新型自動(dòng)氣象站運(yùn)行故障分析

王彥朝，鄒小松

1.河北省滄州市氣象局，河北滄州 061000；2.福建省閩侯縣氣象局，福建閩侯350100

在全球氣候變暖的大背景下，干旱、暴雨、冰雹、高溫等極端天氣事件呈現(xiàn)出多發(fā)、頻發(fā)的特征，尤其是突發(fā)性、局地性的氣象災(zāi)害增多，由于其歷時(shí)短、強(qiáng)度大、危害重等特點(diǎn)，對(duì)氣象部門開(kāi)展氣象監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。加強(qiáng)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行管理，在全面提升社會(huì)防災(zāi)避災(zāi)能力，最大限度地降低氣象災(zāi)害損失具有重要意義和積極作用。自動(dòng)氣象站可以對(duì)氣象要素進(jìn)行全天候24 h的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)采集器實(shí)時(shí)采集氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)傳感器、通信線路等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并保存，是氣象部門最基礎(chǔ)業(yè)務(wù)工作，能用于各種環(huán)境、場(chǎng)合或行業(yè)的氣象監(jiān)測(cè)，為開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

目前，滄州市氣象局用于氣象監(jiān)測(cè)的自動(dòng)氣象站80%以上為DZZ4型自動(dòng)氣象站，得益于氣象現(xiàn)代化建設(shè)，滄州市已建成各類氣象觀測(cè)站點(diǎn)，地面氣象站實(shí)現(xiàn)了鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）全覆蓋，地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了縣（區(qū)）中短期及鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）精細(xì)化預(yù)報(bào)的全覆蓋。氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理能力和內(nèi)控能力不斷提升，減少了人工篩選和處理數(shù)據(jù)的工作。為了提高滄州市的氣象服務(wù)質(zhì)量，需要深入分析自動(dòng)氣象觀測(cè)站運(yùn)行中常見(jiàn)的故障問(wèn)題，及時(shí)找到解決方法，確保氣象觀測(cè)按時(shí)進(jìn)行。

1 新型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

1.1 新型自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，滄州市安裝的新型自動(dòng)氣象站所搭載的基本為CAN總線和專為氣象觀測(cè)用的嵌入式系統(tǒng)。氣象站通常由2個(gè)部分構(gòu)成，分別為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)有四個(gè)部分，分別為主采集器及分采集器構(gòu)成的采集器系統(tǒng)、CAN通訊總線、傳感器和外圍設(shè)備。采集器系統(tǒng)尤為重要，主采集器和諸多分采集器是達(dá)到綜合觀測(cè)目的的必要設(shè)備，配備有多功能和高性能的數(shù)據(jù)處理軟件，可大大增強(qiáng)拓展性。依靠統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放式的技術(shù)路線可順利規(guī)劃氣象站硬件系統(tǒng)。而且新型自動(dòng)氣象站在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格遵照國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在故障維修需要更換零部件時(shí)，可以選擇性價(jià)比較高的不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。新型自動(dòng)氣象站的軟件系統(tǒng)主要包括業(yè)務(wù)軟件和嵌入式系統(tǒng)2個(gè)部分。嵌入式系統(tǒng)采用的是Linux操作系統(tǒng)管理軟件，所承擔(dān)的功能是對(duì)儀器設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行管理進(jìn)行總控。觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件是借助于Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，主要負(fù)責(zé)采集和處理自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)。自動(dòng)氣象站的外圍設(shè)備主要由電源、通信接口、外存儲(chǔ)器、終端計(jì)算機(jī)4個(gè)部分組成。

1.2 新型自動(dòng)氣象站的功能特點(diǎn)

新型自動(dòng)氣象站具有智能采集、長(zhǎng)期固態(tài)存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ?，可廣泛應(yīng)用于野外惡劣環(huán)境下高頻率的觀測(cè)任務(wù)中，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可全面監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、光照等氣象要素。自動(dòng)氣象站采自動(dòng)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣象要素同步采集、報(bào)送和處理的信息系統(tǒng)構(gòu)建，它具有傳輸數(shù)據(jù)量小、通信網(wǎng)絡(luò)分布地域廣以及通信條件比較惡劣等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可利用GPRS無(wú)線傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)站與指揮平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨?，且系統(tǒng)具有高可靠性和可擴(kuò)展性的功能。

2 軟件故障及維護(hù)

內(nèi)部軟件的正常運(yùn)行是確保新型自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的條件之一。導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)精確度及系統(tǒng)報(bào)告發(fā)生錯(cuò)誤或異常等現(xiàn)象都屬于軟件運(yùn)行問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決這些問(wèn)題，才能保證氣溫、降水量等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤并及時(shí)上傳。

2.1 軟件參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

使用測(cè)報(bào)軟件時(shí)，一些工作人員未嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行操作，導(dǎo)致軟件使用密碼或部分參數(shù)設(shè)置功能受限。在自動(dòng)氣象站的測(cè)報(bào)軟件系統(tǒng)中，需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的有監(jiān)控軟件和地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件。打開(kāi)監(jiān)控軟件設(shè)置頁(yè)面會(huì)出現(xiàn)用戶設(shè)置選項(xiàng)，此選項(xiàng)的主要目的是變更自動(dòng)站類型、改正組網(wǎng)模式，當(dāng)密碼丟失則會(huì)限制軟件部分功能的發(fā)揮。當(dāng)出現(xiàn)丟失密碼的情況時(shí)，需要點(diǎn)擊設(shè)備中的Sysconfig文件夾，查找此文件夾目錄下的taboperator數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表中保存了管理員和操作員的相關(guān)信息，瀏覽內(nèi)容查找此次操作失誤的用戶信息，然后輸入password口令進(jìn)行動(dòng)作清除，重新輸入新口令點(diǎn)擊保存，最終恢復(fù)該管理用戶的管理權(quán)。

2.2 臺(tái)站正點(diǎn)長(zhǎng)Z文件

氣象站測(cè)報(bào)軟件在運(yùn)行過(guò)程中正點(diǎn)長(zhǎng)Z文件偶爾會(huì)出現(xiàn)多個(gè)更正報(bào)的情況，出現(xiàn)此類不正常情形的原因是在主通道中設(shè)置了2個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)，并且這些節(jié)點(diǎn)沒(méi)有任何功能性作用。多個(gè)無(wú)用節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致程序自第2個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始傳輸并保存于AWSNet文件中，然后依次自第2個(gè)或第3個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸。但在數(shù)據(jù)傳輸全過(guò)程中，重復(fù)文件一直處于多余狀態(tài)，并未被清除，所以在接下來(lái)的傳輸過(guò)程中仍然會(huì)被重復(fù)傳輸，這樣會(huì)出現(xiàn)多個(gè)更正報(bào)的情況。發(fā)生此類狀況可在通訊組網(wǎng)軟件接口的第2和第3個(gè)節(jié)點(diǎn)的“通訊類型”處輸入空格來(lái)解決。

2.3 軟件維護(hù)

測(cè)報(bào)軟件的日常維護(hù)以時(shí)間校對(duì)、監(jiān)控運(yùn)行、數(shù)據(jù)卸載為主要內(nèi)容。工作人員應(yīng)在每天19:00準(zhǔn)時(shí)對(duì)采集器始終進(jìn)行時(shí)間校對(duì)，確保采集器時(shí)間和東八區(qū)區(qū)時(shí)的誤差在30 s以內(nèi)。若誤差過(guò)大則正點(diǎn)后對(duì)采集器始終進(jìn)行調(diào)整。在19:00過(guò)半對(duì)時(shí)再進(jìn)行檢查，盡量降低對(duì)數(shù)據(jù)定時(shí)卸載和文件上傳的影響。修改時(shí)間的時(shí)段避開(kāi)強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段，否則會(huì)導(dǎo)致降雨量數(shù)據(jù)失真。若電腦顯示時(shí)間和采集器時(shí)間不一致程度高，根據(jù)修改“時(shí)間同步率”的頻數(shù)，增加其對(duì)時(shí)次數(shù)，使計(jì)算機(jī)與采集器時(shí)鐘一致。若采集器走時(shí)無(wú)異常，則只對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)時(shí)即可。監(jiān)控軟件中的“整時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)”界面可表明監(jiān)控軟件是否需要維護(hù)。在整點(diǎn)前10 min左右顯示的實(shí)際數(shù)據(jù)是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。工作人員要結(jié)合觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)和以往資料判斷數(shù)據(jù)變化曲線的突變點(diǎn)有無(wú)異常，若記錄存在異常且影響所顯示的極值，則要及時(shí)解決異常問(wèn)題。當(dāng)正常狀態(tài)下無(wú)法輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)，則需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，即利用平時(shí)數(shù)據(jù)卸載的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)。人工及時(shí)收集補(bǔ)缺數(shù)據(jù)，采集器的數(shù)據(jù)保存時(shí)間在3～15 d。補(bǔ)收數(shù)據(jù)盡量避開(kāi)系統(tǒng)繁忙時(shí)間，因?yàn)樾遁d數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)屏蔽其他自動(dòng)卸載功能，可能影響正點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集工作，而且平時(shí)盡量少用卸載數(shù)據(jù)的方法。當(dāng)選中“上傳文件”復(fù)選框，則系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸至中心站是在下次正點(diǎn)時(shí)刻，傳輸?shù)奈募窃谛遁d定時(shí)數(shù)據(jù)的相應(yīng)時(shí)次。

氣象自動(dòng)站組網(wǎng)設(shè)置時(shí)通訊組網(wǎng)接口軟件的重要維護(hù)內(nèi)容。當(dāng)站點(diǎn)的通訊方式為單一型時(shí)，則不需一一設(shè)置通道的各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)站點(diǎn)通訊方式為多種組合時(shí)，比如存在主通道和次通道時(shí)，工作人員可根據(jù)站點(diǎn)實(shí)際工作情況設(shè)置2種通道，設(shè)置內(nèi)容包括鏈接賬戶、用戶名等相關(guān)信息。

2.4 采集系統(tǒng)故障

采集器蜂鳴器一直響有2種原因，第1種是大風(fēng)預(yù)警，此時(shí)可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作。大風(fēng)預(yù)警信息會(huì)被儲(chǔ)存，然后在5 min左右自動(dòng)停止鳴響，若超時(shí)仍在鳴響則需要重啟采集器。第2種是新型自動(dòng)氣象站受雷擊影響或強(qiáng)電磁干擾，敏感的電子設(shè)備產(chǎn)生反應(yīng)，運(yùn)行程序出現(xiàn)錯(cuò)誤或設(shè)備出現(xiàn)物理?yè)p壞。此時(shí)點(diǎn)擊復(fù)位鍵可順利解決這個(gè)問(wèn)題。若復(fù)位后仍鳴響則需要關(guān)閉采集器電源，3 min后“0”位開(kāi)機(jī)。若開(kāi)機(jī)后仍無(wú)法解決則表明自動(dòng)氣象站的硬件設(shè)備已經(jīng)受損，需要再次關(guān)閉采集器電源，調(diào)轉(zhuǎn)風(fēng)速風(fēng)向傳感器插頭，“0”位開(kāi)機(jī)，若采集器正常則表明需更換風(fēng)速風(fēng)向傳感器，若采集器異常則需更換采集器。采集器蜂鳴器出現(xiàn)間隔鳴響，頻率為每隔1 min響1次則有以下2種原因。第1種是電源系統(tǒng)異常。氣象站的電源箱久未輸入交流電，那么一直是蓄電池在支持運(yùn)行，蓄電池過(guò)度放電則會(huì)導(dǎo)致站點(diǎn)不能工作。此時(shí)，可直接輸入交流電并且日常注意維護(hù)蓄電池。第2種是氣壓傳感器缺測(cè)所致的，此時(shí)查看采集器面板上是否有顯示氣壓數(shù)據(jù)，若無(wú)顯示則表明傳感器已出現(xiàn)故障，更換即可。

當(dāng)采集器芯片或主板有損時(shí)，工作人員應(yīng)第一時(shí)間查看與之相連的電腦設(shè)備和接口連接狀況。若連接不牢固那么，是設(shè)備移位時(shí)碰到接口連線導(dǎo)致松動(dòng)，重新插緊接口即可。若監(jiān)控軟件或電腦在連續(xù)工作狀態(tài)下死機(jī)，點(diǎn)擊程序界面無(wú)反應(yīng)則需重啟電腦或監(jiān)控軟件。通常會(huì)在計(jì)算機(jī)上安裝殺毒軟件，當(dāng)某些類型殺毒軟件初次在機(jī)器上運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)設(shè)備上的程序進(jìn)行自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)，有時(shí)工作人員錯(cuò)誤操作如不看提示內(nèi)容點(diǎn)擊過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致測(cè)報(bào)軟件被限制運(yùn)行，進(jìn)而觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸至計(jì)算機(jī)，此時(shí)需要卸載殺毒軟件或在殺毒軟件中將被誤操作的程序移出黑名單。若可以肯定判斷電腦串口或電腦自身故障時(shí)，更換串口或計(jì)算機(jī)即可。在采集器不能正常工作的情況下，重啟采集器并進(jìn)行清零，當(dāng)主板出現(xiàn)損壞時(shí)，對(duì)主板進(jìn)行檢修或直接更換采集器。

3 新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)異常問(wèn)題

3.1 溫度傳感器故障

當(dāng)溫度傳感器工作異常時(shí)，應(yīng)檢查傳感器所有連線是否固定緊密，連接順序是否正確，使用萬(wàn)用表蜂鳴檔測(cè)試溫度傳感器的四條線，可分為兩組，將1和2或3和4固定為1組，檢查該組是否短路[5]。計(jì)算溫度絕對(duì)值的方法為：使用萬(wàn)用表測(cè)出溫度傳感器1和3或2和4之間的電阻值，并記之為R1，通常R1值應(yīng)為110 Ω，測(cè)出1溫度傳感器和2之間的電阻值，記之為R2，R2的值較小，以R1值減去R2值得出的值標(biāo)記為R，然后代入公式T＝（R-100）÷0.385可以測(cè)出溫度值，并將溫度值和同標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得出溫度傳感器是否出現(xiàn)故障，必須對(duì)2組短路進(jìn)行測(cè)量再計(jì)算，避免誤判。在日常工作中，避免搖動(dòng)或碰觸溫度傳感器，查看探頭積灰情況，維持其干燥清潔的狀態(tài)，不能積水。

3.2 濕度數(shù)據(jù)異常

濕度數(shù)據(jù)顯示與以往有較大差別，則檢查濕度傳感器，濕度傳感器是諸多傳感器中敏感度和精度較高的設(shè)備，定期的維修和養(yǎng)護(hù)必不可少，若長(zhǎng)時(shí)間無(wú)保養(yǎng)容易因接地屏蔽異常。若濕度傳感器無(wú)法顯示數(shù)據(jù)，則輸入指定查看原始數(shù)據(jù)，若查不到原始數(shù)據(jù)再查看傳感器。濕度傳感器輸出過(guò)程中是依據(jù)模擬信號(hào)來(lái)輸出的，輸出電壓值通常為0～1 V，所對(duì)應(yīng)濕度值為0～100%，使用萬(wàn)用表測(cè)得傳感器輸出端與地面之間的電壓值，判斷測(cè)得電壓值是否符合標(biāo)準(zhǔn)范圍，若不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則需更換濕度傳感器。若在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則大多是采集器通道出現(xiàn)故障或其他原因。為了保護(hù)濕敏電容，需要在其頭部安裝保護(hù)性過(guò)濾網(wǎng)，避免手碰觸傳感器。

3.3 風(fēng)向風(fēng)速無(wú)數(shù)據(jù)

當(dāng)風(fēng)向風(fēng)速無(wú)數(shù)據(jù)顯示時(shí)，工作人員可以先輸入指令查看采集器是否存儲(chǔ)有風(fēng)速風(fēng)向的數(shù)據(jù)，若采集器中未存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，則查看傳感器的供電情況有無(wú)異常，然后查看傳感器信號(hào)輸出有無(wú)異常。風(fēng)速傳感器故障判斷方法：使用萬(wàn)用表測(cè)量風(fēng)速傳感器輸出端與地面之間的電壓，若風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動(dòng)速度等無(wú)異常，則此時(shí)電壓應(yīng)為工作電壓的1/2左右，若電壓值偏離標(biāo)準(zhǔn)值過(guò)多則表明傳感器故障。此時(shí)，需要更換傳感器，若輸出電壓正常則表明采集器通道出現(xiàn)故障或其他原因。

3.4 地溫?cái)?shù)據(jù)異常

地溫傳感器靈敏度較高，其構(gòu)造不同于人工地溫表，日常運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或異常等故障現(xiàn)象[6]。若自動(dòng)氣象站中均無(wú)相應(yīng)現(xiàn)實(shí)所有地溫?cái)?shù)據(jù)，則可能是電源、總線或分采集器的原因，依次對(duì)其進(jìn)行檢查。先檢查分采集器的供電系統(tǒng)是否正常，若分采集器可正常運(yùn)行，則經(jīng)HY3000的RS232-1口與電腦連接后，以串行通信接口調(diào)試助手發(fā)送相關(guān)指令，測(cè)試可否返回所有數(shù)據(jù)，若無(wú)法返回，則檢查分采集器，然后再重復(fù)上述發(fā)送指令的步驟，若能返回?cái)?shù)據(jù)，則查看CAN 通訊總線，若無(wú)數(shù)據(jù)返回則更換分采集器。若為氣象站內(nèi)單個(gè)地溫?cái)?shù)據(jù)無(wú)異常則直接檢查單個(gè)地溫或予以更換。若處理后單個(gè)地溫?cái)?shù)據(jù)仍未恢復(fù)，則檢查分采集通道并采取維修措施。若為某一層或幾層的地溫?cái)?shù)據(jù)異常，則可能為裝設(shè)地溫傳感器過(guò)程中接入地溫分采集器的通道順序錯(cuò)誤，此時(shí)調(diào)整通道順序至正常即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

新型自動(dòng)氣象站具有操作流程標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)客觀性強(qiáng)、處理速度快等特點(diǎn)，為氣象服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。但由于新型自動(dòng)氣象站自動(dòng)化的設(shè)備精密程度高、靈敏性強(qiáng)等特點(diǎn)，在日常運(yùn)行過(guò)程中很容易受到外界各種因素的影響和自身消耗造成的故障問(wèn)題，如自動(dòng)氣象站測(cè)報(bào)軟件系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)的異常，或者不顯示數(shù)據(jù)等，各種采集器和傳感器等數(shù)據(jù)傳輸異常等，直接影響地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的正確性和完整性，制約著新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。因此，氣象觀測(cè)人員需要在平時(shí)多觀察、多總結(jié)、多實(shí)踐，熟練掌握新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)儀器設(shè)備等維修維護(hù)技能，以科學(xué)方法嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟鉀Q故障問(wèn)題，確保新型自動(dòng)氣象站正常穩(wěn)定運(yùn)行，并做好新型自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)，定期加強(qiáng)氣象觀測(cè)工作中對(duì)觀測(cè)儀器和設(shè)備的日常巡視與管理工作，才能保證本地氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的高質(zhì)量開(kāi)展。