馬鞍山區(qū)域氣象站常見故障分析及保障建議

陳 裕，董德保，陳 進(jìn)，劉 偉，曹 輝，胡敬喜

(1.馬鞍山市氣象局，安徽馬鞍山 243000；2.安徽省大氣探測技術(shù)保障中心，合肥 230031)

馬鞍山區(qū)域氣象站常見故障分析及保障建議

陳 裕1，董德保2，陳 進(jìn)1，劉 偉1，曹 輝1，胡敬喜1

(1.馬鞍山市氣象局，安徽馬鞍山 243000；2.安徽省大氣探測技術(shù)保障中心，合肥 230031)

分析2015—2016年馬鞍山市區(qū)域自動(dòng)氣象站故障情況，統(tǒng)計(jì)了故障分布類型，找出了馬鞍山市區(qū)域自動(dòng)氣象站常見故障的共性問題，分析了故障原因，提出了解決故障的方法，為相關(guān)技術(shù)人員作做好區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行保障提供參考。

區(qū)域自動(dòng)氣象站；故障分析；保障建議；馬鞍山市

區(qū)域自動(dòng)氣象站是綜合氣象觀測站網(wǎng)的重要組成部分，在城市局地氣候研究、精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)服務(wù)和氣象防災(zāi)減災(zāi)等方面發(fā)揮著重要作用，是預(yù)報(bào)預(yù)警中小尺度災(zāi)害性天氣和作好決策氣象服務(wù)的關(guān)鍵手段之一。區(qū)域自動(dòng)氣象站安裝在野外，容易受到人為因素和自然災(zāi)害的影響，在實(shí)際運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)多種問題，最終影響到區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測資料的代表性、準(zhǔn)確性和傳輸及時(shí)率[1]。在自動(dòng)氣象站保障維護(hù)方面，潘田鳳等[2-6]氣象裝備保障人員做了大量的研究，為臺(tái)站氣象裝備保障人員在自動(dòng)氣象站維修、維護(hù)等方面提供了技術(shù)借鑒。結(jié)合氣象裝備保障工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了2015—2016年馬鞍山市區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行過程中常見的故障，簡要分析原因，提出故障解決方法，為相關(guān)技術(shù)人員做好區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行保障提供參考。

1 區(qū)域自動(dòng)氣象站現(xiàn)狀

1.1 基本情況

“十三五”規(guī)劃以來，氣象現(xiàn)代化建設(shè)快速推進(jìn)，氣象設(shè)備的監(jiān)測能力得到進(jìn)一步提高。截至2016年底，馬鞍山市實(shí)現(xiàn)了多要素區(qū)域自動(dòng)氣象站鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率100%，轄區(qū)共有各類區(qū)域自動(dòng)氣象站56個(gè)，其中六要素站34個(gè)，四要素站21個(gè)，單能見度站1個(gè)，多要素站主要為CAWS3000型和DZZ3型。區(qū)域自動(dòng)氣象站的廣泛部署，使得氣象部門獲取氣象資料的途徑由單一觀測站點(diǎn)擴(kuò)大到轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)觀測站點(diǎn)，得到的氣象資料更為精細(xì)。然而，區(qū)域自動(dòng)氣象站的分布具有點(diǎn)多、線長、面廣的特點(diǎn)。同時(shí)，由于區(qū)域自動(dòng)氣象站建設(shè)項(xiàng)目不同，自動(dòng)站采購批次不同，造成設(shè)備型號多樣、種類繁多，故障頻發(fā)，給技術(shù)保障工作帶來諸多困難。

1.2 區(qū)域自動(dòng)氣象站故障統(tǒng)計(jì)

為了找出區(qū)域自動(dòng)氣象站常見故障的共性問題，對馬鞍山市近2 a設(shè)備故障情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。故障維修記錄中，傳感器故障占比51.09%，供電系統(tǒng)故障占比21.74%，通訊故障占比18.48%，采集器故障占比8.70%。從故障分布情況來看，傳感器故障的比例最高，其次是供電系統(tǒng)故障，然后是通訊故障和采集器故障。各類傳感器故障中，雨量傳感器故障占比89%，主要表現(xiàn)為漏斗堵塞、干簧管損壞和雨量數(shù)據(jù)線接觸不良。供電系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為電源控制器保險(xiǎn)絲燒斷、蓄電池虧電欠壓等。

2 常見故障分析

2.1 采集器故障

采集器是整個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站的核心，具有體積小、集成度高、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在使用過程中較少出現(xiàn)故障。故障原因通常為采集器死機(jī)或沒有供電、內(nèi)置參數(shù)錯(cuò)誤、采集器內(nèi)部線路老化、遭受雷擊損壞等。故障排查方法為首先通過查看采集器的工作指示燈，來初步判斷供電和工作狀態(tài)是否正常，如長望CAMS-MA型采集器，當(dāng)狀態(tài)燈紅色常亮，CF燈約一分鐘閃爍三次，可基本判斷狀態(tài)正常，當(dāng)狀態(tài)異常時(shí)可重啟采集器后再觀察。其次將采集器與筆記本連接，通過串口調(diào)試助手工具，對采集器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、參數(shù)查看與設(shè)置、時(shí)間校對等操作。此外可通過更換采集器來排除故障。

2.2 傳感器故障

2.2.1 雨量傳感器故障 雨量傳感器故障一般表現(xiàn)為兩種形式。一是有降水而無雨量數(shù)據(jù)。故障排除方法為首先檢查雨量筒或漏斗是否因雜物造成堵塞，然后檢查翻斗能否正常翻動(dòng)(常因蜘蛛網(wǎng)將翻斗軸纏繞，造成翻斗翻動(dòng)不暢)。其次，使用萬用表通斷蜂鳴檔檢查干簧管是否正常吸合，最后對雨量傳感器與采集器連接線進(jìn)行通斷檢查。如果以上方法檢查均正常，則應(yīng)考慮采集器雨量通道是否正常，通過更換采集器進(jìn)行測試。二是有雨量數(shù)據(jù)，但雨量數(shù)據(jù)明顯偏大或偏小。有系統(tǒng)性降水時(shí)，通過監(jiān)測平臺(tái)對比相鄰站點(diǎn)數(shù)據(jù)，比較容易發(fā)現(xiàn)此類問題。故障排除方法：首先在確保沒有異物堵塞的情況下，打開雨量傳感器外筒并加水檢查翻斗翻動(dòng)是否靈活，如果翻動(dòng)不靈活，應(yīng)調(diào)節(jié)螺釘使翻斗靈活翻動(dòng)；其次通過雨量標(biāo)校儀對傳感器進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)通過調(diào)整計(jì)量翻斗兩邊定位螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)，向外調(diào)節(jié)，計(jì)數(shù)值減小，向內(nèi)調(diào)節(jié)，計(jì)數(shù)值增大。

2.2.2 溫濕度傳感器故障 當(dāng)站點(diǎn)溫度出現(xiàn)異常時(shí)，首先查看站點(diǎn)周圍環(huán)境是否對溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，當(dāng)溫度傳感器防護(hù)罩不通風(fēng)或者存在較強(qiáng)的光反射，都可能造成溫度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；其次檢查線路是否連接正確或者被損壞，連接采集器溫度通道的接線端子接觸是否正常；最后檢查溫度傳感器是否正常，使用萬用表分別測量溫度傳感器四根線的電阻值，正常阻值同色應(yīng)為1～8 Ω，異色應(yīng)為80～120 Ω。當(dāng)所測阻值不在允許范圍內(nèi)，則判斷為故障，更換溫度傳感器。

當(dāng)濕度異常或者缺測時(shí)，可能的故障原因有濕度傳感器沒有供電、連接線破損短路、接線端子故障或者濕度傳感器本身故障。故障排除方法：首先檢查濕度傳感器外觀是否受損，濕敏電容外保護(hù)罩是否清潔、老化；其次檢查濕度傳感器線纜是否受損，連接采集器的接線端子接觸是否良好；最后使用萬用表檢查濕度傳感器供電是否為12 V，接線端子處濕度信號電壓是否為0～1 V，若測量電壓大于1 V，則判定濕度傳感器故障。

2.2.3 風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障 通常使用的風(fēng)向風(fēng)速傳感器為天津氣象儀器廠生產(chǎn)的EL系列風(fēng)向風(fēng)速傳感器，隨著設(shè)備升級及考慮后期維護(hù)方便，馬鞍山境內(nèi)已逐步統(tǒng)一使用EL15-2C型風(fēng)向傳感器和EL15-1C型風(fēng)速傳感器。

當(dāng)風(fēng)向保持某一數(shù)據(jù)不變時(shí)，首先檢查機(jī)箱端風(fēng)向傳感器線纜是否有擠壓破損，風(fēng)向接線端子的接觸是否正常，查看信號線有無空接；然后檢查傳感器是否正常供電，通常EL15-2C型風(fēng)向傳感器工作電源為5 V；最后放倒風(fēng)桿檢查整根傳感器線纜是否破損以及傳感器航空插頭有無短路或損壞等現(xiàn)象。此外，該型號傳感器信號輸出插座的第4～10針分別對應(yīng)格雷碼的D0～D6，使用萬用表測量D0～D6的電壓值，電壓一般為0.02 V或4.6 V左右，0.02 V時(shí)記為為0，4.6 V時(shí)記為1，即可得到當(dāng)前風(fēng)向的格雷碼值，通過格雷碼對應(yīng)表便可得知當(dāng)前風(fēng)向角度，對照實(shí)際風(fēng)向，可確認(rèn)傳感器是否故障。 如果以上述檢查沒有問題，則更換風(fēng)向傳感器。

風(fēng)速值異常通常表現(xiàn)為缺測或長時(shí)間靜風(fēng)。首先檢查供電是否正常，通常EL15-1C型風(fēng)速傳感器工作電源為5 V，當(dāng)靜風(fēng)時(shí)輸出為0 V或5 V，有風(fēng)時(shí)則在2.5 V 左右；其次檢查傳感器航空插頭處連接是否正常；最后檢查傳感器是否損壞或者由于長時(shí)間使用導(dǎo)致軸承磨損影響性能，如有則更換傳感器。若以上檢查均無問題，則更換采集器查看風(fēng)速值。由于風(fēng)向風(fēng)速傳感器安裝在風(fēng)桿頂部，且區(qū)域自動(dòng)氣象站一般在比較空曠的環(huán)境中，容易遭受雷擊使風(fēng)向風(fēng)速傳感器損壞和數(shù)據(jù)異常。

2.2.4 氣壓傳感器故障 氣壓值異常表現(xiàn)為缺測、長時(shí)間穩(wěn)定不變或者變化很小。首先檢查氣壓傳感器靜壓管是否被擠壓或者堵塞，干燥劑是否受潮，應(yīng)保持傳感器靜壓管通暢和及時(shí)更換干燥劑；其次檢查連接線纜是否破損，接線端子接觸是否良好；然后測量氣壓傳感器工作電源是否正常。如果檢查均無問題，更換氣壓傳感器。

2.3 供電系統(tǒng)故障

供電系統(tǒng)故障一般有兩個(gè)主要原因。一是蓄電池老化或者損壞，蓄電池使用壽命一般為2年左右，需定期更換；二是連陰雨天氣時(shí)寡照，采光受周圍環(huán)境影響或者電源控制器損壞，導(dǎo)致太陽能板不能及時(shí)給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池過度放電至電壓低于10.8 V時(shí)，設(shè)備停止工作。檢查時(shí)首先用萬用表直流電壓檔測量蓄電池的電壓是否為正常值，電壓達(dá)12.3 V以上才能正常激活電源控制器；其次測量太陽能板的輸出電壓是否正常，太陽能板受陽光直射時(shí)輸出電壓應(yīng)在13.4 V以上；接著檢查電源控制器是否完好無損；最后檢查供電線路是否有破損。

2.4 通訊故障

通信系統(tǒng)由通訊控制器、SIM卡和發(fā)射天線組成。當(dāng)監(jiān)控平臺(tái)顯示數(shù)據(jù)全部缺測，且最近一份報(bào)文中電量顯示正常時(shí)，通常為通信系統(tǒng)故障。通常故障主要有，(1)站點(diǎn)周邊環(huán)境信號太弱或者存在盲區(qū)；(2)天線故障，接觸不好；(3)SIM卡欠費(fèi)、接觸不良或者損壞；(4)通訊控制器故障，需要重置參數(shù)或更換。目前，馬鞍山市境內(nèi)采用安徽華維氣象科技裝備研究所研制的HW-1型GPRS通訊控制器和CAWS-TG04N智能通訊服務(wù)器。HW-1型GPRS通訊控制器可以向站點(diǎn)SIM卡發(fā)送測試短信“測試%%”，站點(diǎn)主機(jī)收到短信后會(huì)將自身現(xiàn)存的參數(shù)發(fā)回測試者，通過回執(zhí)參數(shù)來進(jìn)行故障診斷；對于使用CAWS-TG04N智能通訊服務(wù)器的站點(diǎn)，通過中心站(中心站一般部署在省級部門，需聯(lián)系省級技術(shù)人員)可以明確看到設(shè)備是否在線，一般設(shè)備不在線，即判斷為通訊故障，可以通過中心站進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)配置或前往現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)。

3 區(qū)域自動(dòng)氣象站保障建議

為確保馬鞍山市區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和可用性，需強(qiáng)化對區(qū)域自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)和管理，建議如下。

(1)區(qū)域自動(dòng)氣象站站址遴選時(shí)，選擇周圍環(huán)境滿足探測要求的空曠場地，盡量避免水淹以及周圍遮擋對數(shù)據(jù)的影響。此外，馬鞍山市大部分區(qū)域自動(dòng)氣象站建在當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)政府大院、學(xué)校、水利排灌站、種養(yǎng)殖基地等地，應(yīng)與所在地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息員、教師、農(nóng)戶等進(jìn)行合作，讓其定期巡視轄區(qū)內(nèi)區(qū)域自動(dòng)氣象站，并在每個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站圍欄設(shè)置保護(hù)氣象設(shè)施的警示牌，確保自動(dòng)站設(shè)備安全運(yùn)行。

(2)樹立預(yù)防為主、維修為輔的理念，加強(qiáng)對區(qū)域自動(dòng)氣象站的定期巡檢，對雨量傳感器、蓄電池等設(shè)備以及探測環(huán)境做到定期維護(hù)，從而減少區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障率。通過運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)加強(qiáng)對區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況的日常監(jiān)控，做到一旦出現(xiàn)儀器設(shè)備故障或者數(shù)據(jù)異常，就能進(jìn)行快速診斷和及時(shí)排除，確保區(qū)域自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行，保障觀測資料的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

(3)由于馬鞍山市區(qū)域自動(dòng)氣象站型號多、要素全，設(shè)備出現(xiàn)的故障種類多，導(dǎo)致對故障的診斷與排除也越來越復(fù)雜。因此,需要?dú)庀笱b備保障人員不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，提高理論水平，積極主動(dòng)與省級保障部門和廠家的技術(shù)人員加強(qiáng)溝通和交流，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升維護(hù)維修能力。市級氣象保障部門還應(yīng)建立氣象裝備技術(shù)保障操作實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過實(shí)際操作，提高技術(shù)保障人員實(shí)踐能力。

(4)作好區(qū)域自動(dòng)氣象站設(shè)備的備件管理，根據(jù)各類型站點(diǎn)的數(shù)量以及設(shè)備易損壞程度按比例配置備件，這樣可以保證設(shè)備出現(xiàn)問題能及時(shí)更換，確保觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。按照要求對區(qū)域自動(dòng)氣象站的傳感器進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)，對誤差較大的傳感器及時(shí)進(jìn)行更換，保證觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。應(yīng)及時(shí)將故障設(shè)備返廠維修，保證備件的供應(yīng)充足。

4 結(jié)語

區(qū)域自動(dòng)氣象站在氣象災(zāi)害防御中發(fā)揮了重要作用，其越來越受到各級黨委政府的高度關(guān)注，區(qū)域自動(dòng)氣象站的建設(shè)數(shù)量在不斷增加，對觀測資料的傳輸及時(shí)率和可用性要求也越來越高。氣象裝備保障人員要樹立預(yù)防為主，維修為輔的理念，強(qiáng)化設(shè)備定期巡檢維護(hù)制度，不斷總結(jié)、積累維修維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)備故障排除的時(shí)效性和成功率，確保區(qū)域自動(dòng)氣象站長期、穩(wěn)定運(yùn)行和觀測資料的準(zhǔn)確、完整。

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B

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1006-4354(2017)06-0041-04

2017-05-03

陳裕(1988—)，男，漢族，江蘇啟東人，學(xué)士，助工，主要從事綜合氣象觀測。

安徽省馬鞍山市氣象局2016—2017年課題