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1、 天气现象视频智能观测仪 技术要求 （试行）中国气象局综合观测司 2019 年 5 月 目 录 1 前言.1 1.1 目的 .1 1.2 适用范围.1 1.3 编写依据.1 2 组成结构.1 2.1 硬件 .1 2.2 软件 .2 3 功能要求.2 3.1 概述 .2 3.2 硬件功能.2 3.3 软件功能.3 4 技术指标要求 .4 4.1 硬件性能指标.4 4.2 识别指标.5 4.3 环境适应性指标.5 4.4 可靠性指标.7 4.5 可维护性指标.7 4.6 设备寿命.7 5 结构及材料要求 .7 5.1 外观要求.7 5.2 机械结构要求.7 5.3 机械强度要求.7 5.4 电缆连
2、接要求.7 5.5 材料与涂敷要求.7 5.6 安全要求.8 6 供电要求.8 6.1 主电源供电要求.8 6.2 备选电源供电要求.8 7 防雷要求.8 8 包装运输和安装要求 .8 8.1 包装运输要求.8 8.2 安装要求.9 附录 A 天气现象视频智能观测仪输出图片命名规则.10 附录 B 天气现象视频智能观测仪输出数据格式 .11 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前
3、言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 1 前言 1.1 目的 研究和试验表明，应用计算机视觉和深度学习技术，对视频采集器拍摄的天气现象（或气象要素）实现自动观测识别是一条行之有效的途径，尤其是对于目前尚未实现器测的天气现象（或气象要素）观测项目，更具有重要的发展意义。为更好地规范基于这
4、一技术的观测装备天气现象视频智能观测仪的研发生产，特编制本技术要求。1.2 适用范围 本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构、功能和技术指标，可作为设备设计研制、生产和测试评估的依据。1.3 编写依据 （1）地面气象观测规范 云（GB/T 35222-2017 ）；（2）地面气象观测规范 天气现象（GB/T 35224-2017 ）；（3）地面气象观测资料质量控制（QXT 118-2010）；（4）地面气象要素编码与数据格式（GB/T 33695-2017）；（5）地面观测气象数据字典（2013）；（6）数据字典终端控制命令（2013）；（7）测量、控制和实验室用电气设备的安全要求（
5、GB 4793.1-2007 ）；（8）电磁兼容 试验和测量技术（GB/T 17626）；（9）气象观测专用技术装备功能规格需求书编写指南（试行）（中国气象局综合观测司）（10）Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation(WMO-No.8)。2 组成结构 天气现象视频智能观测仪主要由视频采集器和控制处理器组成，安装在同一 立杆上。其中，天气现象（或气象要素）识别软件（以下简称识别软件）运行在 控制处理器上。2.1 硬件 2.1.1 视频采集器 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性
6、指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 视频采集器由多个摄像机组成。根据观测对象特点和需要，一般为 1
7、 个鱼眼摄像机和 2 至 4 个普通摄像机。2.1.2 控制处理器 控制处理器一般由小型运算平台、有线通信模块、无线通信模块和电源模块等组成。2.1.3 辅助设备 辅助设备包括立杆、支架、机箱等安装结构件，以及观测识别所必须的标志 物。2.2 软件 软件主要包括识别软件和控制管理软件，分别用于天气现象（或气象要素的）的自动观测识别和对设备进行控制管理。3 功能要求 3.1 概述 天气现象视频智能观测仪应包含基于计算机视觉和深度学习技术的识别软 件，可通过其获取的视频资料实现天气现象（或气象要素）的实时自动观测识别。天气现象视频智能观测仪应实现自动观测识别的天气现象（或气象要素）为总云 量、云状
8、、地面凝结现象（霜、露、雨凇、雾凇）、结冰、积雪和雪深，并具备 扩展至低云量、云高、电线积冰、视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙、沙尘暴）的自动观测识别能力。3.2 硬件功能 3.2.1 视频采集器 视频采集器为各类天气现象（或气象要素）的自动观测识别提供视频，其中 鱼眼摄像机对天空方向进行拍摄，普通摄像机对水平方向或地面进行拍摄，并将 采集的视频提交控制处理器。各摄像机视频应支持接入网络视频存储设备。3.2.2 控制处理器 控制处理器中的小型运算平台需承载识别软件和控制管理软件，应为适用 于野外的工业级产品，具有基于 CPU 或 GPU 或 NPU 的计算架构，支持 Linux 或 Wi
9、ndows 操作系统，具备必要的存储空间，支持接入 U 盘（或 SD 卡、TF 卡）等 外部存储。通信模块应实现所有摄像机、运算平台和远端网络的互联。供电模块 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范
10、围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 可实现对本观测仪各组成设备的统一供电。3.2.3 辅助设备 视频采集器、控制处理器等通过支架和机箱安装到同一立杆上。机箱应具有 良好的密封性并兼顾散热，防护等级要求达到 IP65，具有安全防盗、防辐射等性能。各类天气现象（或气象要素）识别应尽可能不改变现有环境，其中电线积冰、雨凇和雾凇观测识别宜使用电线积冰架；结冰观测识别宜使用小型蒸发皿，置于自动雪深观测仪西侧；雪深观测识别可定制专用雪深标尺，最小刻度为 1cm，长度为 1m2
11、m，直径不大于 3cm，宜置于自动雪深观测仪西侧。3.3 软件功能 3.3.1 识别软件 识别软件对视频采集器所拍摄视频中所包含的天气现象（或气象要素）实 时自动观测识别，是天气现象视频智能观测仪的核心，观测识别天气现象（或气象要素）同 3.1。识别软件应基于成熟的深度学习平台，方便训练迭代和支持远 程升级；识别软件识别间隔（时间分辨率）可依据业务要求设置，最高可支持 1 次/分钟；识别软件具备质量控制功能，可进行界限值检查和内部一致性检查（按地面气象观测资料质量控制（QXT 118-2010）执行）。3.3.2 控制管理软件 控制管理模块包括初始化、参数设置、运行状态信息、数据存储、数据传输
12、、远程升级和时钟同步等功能。（1）初始化：设备自检（包括控制处理器和各摄像机），做好视频采集、识别处理和通信连接准备。（2）参数设置：可通过终端软件或网络对天气现象视频智能观测仪进行参数设置。（3）运行状态信息：具备输出设备运行状态信息的功能，主要包括控制处理器的工作状态和通信状态，各摄像机的工作状态、加热状态、通讯状态、镜头污染状态等。（4）数据存储：支持识别结果、状态信息以及图片（jpg 格式，图片存储命名规则见附录 A）的存储。采用循环式存储，即最新数据覆盖旧数据。（5）数据传输：支持主动传输和被动传输两种传输模式，数据格式与命令 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别
13、指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 详见附录 B。（6）远程升级：支持对软件远程升级
14、。（7）时钟同步：支持通过终端软件发送命令，对天气现象视频智能观测仪统一校时。支持设置时间同步服务器实现统一校时。4 技术指标要求 4.1 硬件性能指标 4.1.1 视频采集器 鱼眼摄像机应至少达到以下指标要求：（1）光学成像系统视场角达 180，天空视频无缺失；（2）圆形成像直径有效分辨率均达 1700 像素以上；（3）支持 ONVIF 协议、GB28181 协议；（4）24 小时全天候工作，无需太阳遮挡装置；（5）具备日夜自动切换模式，夜间支持长时间曝光；（6）具备镜头加热除冰功能；（7）具备防鸟停留功能（可外置）；（8）满足 IP65 以上外壳防护等级。普通摄像机可为固定焦距或自动变焦，
15、应至少达到以下指标要求：（1）分辨率 400 万像素（2560 1440）以上；（2）最低照度：彩色 0.01Lux，黑白 0.001Lux；（3）支持 ONVIF 协议、GB28181 协议；（4）具备可调节补光（或可外置补光）；（5）具备加热功能（可外置）；（6）满足 IP65 以上外壳防护等级。4.1.2 控制处理器 对视频采集器采集到的视频识别处理，至少应达到以下指标要求：（1）应为工业级设备；（2）全部拍摄视频全分辨率接入；（3）承载 3.1 中所有天气现象（或气象要素）识别软件的实时运行；（4）单次智能识别时间小于 30s（含扩展项）；功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性
16、能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 （5）存储 1 年的分钟识别结果和状态
17、信息，以及 1 个月的图片（各摄像机每 10 分钟 1 张，原始分辨率）；（6）具备 USB、RS232 等扩展接口。（7）供电应具有二级防雷，能满足所有硬件正常工作；（8）能实现所有设备间互联，速度不低于 100Mbps；（9）支持光纤传输，传输距离不少于 200m；（10）支持无线通讯功能。4.2 识别指标 天气现象视频智能观测仪实现自动观测识别的天气现象（或气象要素）应达到以下要求：（1）总云量：总云量按照云所占天空的百分比输出，误差不超过 10%。能在日出后至日落前观测识别。（2）云状：云状按照 29 类云、视程障碍现象引起的云状无法辨明和无云 31 类输出，当同时存在多种云状时，按照
18、占比大小输出云状，能在日出后至日落前观测识别。（3）地面凝结现象：霜、露、雨凇、雾凇 4 类现象各自按照有无输出，能全天观测识别。（4）结冰和积雪：结冰和积雪各自按照有无输出，能全天观测识别。（5）雪深：可借助雪深标尺，输出结果以 cm 为单位，取整数，误差不超过 1cm，能全天观测识别。（6）扩展要素：低云量按照低云所占天空的百分比输出，能在日出后至日落前观测识别。云高有云时输出，以米为单位，取整数，能在日出后至日落前观测识别。电线积冰为识别垂直摄像机视线方向上电线积冰平均直径，输出结果以 mm 为单位，取整数，能全天观测识别。视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙、沙尘暴）各自按照有无输出
19、，能在日出后至日落前观测识别。4.3 环境适应性指标 4.3.1 气候条件 设备在以下环境应正常工作：（1）环境温度:-45 C 50 C；功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天
20、气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 （2）相对湿度:0 100；（3）大气压力:450hPa 1100hPa；（4）最大抗阵风能力：60m/s。4.3.2 机械条件 （1）在非工作包装状态下，应能通过如下等级的正弦振动试验：正弦稳态振动：位移 1.5mm 加速度 5m/s 2 频率 2 9Hz、9200Hz （2）在非工作包装状态下，应能通过如下等级的冲击试验：脉冲波形：半正弦波 峰值加速度：50m/s2 脉冲持续时间：30ms 冲击次数：3 个互相垂直的每一方向连续施加 3 次冲击
21、，共 18 次。4.3.3 生物条件 应采取适当的防霉菌措施。除非使用在特殊的环境条件或使用方有要求时，否则不必通过长霉试验来鉴定其抗霉菌能力。应采取适当措施防止动物损坏，如 鼠咬、蚁噬等。4.3.4 化学条件 正常大气条件下，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，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，其他试验条件符合国家有关标准和行业标准的要求。4.3.5 电磁兼容 电磁抗扰度应满足表 4.1 试验内容和严酷度等级要求。表 4.1 电磁抗扰度试验内容和严酷度等级 内容 试验条件 参考标准 交流电源端口 直流电源
22、端口 控制和信号端口 浪涌（冲击）抗 线对线：1KV 线对线：1KV GB/T 扰度 线对地：2KV 线对地：2KV 线对地：2KV 17626.5-2008 电快速瞬变脉冲 2KV 5KHz 1KV 5KHz GB/T 群抗扰度 1KV 5KHz 17626.4-2008 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天
23、气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 射频电磁场辐射 GB/T 抗扰度 80MHz 1000 MHz，3V/m，80 AM（1KHz）17626.3-2006 静电放电抗扰度 GB/T 接触放电：4KV，空气放电：8KV 17626.2-2006 4.4 可靠性指标 应进行可靠性设计、试验和验证工作。平均无故障工作时间（MTBF）大于 5000h。4.
24、5 可维护性指标 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。平均维修时间（MTTR）要求：40min。4.6 设备寿命 在正常的使用环境和维修维护的条件下，天气现象视频智能观测仪设计寿命应不小于 10 年。5 结构及材料要求 5.1 外观要求 天气现象视频智能观测仪外观应整洁，无损伤和形变，表面涂层无气泡、开裂、脱落等现象。铭牌、标识和标志应字迹清晰、完整、醒目。5.2 机械结构要求 结构应便于装配、调试、检验、包装、运输、安装及维护等。各零部件应安装正确、牢固，无机械变形、
25、断裂、弯曲等，操作部分不应有迟滞、卡死、松脱等。安装支架结构坚固、造型美观，便于摄像机安装和维护，摄像机安装后无晃动，能满足天气现象视频智能观测仪观测需求。5.3 机械强度要求 各部件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导致机械强度下降而引起危险。5.4 电缆连接要求 应选用合格电缆，并应有防水、防腐、抗磨和抗拉等特殊防护要求。5.5 材料与涂敷要求 应选用耐老化、抗腐蚀、具有良好的电气绝缘性能的材料，禁止使用不符合 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械
26、结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 国家有关标准或行业标准的劣质材料。各零部件表面应有涂、敷、镀等工艺措施，以保证其耐潮、防霉、防盐雾。5.6 安全要求 5.
27、6.1 电气安全 各硬件单元应有保护接地措施。5.6.2 安全标识 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。6 供电要求 6.1 主电源供电要求 交流供电 AC220V（10%15）。6.2 备选电源供电要求 当安装地点没有交流电源或电源不理想时，可选择太阳能供电。7 防雷要求 天气现象视频智能观测仪应具备防直接雷击和雷击电磁脉
28、冲的措施，防雷安 全要求和设计应符合行业标准气象台（站）防雷技术规范（QX 4-2015）和 气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范（QX 3-2000）的要求。8 包装运输和安装要求 8.1 包装运输要求 应存放在包装箱内，在运输和存储中不需要特殊处理即可空运或陆运。包装 箱应牢固，内有防潮、防振措施，并用充填物充填空隙，以保证在正常的储运、装卸条件下不因包装不善而引起产品的损坏、散失、锈蚀、长霉和精度降低等。功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要
29、求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 8.2 安装要求 天气现象视频智能观测仪用于国家气象观测站时，应安装在观测场内西北 角，观测场内无法安装时，可安装在观测场外开阔区域。功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能
30、指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 附录 A 天气现象视频智能观测仪输出图片
31、命名规则 天气现象视频智能观测仪图片文件命名格式为：Z_WLPD_I_IIiii_yyyyMMddHHmmss_O_RN-ZZ.jpg 天气现象视频智能观测仪图片文件存储路径为：IIiii/RN/yyyyMMdd/说明：Z:固定代码，表示文件为国内交换的资料。WLPD：固定代码，表示气象实况图片资料。I：固定代码，指示其后字段代码为测站区站号。IIiii：区站号。yyyyMMddHHmmss：文件生成的时间（国际时），年月日时分秒全编，位数不 足补零。O（大写字母）：固定代码，表示文件为观测类资料。RN：固定数字编码（2 位），表示摄像机编号。按顺序编号，不足 2 位时，前面补“0”。具体见下
32、表。摄像机编号 摄像机类型 1019 鱼眼摄像机 2059 普通摄像机 0009，6099 预留位 ZZ：固定编码，表示固定目标代码，使用同一摄像机进行多种现象观测的，只按照较小目标代码输出和存储。具体见下表。目标代码 拍摄点位 01 云观测 02 雨凇、雾凇、电线积冰观测 03 露、霜、结冰、雪深观测 04 视程障碍现象观测 05 周边环境观测 0699 预留位 jpg：固定代码，表示为 JPEG 格式图片文件。功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要
33、求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 附录 B 天气现象视频智能观测仪输出数据格式 1 数据传输 1.1 握手机制 天气现象视频智能观测仪与观测业务终端计算机之间使用 Socket 进行通 讯，天气现象视频智能观
34、测仪作为 Socket 客户端，观测业务终端计算机作为 Socket 服务端进行连接。天气现象视频智能观测仪数据传输握手机制同时具备主动发送和被动读取 两种方式，默认为被动读取方式。被动读取的方法为:由终端计算机发送读取数据命令(READDATA)，读取存储器中距当前时刻最近的数据，如果最近时刻数据与当前时刻时间差超过一帧则返回错误信息；主动发送的方法为：由设备端按照帧标识类型主动向终端计算机发送数据。1.2 数据获取命令 1.2.1 实时读取数据（READDATA）功能：读取最近一次的识别数据。命令符：READDATA 参数：帧标识。读取最近一次的对应帧标识数据，帧标识定义见 2.1.2，当
35、 帧标识为 001 实时分钟帧标识时，必须缺省帧标识参数。1.2.1 历史数据下载（DOWN）命令符：DOWN 参数：开始日期，开始时间，结束日期，结束时间,帧标识 。下载指定时 间范围内对应帧类型的观测记录数据。开始/结束日期的格式：yyyy-MM-dd；开 始结束/时间的格式：HH:mm:ss。1.3 参数设置 天气现象视频智能观测仪各类参数不要求通过 Socket 通讯设置，但需提供友好界面方式进行设置。2 数据格式 2.1 数据帧格式 数据帧格式参照地面气象要素编码与数据格式（GB/T 33695-2017）。一 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指
36、标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 个完整数据帧包括 5 部分信息，分别为起始标识、数据包头、数据主
37、体、校验码 和结束标识。其中起始标识、数据包头、校验码、结束标识部分数据定长；数据 主体部分数据不定长，包含观测要素信息、观测数据质量控制信息和状态要素信 息三部分。数据帧传输采用 ASCII 字符（8Bit）；数据帧各信息段由一个或多个 字段表示，字段间以英文半角字符,分割。一个完整的数据帧如下表所示。起始标识 BG 数据包头 区站号 服务类型 设备标识 设备 ID 观测时间 帧标识 观测要素 设备状态 位 变量数 变量数 5 位字符 2 位数字 4 位字母 3 位数字 14 位数 3 位数字 3 位数字 2 位数字 字 数据主体 观测数据和质量控制 状态信息 观测要 观测要 观测要 观测要
38、 质量控 状态变量 状态变量 状态变量 状态变量 素变量 素变量 素变量 素变量 制位 名 1 值 1 名 n 值 n 名 1 值 1 名 m 值 m 校验码 4 位数字 结束标识 ED 在观测台站端，天气现象视频智能观测仪作为一个设备，所有识别算法融合 后统一输出结果。2.1.1 起始标识 固定长度，2 个字母，以“BG”表示。2.1.2 数据包头 区站号（5 位字符），采用现有气象台站区站号不变，有新的气象台站号发 布时不断更新。服务类型（2 位数字），00 基准站，01 基本站，02 一般站，03 区域气象站，04 交通气象站，05 电力气象站，06 农业气象站，07 旅游气象站，08
39、海洋气象 站，09 风能气象站，10 太阳能气象站，11 生态气象站，12 气象辐射站，13 便携站，14 自动气候站，15 大气本底站，16 大气成分站，17 沙尘暴站，18 环境气象站。功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的
40、研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 设备标识位（4 位字母），天气现象视频智能观测仪使用“YWTQ”。设备 ID（3 位数字），用于区分同一个区站号台站中的同类设备。设备 ID 从 000 开始顺序编号。观测时间（14 位数字），采用北京时，年月日时分秒，yyyyMMddHHmmss，如 20190315132500。帧标识（3 位数字），用于区分数据类型和观测时间间隔，由两部分组成：D，T。D 为 1 位数字，用于区数据类型：0 代
41、表实时数据，1 代表定时数据。T 表示 一个 2 位十进制数值，代表观测时间间隔：00 代表秒，0159 依次代表 159 分钟间隔，60 83 依次代表 1 24 小时间隔。如：5 分钟实时数据用 005 表示，整点定时数据用 160 表示。观测要素变量数（3 位数字），取值 000 999，表示观测要素数量。设备状态变量数（2 位数字），取值 0199，表示状态变量数量。2.1.3 起始标识 不定长，包含观测数据、观测数据质量控制和状态数据三部分。观测数据，由一系列观测要素数据对组成，数据对中观测要素变量名与变量值一一对应。观测要素名按字母先后顺序输出。观测数据质量控制，由一系列质量控制码
42、组成，字符数量与观测要素变量数一致，一个字符代表一个数据的质量控制码，按顺序与观测数据中的数据对一一对应。质量控制码定义与气象行业标准（QX/T 118-2010）中地面气象观测资料质量控制一致。状态数据，由一系列设备状态要素数据对组成，数据对中状态要素变量名与状态值一一对应。设备状态变量名在设备状态编码表中定义说明，第一个状态变量名必须为设备自检状态，其他状态变量输出顺序不做明确要求。状态值采用一个数字编码表示，状态值含义如下表所示。状态码 状态描述 0“正常”，设备状态节点检测且判断正常 1“异常”，设备状态节点能工作，但检测值判断超出正常范围 2“故障”，设备状态节点处于故障状态 3“偏
43、高”，设备状态节点检测值超出正常范围 4“偏低”，设备状态节点检测值低于正常范围 5“停止”，设备节点工作处于停止状态 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪
44、的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 6“轻微”或“交流”，设备污染判断为轻微；或设备供电为交流方式 7“一般”或“直流”，设备污染判断为一般；或设备供电为直流方式 “重度”或“未接外部电源”，设备污染判断为重度；或设备供电未接外 8 部电源 2.1.4 校验码 校验码，定长，4 位数字。采用校验和方式，对“BG”开始一直到校验段前、包括分隔符,在内的全部字符以 ASCII 码全部累加。累加值以 10 进制无符号编码，高位溢出，取低四位。2.1.5 结束标识 固定长度，2 个字母，以“ED”表示。2.2
45、观测要素编码 2.2.1 编码规则 观测要素名称对应的变量值是将原值乘以 10 的 n 次幂(n 为比例因子，取值 大于等于 0)变为整数并以 ASCII 字符显示的数字字符串。观测要素名称 单位名称 单位符号 扩大倍数 比例因子 云高 米 m 1 0 云量 百分数%10 1 雪深 厘米 cm 1（四舍五入取整）0 最大积冰直径 毫米 mm 10 1 2.2.2 变量名命名规则 观测要素名称对应的变量名编码由观测类、观测码和后缀三部分组成。采用 ASCII 字符中的英文大小写字母、数字和下划线组合表示编码，区分大小写字母。小写字母表示观测要素的特定含义数据。天气现象视频智能观测仪观测要素观测类
46、编码表如下。编码 观测类名称 AH 降水（雪深）AL 云 AN 天气现象 AP 电线积冰 观测码用大写字母和数字表示，用于表示观测要素类下相关气象要素名称。具体如下表。观测要素 单位 比例 字节 观测要素名称 备注 编码 因子 长度 功能要求概述硬件功能软件功能技术指标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之
47、有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 观测要素 观测要素名称 单位 比例 字节 备注 编码 因子 长度 AH：降水类 AHH 雪深 cm 1 4 保留 1 位小数 ALA：云高 ALA 云高 m 0 5 整数 ALC：云量 ALC0 全天空总云量%1 4 保留 1 位小数 ALC1 低云云量%1 4 保留 1 位小数 ALE：云类 ALE0 淡积云 0 1 19:占比顺序 ALE1 碎积云 0
48、 1 19:占比顺序 ALE2 浓积云 0 1 19:占比顺序 ALE3 秃积雨云 0 1 19:占比顺序 ALE4 鬃积雨云 0 1 19:占比顺序 ALE5 透光层积云 0 1 19:占比顺序 ALE6 蔽光层积云 0 1 19:占比顺序 ALE7 积云性层积云 0 1 19:占比顺序 ALE8 堡状层积云 0 1 19:占比顺序 ALE9 荚状层积云 0 1 19:占比顺序 ALE10 层云 0 1 19:占比顺序 ALE11 碎层云 0 1 19:占比顺序 ALE12 雨层云 0 1 19:占比顺序 ALE13 碎雨云 0 1 19:占比顺序 ALE14 透光高层云 0 1 19:占比
49、顺序 ALE15 蔽光高层云 0 1 19:占比顺序 ALE16 透光高积云 0 1 19:占比顺序 ALE17 蔽光高积云 0 1 19:占比顺序 ALE18 荚状高积云 0 1 19:占比顺序 ALE19 积云性高积云 0 1 19:占比顺序 ALE20 絮状高积云 0 1 19:占比顺序 ALE21 堡状高积云 0 1 19:占比顺序 ALE22 毛卷云 0 1 19:占比顺序 ALE23 密卷云 0 1 19:占比顺序 ALE24 伪卷云 0 1 19:占比顺序 ALE25 钩卷云 0 1 19:占比顺序 ALE26 毛卷层云 0 1 19:占比顺序 功能要求概述硬件功能软件功能技术指
50、标要求硬件性能指标识别指标环境适应性指标可靠性指标可维护性指标设备寿命结构及材料要求外观要求机械结构要求机械强度要求电缆连接要求材料与涂敷要求安全要求供电要求主电源供电片命名规则附录天气现象视频智能观测仪输出数据格式目录前言目的研究和试验表明应用计算机视觉和深度学习技术对视频采集器拍摄的天气现象或气象要素实现自动观测识别是一条行之有效的途径尤其是对于目前尚未实现器测的测仪的研发生产特编制本技术要求适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构功能和技术指标可作为设备设计研制生产和测试评估的依据编写依据地面气象观测规范云地面气象观测规范天气现象地面气象观测资 观测要素 观测要素名称 单