自動氣象觀測系統(tǒng)RVR數(shù)據(jù)偏低原因分析及解決方法探究

民航湖北空管分局 諶詩雨/文

航班延誤一直是民眾關(guān)注的熱點話題，而低能見度是造成航班大面積延誤的重要原因。能見度在自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）中通常體現(xiàn)為RVR值，RVR值也是飛行員和空中交通管制員最常用的表征能見度的數(shù)值。RVR即跑道視程，是指在跑道中線航空器上的飛行員能看到跑道面上的標(biāo)志或跑道邊界燈或中線燈的距離。對于機場來說，航班起降有一個最低運行標(biāo)準(zhǔn)，一般用能見度或跑道視程（RVR）來表示，例如國內(nèi)一類盲降標(biāo)準(zhǔn)的RVR值需達(dá)到550米。當(dāng)AWOS系統(tǒng)輸出的RVR值持續(xù)偏低，將可能造成機場運行標(biāo)準(zhǔn)降低，導(dǎo)致航班延誤，影響機場正常運行。

如果是正常天氣現(xiàn)象導(dǎo)致的能見度偏低，我們或許無能為力，但如果是傳感器測量原因?qū)е?，就?yīng)該認(rèn)真探究其背后的原因，尋找解決方法。

自動氣象觀測系統(tǒng)輸出RVR數(shù)據(jù)基本原理

RVR值由自動氣象觀測系統(tǒng)中的大氣透射儀LT31輸出。RVR計算時，白天使用柯西米德定律：ε ＝TR/b，夜間使用阿拉德定律：E＝TR/b/R2，其中R為跑道視程，T為大氣透明度，b為基線長度，E為照度閾值，與背景亮度有關(guān)，I為跑道燈光強度，ε 為視覺對比感閾。

從上述公式可以看出，RVR的計算主要與三個數(shù)值相關(guān)：氣象光學(xué)視程（MOR）、跑道燈光級數(shù)（RSI）、背景光亮度值（BL）。其中，MOR值由LT31測量光發(fā)射機和光接收機之間的大氣透射率結(jié)合基線長度（即光發(fā)射機防護(hù)窗口與光接收機防護(hù)窗口之間的距離）計算得到；跑道燈光級數(shù)值由塔臺管制員手動調(diào)節(jié)，通過RS-485信號傳輸?shù)紺DU中參與計算；背景光亮度值由安裝在LT31接收單元支架上的背景光亮度傳感器LM21提供。此外，LT31利用集成的前向散射儀PWD22實現(xiàn)自動校準(zhǔn)。

RVR值偏低原因分析及解決方法

（一）前向散射儀PWD22 原因

前向散射儀PWD22測量從45°角散射的光。在測量原理上，高能見度時的讀數(shù)沒有精度限制，大氣透射儀采用大氣透射原理，在中低能見度下最精確，所以傳感器默認(rèn)在高能見度（4千米）采用PWD22數(shù)據(jù)，低能見度采用LT31數(shù)據(jù)。而自動校準(zhǔn)正是利用前向散射儀測量原理的優(yōu)勢來校準(zhǔn)大氣透射儀的測量結(jié)果。

由此可知，在高能見度情況下，如果采用了未經(jīng)自動校準(zhǔn)的LT31輸出的MOR值，會因為LT31中一些參數(shù)偏移或污染得不到補償，而使MOR值偏小。

1.PWD22上雨傳感器RAINCAP故障

雨傳感器RAINCAP故障，輸出錯誤數(shù)據(jù)，導(dǎo)致PWD22誤判當(dāng)前天氣有雨。由于自動校準(zhǔn)需滿足條件：大氣狀況穩(wěn)定無降水，所以自動校準(zhǔn)不能進(jìn)行，MOR值由沒有自動校準(zhǔn)的LT31輸出，MOR值偏小。

解決方法：連接LT31，進(jìn)入MENU菜單或直接連接PWD22維護(hù)端口輸入“STA”命令，查看PWD22狀態(tài)，系統(tǒng)輸出如圖1。

查看DRD（RAINCAP雨傳感器瞬時值）項是否有*號，有*號說明瞬時值超出限制，雨傳感器可能有污染或故障，此時需要徹底清潔RAINCAP表面，若還不能消除*號告警，則按照說明書更換雨傳感器RAINCAP。

2.PWD22自動校準(zhǔn)條件設(shè)置有誤

通常情況下，PWD22自動校準(zhǔn)條件為PWD22檢測到當(dāng)前能見度達(dá)到4千米以上，如果PWD22自動校準(zhǔn)條件設(shè)置過高（即遠(yuǎn)高于4千米），自動校準(zhǔn)將不能進(jìn)行，MOR值由沒有自動校準(zhǔn)的LT31輸出，MOR值偏小。

解決方法：連接LT31，用“DUMP”命令查看自動校準(zhǔn)條件參數(shù)MOR的最小值是否為4000。若不為4000，進(jìn)入LEVEL3命令集，用“configure”命令修改自動校準(zhǔn)條件參數(shù)。

3.PWD22測量區(qū)域有反光物或閃光

PWD22是通過光的散射來測量能見度的，采樣空間小，代表性差。如果測量區(qū)域內(nèi)有可反射光的物體，極易影響測量結(jié)果，使得PWD22判斷空氣中顆粒較多，誤認(rèn)為當(dāng)前天氣有雨或能見度較差；若測量區(qū)域附近有閃光，可能會導(dǎo)致PWD22檢測到光學(xué)信號峰值，產(chǎn)生錯誤。以上兩種情況都會導(dǎo)致自動校準(zhǔn)無法進(jìn)行，MOR值由沒有自動校準(zhǔn)的LT31輸出，MOR值偏小，如圖2所示。

解決方法：查看室外傳感器，檢查PWD22測量范圍附近是否有可反光物體（由于LT31采用白色LED光源，極易吸引昆蟲，所以反光物極有可能是昆蟲）或閃光源，將其清除即可。

4.PWD22其他硬件錯誤

PWD22的發(fā)射機PWT11或控制器/接收機PWC22故障，可能導(dǎo)致當(dāng)前能見度測量不準(zhǔn)并出現(xiàn)PWD硬件告警，自動校準(zhǔn)條件無法滿足，導(dǎo)致自動校準(zhǔn)停止，MOR值由沒有自動校準(zhǔn)的LT31輸出，MOR值偏小，如圖3 所示。

解決方法：出現(xiàn)以上情況時，室內(nèi)自觀終端診斷界面會產(chǎn)生相應(yīng)告警，設(shè)備員發(fā)現(xiàn)告警，可迅速判斷故障硬件，及時上跑道更換故障硬件。

特別注意，檢修完硬件后，如果需要清潔鏡頭，在擦拭鏡頭后，要連接PWD22，用“STA”命令檢查接收器和變送器的反向散射CHANGE值（瞬時信號與清潔值之差）是否接近于零，如果不接近于零，輸入“CLEAN”命令將其設(shè)置為零。

（二）大氣透射儀LT31 原因

1.LT31主發(fā)射模塊LTL112 LED老化，導(dǎo)致發(fā)射光強偏低，測得MOR值偏小

解決方法：自觀終端診斷頁面出現(xiàn)LTL112 LED老化告警信息，在終端遠(yuǎn)程monitor監(jiān)控LT31，查看狀態(tài)代碼，有LTL112相關(guān)告警。進(jìn)入內(nèi)場，連接LT31維護(hù)端口，輸入“STATUS CHECK”命令，讀取設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)， 當(dāng)前事件清單顯示事件消息：“T5:Transmitter Main Transmitter LTL112; LED aged”（T5：發(fā)射機主發(fā)射機LTL112；LED老化），確認(rèn)為LTL112的LED老化，按照說明書更換主發(fā)射模塊LTL112。

值得注意的是，更換主發(fā)射模塊時，如果之前主發(fā)射模塊型號是LTL111，要更換成LTL112備件。在硬件安裝完畢后，由于兼容性，需要更改某些配置：連接LT31維護(hù)端口，進(jìn)入LEVEL3命令集，輸入CONFIGURE LTM111.LIMIT_MAINTXDERA_OFF 10命令，得到如下響應(yīng)：Configuration parameter LTM111.LIMIT_MAINTXDERA_OFF set to value: 10，CLOSE命令關(guān)閉維護(hù)線。至此，主發(fā)射模塊LTL112的更換才算完成。

2.LT31主接收模塊LTD112故障，導(dǎo)致接收光強偏低，測得MOR值偏小

解決方法：自觀終端診斷頁面出現(xiàn)LTD112相關(guān)告警信息，遠(yuǎn)程monitor監(jiān)控LT31，查看狀態(tài)代碼，有LTD112相關(guān)告警。進(jìn)內(nèi)場連接LT31，用“STATUS CHECK”命令讀取設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，查看事件清單，確認(rèn)為LTD112模塊故障，按照說明書更換主接收模塊LTD112。

3.LT31主CPU LTC212故障

由于主CPU LTC212的主要作用是收集所有LT31上智能單元的原始數(shù)據(jù)、執(zhí)行所有運算和算法，一旦出現(xiàn)故障，可能計算出錯誤的MOR值并輸出，此時MOR值可能偏小；或者得出自動校準(zhǔn)條件不滿足的結(jié)果，導(dǎo)致自動校準(zhǔn)無法進(jìn)行，MOR值由沒有自動校準(zhǔn)的LT31輸出，MOR值也會偏小。

解決方法：自觀終端診斷頁面出現(xiàn)LTC212相關(guān)告警信息，遠(yuǎn)程monitor監(jiān)控LT31，查看狀態(tài)代碼，有LTC212相關(guān)告警。進(jìn)內(nèi)場連接LT31，用“STATUS CHECK”命令讀取設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，查看事件清單，確認(rèn)為LTC212模塊故障，按照說明書更換主CPU LTC212。

特別注意，由于大氣透射儀LT31是依靠光學(xué)器件測量能見度，對光學(xué)精度要求高，在更換LT31任何硬件時，容易人為觸碰測量單元造成對準(zhǔn)的偏差，也可能造成鏡頭的污染，所以在更換完LT31上的任何模塊后，最好都要進(jìn)行對準(zhǔn)和校準(zhǔn)操作。在給LT31校準(zhǔn)前，建議先對PWD22進(jìn)行清潔和校準(zhǔn)。

（三）其他原因

（1）有風(fēng)向與跑道方向接近的風(fēng)，且風(fēng)速較大，局部范圍內(nèi)在空氣中吹起一些沙塵，正好進(jìn)入了LT31的光學(xué)測量范圍，造成該端LT31測量值偏低。同理，在該范圍內(nèi)的局部團(tuán)霧也會造成LT31測量值偏低。以上情況均為正常天氣現(xiàn)象。等風(fēng)小或霧氣消散，LT31測量值會自動恢復(fù)正常。

（2）在傍晚時，塔臺管制員沒有及時切換跑道燈光級數(shù)，導(dǎo)致天黑以后還是用的白天較低的燈光級數(shù)，造成LT31計算錯誤（RVR由MOR、跑道燈光級數(shù)RSI、背景亮度BL共同計算得出），出現(xiàn)RVR數(shù)值偏低情況。此時應(yīng)立刻通知塔臺管制員切換正確的跑道燈光級數(shù)。

思考與討論

以上探究了自動氣象觀測系統(tǒng)RVR數(shù)據(jù)偏低的多種原因，并提出了解決方法，但是自動氣象觀測系統(tǒng)的RVR數(shù)據(jù)偏低現(xiàn)象本身在AWOS終端上并不會有明顯的提示，RVR值還是照常顯示，不會像其他數(shù)值異常時一樣出現(xiàn)數(shù)值顏色變化或紅色斜杠，這就需要氣象設(shè)備人員在進(jìn)行自動氣象觀測系統(tǒng)設(shè)備檢查時不僅要留意設(shè)備狀態(tài)，還要關(guān)注數(shù)值本身，必要時還需進(jìn)行數(shù)值的比對。

RVR值偏低的情況只出現(xiàn)在跑道的某一端情況較多，此時要將該端RVR值與跑道其他端RVR值進(jìn)行比對，結(jié)合觀測員報告的實際天氣情況，判斷該端RVR值是否出現(xiàn)異常。然而，能否將低效的“人防”轉(zhuǎn)化為高效的“技防”，是否可以在Vaisala提供的AWOS顯示界面中加入語句，實現(xiàn)跑道上所有RVR數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ燃皻v史數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ?。?dāng)系統(tǒng)判斷RVR數(shù)值出現(xiàn)異常時，在顯示界面通知欄顯著提示，提醒數(shù)據(jù)的使用者如管制員或觀測員，當(dāng)前RVR數(shù)值可能不可靠，同時設(shè)備員也能更快發(fā)現(xiàn)異常，迅速做出反應(yīng)，解決問題，避免對航班運行造成不必要的影響。

再者，出現(xiàn)硬件故障時，由于所有AWOS傳感器都是模塊化結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)問題只需按照說明書更換相應(yīng)板件即可。但當(dāng)沒有可替換板件或可替換板件不足時，有沒有臨時解決問題的替代方法可以選擇，是否可以自行修復(fù)故障的板件，如何修復(fù)，這些都還需更加深入的探究與思考。