區(qū)域自動氣象站管理及儀器設(shè)備故障維修

黃銀財 林銀杰

摘要 區(qū)域氣象站可自動觀測溫濕度、光照、降雨、蒸發(fā)量、風(fēng)速、風(fēng)向等常見氣象數(shù)據(jù)，且集收集和傳輸功能于一體，便于氣象工作者精確處理數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)南平市延平區(qū)區(qū)域自動氣象站常見的故障表現(xiàn)和維修措施，旨在為氣象工作者提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞 自動氣象站;管理維護;故障原因;設(shè)備維修

中圖分類號：P415.12 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）06–0124–02

區(qū)域自動氣象站的有效應(yīng)用可以彌補地面氣象觀測數(shù)據(jù)空間上的空白，提高區(qū)域內(nèi)觀測數(shù)據(jù)的完整性、可代表性，提升天氣預(yù)報和氣象服務(wù)信息的準確性，有助于生產(chǎn)者科學(xué)完成工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)效益，指導(dǎo)公眾合理安排衣食住行，方便人們?nèi)粘Ｉ?。目前，南平市延平區(qū)自動氣象站觀測的各氣象要素實時數(shù)據(jù)傳輸正常，運行穩(wěn)定，為提高氣象災(zāi)害如強雷電、大風(fēng)、短時強降水等強對流天氣預(yù)報預(yù)警能力提供了可靠的參考依據(jù)，并用于精細氣候區(qū)劃，為全區(qū)智慧農(nóng)業(yè)、智慧旅游、智慧城市建設(shè)提供氣象保障，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提升氣象服務(wù)能力[1]。

為提高氣象觀測數(shù)據(jù)的準確率，南平市延平區(qū)陸續(xù)升級改造已有自動氣象站，廣泛配有風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、雨量筒等氣象觀測儀器，能夠為全區(qū)提供實時氣象觀測數(shù)據(jù)。區(qū)氣象數(shù)據(jù)信息鏈接到省氣象信息中心，全部氣象數(shù)據(jù)都可實現(xiàn)自動調(diào)取[2]。然而，受各種因素的影響，區(qū)域自動氣象站儀器設(shè)備會出現(xiàn)各種各樣的故障問題，再加上一些偏遠地區(qū)日常維護工作難度大，影響區(qū)域自動氣象站觀測數(shù)據(jù)的精準性和及時性。此外，自動氣象站不斷升級換代和增建，而基層臺站技術(shù)水平卻跟不上。隨著儀器設(shè)備升級，后續(xù)管理、維護及故障排除任務(wù)的增多，必須總結(jié)歸納常見故障問題，提高故障判斷維修技術(shù)，加強區(qū)域自動氣象站儀器設(shè)備日常管理和維護[3]。

1 常見故障及維修

1.1 電源系統(tǒng)故障及維修

當由電源系統(tǒng)引起運行不正常時，先以繁用表檢查充放電控制器的蓄電池端、太陽能端、輸出負載端的電壓，正常狀態(tài)下三者電壓值相差不大，在13 V左右，若差距過大則會導(dǎo)致主控制器無法運轉(zhuǎn)，檢查PV充電控制器的狀態(tài)，如果存在故障的話會無法為蓄電池充電且輸出電壓過低，更換充電控制器即可。當蓄電池電壓小于10 V時，則充電功能失效，異常表現(xiàn)為白天天氣晴朗時可以接收數(shù)據(jù)，夜間卻無法接收數(shù)據(jù)，或連續(xù)幾天無陽光，無法收到站點數(shù)據(jù)，則蓄電池功能性逐漸喪失，需要更換。也存在另外一種可能，連線接反導(dǎo)致站點數(shù)據(jù)斷斷續(xù)續(xù)，這時萬用表檢查三者電壓值是正常的，但歐姆檔檢查接通和分斷的預(yù)期電流值，會發(fā)現(xiàn)蓄電池端和負載輸出端的負極接反。有一種不典型的狀況是輸出電壓超過15 V會導(dǎo)致系統(tǒng)自動停止工作，因為充放電保護器出現(xiàn)故障導(dǎo)致輸出端電壓為0 V，進而采集器無法工作。此時更換充放電控制器后，使電壓下降到正常值，則加密站系統(tǒng)可恢復(fù)運行。太陽能板的正常電壓在17～20 V之間，會隨著陽光強度不同有所波動，主要檢查充放電保護器，重點觀察連接線端是否牢固，若有松動會導(dǎo)致輸出電壓不足13 V。

1.2 通信系統(tǒng)故障及維修

通過觀察采集器無法得出要素數(shù)據(jù)異常的結(jié)論，但數(shù)據(jù)遲遲無法傳輸且與網(wǎng)頁監(jiān)視數(shù)據(jù)大相徑庭，則可判斷為通信故障。進一步檢查通信模塊指示燈，可用正常的SIM卡換下當前卡，或?qū)斍翱ㄈ∠轮萌胧謾C檢查網(wǎng)絡(luò)信號，若顯示異常，則更換SIM卡或聯(lián)系通信公司檢測基站信號。若SIM卡和電源均為異常，則對模塊重新設(shè)置或直接更換。

1.3 地溫觀測值異常

地溫觀測數(shù)據(jù)異常主要表現(xiàn)在以下3個方面：一是地溫觀測值斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)不正常;二是地溫觀測值過高或過低;三是地溫觀測值穩(wěn)定表現(xiàn)為-24.6℃。出現(xiàn)以上狀況，工作人員應(yīng)該先查看變送器內(nèi)的信號連接有無不牢固的情形，然后查看芯片并更換，再看故障是否解決。若故障依然存在，則將采集箱內(nèi)的18～21號地溫端子與1～4號溫度端子互換，檢查溫度值是否恢復(fù)正常。完成以上步驟后，地溫觀測數(shù)據(jù)仍偏高或偏低，則可能是傳感器故障，將傳感器與標準表對比，有較大差異說明是傳感器故障，更換傳感器即可。地溫觀測值統(tǒng)一為-24.6℃，則是未接通地溫傳感器[4]。

1.4 雨量傳感器故障及維修

因為區(qū)域自動氣象站的工作環(huán)境為露天野外，環(huán)境比較惡劣，在長時間連續(xù)運行后，難免有落葉、昆蟲分泌物、灰塵等進入集水器，堵塞內(nèi)部管道。觀測人員需要定期到各站點進行清理維護。在非汛期要對雨量筒盛水器和匯集漏斗做加蓋處理。實時雨量數(shù)據(jù)偏大可能是因翻斗磁鋼距離干簧管過近或翻斗內(nèi)積蓄污垢較多而自動翻產(chǎn)生計數(shù)。雨量偏小原因是傳感器信號線的5 V直流電壓不穩(wěn)，解決辦法是檢查電纜有無銅絲外露的現(xiàn)象或接觸不良，將線路重新接好并包扎，做防水處理。檢查采集器雨量端電壓和輸入直流電壓是否穩(wěn)定，供電系統(tǒng)的直流5 V電壓輸出是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定則更換芯片。沒有雨量計數(shù)可能有4個原因：一是過濾漏斗堵塞，二是干簧管無法發(fā)揮作用，三是翻斗磁鋼距干簧管過遠，四是信號線纜短路或斷路。處理措施包括清除淤塞物品，切斷防雷板和數(shù)據(jù)傳輸線的連接，將繁用表調(diào)節(jié)到蜂鳴檔測試雨量計接線端，撥動漏斗聽是否有蜂鳴聲，若沒有則表明干簧管已經(jīng)損壞需要及時更換。將計數(shù)翻斗的刀口對準卡槽，不斷調(diào)整磁鋼與干簧管之間的距離直至異常消失，對線纜漏電位置重新包裹做防水措施。檢查供電系統(tǒng)有無12 V的直流輸入采集器，若無直流5 V輸出則更換相應(yīng)芯片[5]。

1.5 風(fēng)速風(fēng)向傳感器故障及維修

以20VDC檔測試傳感器電壓值，當采集器收集到的數(shù)據(jù)與實際情況不一致時，可表現(xiàn)為數(shù)值一直顯示為239和0，則傳感器和采集器連接故障，風(fēng)向數(shù)據(jù)長時穩(wěn)定無變化，則需要先檢查傳感器有無空接情況，采集器端和供電系統(tǒng)之間有無接觸不良情況。對于風(fēng)向傳感器而言，正常電壓為5 V，輸出信號電壓在0～2.5 V之間，最后檢查線纜有無不相連之處。以上均無異常，則需更換傳感器。風(fēng)速值明顯增大，則需觀察傳感器外部有無破損情況，然后檢查供電系統(tǒng)，正常供電電壓為5 V，靜風(fēng)時輸出信號電壓為0 V或5 V，起風(fēng)天氣的輸出信號電壓為2.5 V，可在更換傳感器后觀察風(fēng)速數(shù)據(jù)是否恢復(fù)正常。此外，要考慮風(fēng)速風(fēng)向傳感器一般置于野外高處易遭雷擊的可能性。

1.6 采集器故障及維修

在數(shù)據(jù)采集器的右上方有表征運行狀態(tài)的指示燈，當紅色指示燈一直以3 S的頻率閃爍時，則采集器運行正常。若閃爍頻率不符合標準，則采集到的數(shù)據(jù)精準度會下降，工作人員要及時重啟采集器。當各要素傳感器出現(xiàn)故障時，也會影響采集程序運行，這時需要斷開所有傳感器與采集器的連接，只保留供電端，再重啟采集器觀察運行是否恢復(fù)正常。若采集器可正常運行，則依次將各要素傳感器插頭插上，找出究竟是哪個要素傳感器引起的故障。出現(xiàn)指示燈不亮的情況，則表示啟動電壓不足，需要測量充放電控制器輸出端電壓。

2 日常管理措施

日常檢查要點包括觀察雨量傳感器的漏斗管道有無雜物堵塞，地溫傳感器掩埋位置是否準確，每日對比風(fēng)向的準確性，檢查線纜有無破損，風(fēng)向杯和風(fēng)向標的軸承靈活度。每個整點前10 min要檢查終端數(shù)據(jù)是否正常。由于氣象觀測對時間的要求較高，因此需要正確設(shè)置采集器時鐘，一般利用該軟件進行校準，當整點時刻過后，要校對時間，然后在整點后1～2 min內(nèi)采集氣象數(shù)據(jù)。如果因為對時不準確，那么采集到的數(shù)據(jù)就會因時間原因而出現(xiàn)錯誤文件格式，無法進行處理和存儲。需要注意的是，在校對時間時應(yīng)避開雨量較大的時段，因為采集器的時間調(diào)整有一個有效范圍，在有效范圍內(nèi)進行校對會耽誤分鐘雨量的采集。上傳的氣象數(shù)據(jù)由整點實時數(shù)據(jù)也有每10 min一次的加密觀測，這就需要觀測員隨時注意自動站監(jiān)控軟件的刷新頻率和通訊組網(wǎng)接口是否正常，爭取做到多對比、早報告、早處理。

3 結(jié)語

區(qū)域自動站是一套集成化系統(tǒng)，觀測設(shè)備繁多，難免會出現(xiàn)故障。同時，氣象觀測具有特殊性，對數(shù)據(jù)的連續(xù)性和精確性的要求較高。因此，要定期巡視和維護自動氣象站儀器，避免因儀器故障導(dǎo)致缺測或漏測，給氣象業(yè)務(wù)的正常進行帶來損失。

參考文獻

[1] 王飛.新型區(qū)域自動氣象站的故障判斷及處理[J].河南科技，2020（10）：145-147.

[2] 李燕.區(qū)域自動氣象站故障排查及維修基本方法[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊， 2020， 28（5）： 102.

[3] 符文雄，張凱濤，陳曉維.區(qū)域自動氣象站4G通信系統(tǒng)升級過程故障分析[J]. 氣象水文海洋儀器， 2020， 37（4）： 118-120.

[4] 劉勇.區(qū)域自動氣象站維護與保障管理探討[J]. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備， 2020（3）： 129， 132.

[5] 杜志國，張秀艷，劉婧婧，等.區(qū)域自動氣象站常見故障的分析與排除[J].吉林農(nóng)業(yè)， 2019（9）： 101.

責任編輯：黃艷飛

Management of Regional Automatic Weather Station and Maintenance of Instru-ment and Equipment

HUANG Yin-cai （Meteorological Bur-eau of Yanping District， Nanping City， Fujian Province， Nanping， Fujian 353000）

Abstract The regional meteorological sta-tion can automatically observe the common meteorological data， such as temperature and humidity， light， rainfall and evaporation， wind speed and direction， and has the function of collection and transmission， which is convenient for meteorological workers to accurately process the data. This paper summarizes the common fault performance and maintenance measures of regional automatic weather station in Yanping District of Nanping City， in order to provide useful reference for the majority of meteorological workers.

Key words Automatic weather station; Management and maintenance; Cause of failure; Equipment maintenance