关行业或国家标准的要求5.4 电磁兼容性要求5.4.1 电磁骚扰限值要求 电源端口和信号端口的传导骚扰限制要求分别见表 2 和 表 3 表2 电源端口传导骚扰限值表 4 在 10m 距离测量的辐射骚扰限值频率范围 （MHz）限值［dB（ μV/m）］30～23030230～ 1000375.4.2 电磁抗扰度要求表 5 需满足的试验内容和严酷度等级内容试验条件交流电源端口直流电源端口控制和信号端口电压暂降和短时中断抗扰度30﹪ 0.5 周期60﹪ 5 周期100﹪ 250 周期1.2/50 μS（ 电压） 8/20 μS（电流 ） 浪涌冲击抗扰度线对地：± 2KV线对地：± 1KV线对地：± 1KV电快速瞬变脉冲群抗扰度± 2KV 5Kz± 1KV 5Kz±2KV 5Kz80～1000MHz80～1000MHz80～ 1000MHz射频电磁场辐射抗扰度3v3v3v80﹪ AMk（ 1KHz）80﹪AMk（ 1KHz）80﹪ AMk（ 1KHz）静电放电抗扰度接触放电：± 4KV接触放电：± 4KV接触放电： ±4KV空气放电：± 8KV空气放电：± 8KV空气放电： ±8KV5.5 机械条件表 6 机械条件的分类及严酷等级环境参数单位严酷等级备注位移mm1.5正弦稳态振动加速度2 m/s5频率范围Hz2～ 9 9 ～ 200冲击冲击响应谱 L峰值加速度m/s240自由跌落高度m0.25包装状态倾跌与翻倒倾跌角度角度30°包装状态6 电源要求（ 1 ）接入电源为交流单相电源（ 2 ）电压： 220V ±15%（ 3 ）交变频率： 50 ±2.5Hz7 可靠性要求 产品应进行可靠性设计、试验和验证工作。

可靠性： MTBF（Q1） > 3000 小时8 可维护性要求 平均故障修复时间 （MTTR ）应低于 30 分钟 MTTR 包 括故障的检测、故障单元拆除及更换整个系统易于扩展和维修 各部件的结构设计应充分考虑维修的方便性、快捷性和 不易误操作性接线标志清晰不易混淆，应采取充分的措施保证即使非 专业人员操作也不易产生误操作9 安全要求9.1 安全标记及要求标记符合 GB 4793.1-2007 《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》关于“设备用图形符号”的要求 1 ）交流电源接入端口设“当心电击危险”安全标记；（2 ）低压直流电源接入端口以红色“ +”和黑色“－”标出极 性，并标明额定电压值；（3）电源开关标明电源“通”、“断”位置；（ 4 ）标明电源熔断器额定电流值9.2 电气安全9.2.1 防电击危险机箱内带危险电压的导电部件都应有防护措施，足以避 免操作人员可能用手或一般维修工具直接接触把危险电压引入机箱的导线在穿过机箱外壳处应有绝 缘防护措施，这些导线进入机箱后应适当走线和固定，机箱 内所有和这些导线可能直接接触的金属零部件都应有接地 措施，以防一旦导线绝缘损坏，这些金属零部件不致带有危 险。

9.2.2 保护接地措施云量自动观测仪各独立部件和传感器都应有保护接地 措施各保护接地线不应构成回路，应在导电的底板或机架上 设置一个点，作为保护接地、电源接地的公共接地点从这 点到地的连接应连续永久，连接导线截面积不小于 16mm 2接地端子或接地接触件与需要接地的零部件之间的连 接电阻不应超过 0.1 Ω9.2.3 过流保护使用市电的云量自动观测仪必须具备一次电路过流保 护装置9.2.4 基本电气安全要求（ 1 ）绝缘电阻 使用市电供电时，在电源的初级电路和机壳绝缘电阻不 小于 2M Ω使用 12V 直流电源供电时，电源初级电路和机 壳间绝缘电阻，不应小于 1M Ω2）泄漏电流 使用市电供电时，云量自动观测仪泄漏电流值不得超过 3.5mA 3 ）抗电强度 使用市电供电的云量自动观测仪，其电源的初级电路和 机壳间应能承受幅值 1500V ，电流 5mA 的冲击耐压试验， 历时一分钟，试验中不应出现飞弧和击穿试验结束后。