陳忠

摘 要：采用當(dāng)前國際先進(jìn)的CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)的新型自動(dòng)氣象站，可以根據(jù)各個(gè)臺(tái)站的需要，自主的選擇采集器，在技術(shù)上解決了之前的自動(dòng)氣象站無法擴(kuò)展新的要素的難題，觀測要素更加豐富。系統(tǒng)使用Linux嵌入操作系統(tǒng)，可以將不同的廠家生產(chǎn)的采集器和傳感器集成到新型自動(dòng)氣象站中。新型自動(dòng)站和之前自動(dòng)站在設(shè)計(jì)構(gòu)架上有很大的區(qū)別，因此故障檢測方法也與以往有很大不同。為了使業(yè)務(wù)人員對(duì)新型站有更加全面的認(rèn)識(shí)，本文介紹了新型站的技術(shù)構(gòu)架，闡述了新型站的優(yōu)勢(shì)，著重介紹了新型站故障的排除方法，以此提高工作人員的工作效率。

關(guān)鍵詞：新型自動(dòng)氣象站；技術(shù)介紹；故障處理

中圖分類號(hào)：S163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180532064

引言

我國氣象觀測自動(dòng)化運(yùn)行業(yè)務(wù)已經(jīng)開展了10a以上，氣象設(shè)備的自動(dòng)化對(duì)于氣象觀測和天氣預(yù)報(bào)、服務(wù)工作發(fā)揮了巨大的作用。但是，近年來隨著氣象服務(wù)的需求的日益提高，地面觀測的要素也越來越豐富。之前的自動(dòng)站觀測系統(tǒng)，由于不能自由添加新的觀測要素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念落后，已經(jīng)逐漸無法滿足現(xiàn)代氣象觀測業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。2008年，新型自動(dòng)站開始了業(yè)務(wù)研發(fā)，2015年開始，新型站在全國范圍內(nèi)推廣使用，并逐漸替代了上一代自動(dòng)站。新型站以提高地面觀測業(yè)務(wù)的集約性和準(zhǔn)確性為目標(biāo)，在設(shè)計(jì)框架上與國際接軌，具有高穩(wěn)定、高精度、易擴(kuò)展、易維護(hù)和低功耗等特點(diǎn)，并具有實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。在軟硬件上都采用了目前先進(jìn)的技術(shù)和框架，采用CAN總線國際標(biāo)準(zhǔn)，比較全面的解決了上一代自動(dòng)站在業(yè)務(wù)運(yùn)行中的問題，特別是國內(nèi)不同廠家的不同型號(hào)傳感器、采集器無法通用的問題。

新型自動(dòng)站的推廣使用，提高了氣象觀測的密度，提升了觀測數(shù)據(jù)的精確性。不過，由于運(yùn)行時(shí)間較短，在實(shí)際使用中難免會(huì)出現(xiàn)各種故障。只有對(duì)新型站的各類較常見的故障進(jìn)行歸納分析，加強(qiáng)維護(hù)和保障工作，才能保證新型站的健康運(yùn)行，發(fā)揮實(shí)際效益。

1 新型自動(dòng)氣象站整體結(jié)構(gòu)分析

新型自動(dòng)站由四部分組成，分別為：主/分采集器，傳感器，線路和供電單元。地溫、能見度、輻射等擴(kuò)展傳感器都是利用分采集器通過CAN總線連接到主采集器，然后一并采集數(shù)據(jù)的。

新型站的核心部分是主采集器，它的主要功能有2個(gè)：完成各個(gè)基本氣象要素傳感器的數(shù)據(jù)采集和各個(gè)分采集器的數(shù)據(jù)采樣，并對(duì)獲取到的各類氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)終端或者遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)新型站的各個(gè)分采集器進(jìn)行管理，包括運(yùn)行的管理、網(wǎng)絡(luò)管理、時(shí)間的管理、配置的管理等。主采集器的自己配備的氣象要素有氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、總輻射和蒸發(fā)。其配備要素基本可以滿足我國氣象觀測的基本要求，同時(shí)，能見度等智能傳感器也可以直接掛接在主采集器上。

分采集器是主采集器采集要素的補(bǔ)充，它按照預(yù)定的采樣頻率對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，獲得該要素的觀測值，然后將采集到的要素發(fā)送到主采集器。分采集器由硬件部分和嵌入式軟件部分組成，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與主采集器的通訊和數(shù)據(jù)交換。

新型自動(dòng)站由于結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)，在任何一個(gè)采集和傳輸部分發(fā)生故障時(shí)，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，故障發(fā)生后，技術(shù)人員需要及時(shí)判斷故障發(fā)生的部位和原因，及時(shí)排除故障，保障新型站第一時(shí)間恢復(fù)健康運(yùn)行。

2 新型自動(dòng)氣象站常見故障問題處理

新型自動(dòng)氣象站的故障，簡單的分可以分為氣象要素的觀測數(shù)據(jù)異常和自動(dòng)站運(yùn)行故障2類。

2.1 自動(dòng)站觀測數(shù)據(jù)異常

就是觀測數(shù)據(jù)嚴(yán)重錯(cuò)誤或者超差，但是自動(dòng)站運(yùn)行是正常的。這類故障一般比較容易排查，一般都是由于傳感器故障或者傳感器運(yùn)行環(huán)境變化導(dǎo)致的。

2.2 自動(dòng)站設(shè)備運(yùn)行故障

比如自動(dòng)站采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示或輸出數(shù)據(jù)等功能故障。出現(xiàn)這類故障的原因一般比較多，故障排除比較困難。解決這類問題，首先需要找到故障發(fā)生的部位。一般是根據(jù)自動(dòng)站設(shè)備的電氣原理，找到故障發(fā)生的大致部位，然后利用替換法，用好的電氣元件替代壞的元件。如果有些元件沒有備份，可以使用萬用表來測量疑似故障的電器元件的參數(shù)。

3 新型站的常用命令

有的情況下，故障比較復(fù)雜，這時(shí)候采用替換法會(huì)需要大量的時(shí)間，會(huì)影響氣象數(shù)據(jù)的采集和上傳。由于新型站是采用先進(jìn)的軟硬件構(gòu)架設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)保存在了日志文件中。因此在這種情況下，可以通過查閱系統(tǒng)日志來找出故障原因。同時(shí)系統(tǒng)也支持大量的命令來查找故障，以此來結(jié)合傳統(tǒng)的替換法和測量法判斷故障位置，可以大大提高維護(hù)人員工作效率，保證氣象數(shù)據(jù)上傳的及時(shí)率和準(zhǔn)確率。

3.1 SAMPLES命令

SAMPLES命令是新型站安裝測試的第一個(gè)命令，用來以表格的方式顯示出新型站采集器的采樣數(shù)據(jù)和狀態(tài)。該命令可以讀取當(dāng)前時(shí)刻采樣到的各個(gè)要素的數(shù)據(jù)，并可顯示主采集箱門狀態(tài)、機(jī)箱溫度、供電電壓、GPS狀態(tài)、CF卡狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

3.2 STAT命令

STAT命令用以顯示新型站的狀態(tài)信息，信息由命令標(biāo)識(shí)、半角空格符、日期、空格、時(shí)間、空格、狀態(tài)數(shù)據(jù)組成，所有的空格均為半角空格符。STAT命令是日志文件中各日志信息的消息來源，熟知STAT信息，可以快速獲取新型站電壓、采集器狀態(tài)等重要信息。

3.3 DMGD命令

該命令可以輸出新型站觀測到的各氣象要素。如果直接輸入該命令，不帶任何參數(shù)，則會(huì)顯示出采集器最后一次觀測的分鐘氣象數(shù)據(jù)；如果輸入命令時(shí)，帶入?yún)?shù)為開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，則會(huì)顯示指定時(shí)間段的氣象觀測分鐘數(shù)據(jù)；如果輸入命令時(shí)，帶入?yún)?shù)為開始時(shí)間和數(shù)字N，則會(huì)顯示指定開始時(shí)間開始的后N條氣象觀測分鐘數(shù)據(jù)。參數(shù)中時(shí)間的格式為YYYY-MM-DD HH：MM。

3.4 SNEST XXX命令

SENST命令用來關(guān)閉某一個(gè)采集器接口。在實(shí)際工作中，如果某一個(gè)傳感器發(fā)生故障，在故障排除期間，采集器會(huì)一直采集數(shù)據(jù)，并上傳發(fā)送出去。但是，由于傳感器已經(jīng)發(fā)生故障，采集上傳的數(shù)據(jù)必然是有誤的，上傳的異常數(shù)據(jù)會(huì)直接影響到數(shù)據(jù)的考核和應(yīng)用。這種情況下，可以使用SENST xxx命令來關(guān)閉故障傳感器，關(guān)閉后采集器采集的該要素?cái)?shù)據(jù)為缺測，并非是異常數(shù)據(jù)了。

3.5 監(jiān)控日志格式

新型站的日志系統(tǒng)較OSSMO系統(tǒng)有了很大程度的升級(jí)和完善。較OSSMO的報(bào)文發(fā)送日志和軟件操作日志，新型站還增加了系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控日志。不過日志并沒有提供顯示界面，需要維護(hù)人員打開LOG文件夾，用記事本打開查看。正常情況下，系統(tǒng)每分鐘都在讀取各采集部件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，而這些發(fā)送和返回的指令都會(huì)保存在日志文件中。

4 新型自動(dòng)氣象站維護(hù)管理工作分析

4.1 做好新型站的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和維護(hù)

通過對(duì)新型站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并利用短信提醒功能，可以讓維護(hù)人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，減少設(shè)備故障時(shí)間，提高地面測報(bào)的質(zhì)量。

4.2 加強(qiáng)數(shù)據(jù)備份工作，確保數(shù)據(jù)完成

在日常的觀測工作中要做好數(shù)據(jù)的備份工作，確保每天及時(shí)備份各類觀測數(shù)據(jù)，做到異機(jī)備份，并每月將所有數(shù)據(jù)刻錄光盤，避免原始?xì)庀笠赜^測數(shù)據(jù)的丟失，確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

4.3 新型站日常維護(hù)工作的落實(shí)

新型站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)包含設(shè)備多，因此保障人員需要加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)，定期檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，技術(shù)找出運(yùn)行設(shè)備中存在的故障隱患。需要定期檢查采集器，查看接線情況，建立設(shè)備運(yùn)行檢查臺(tái)帳。

4.4 新型站軟件維護(hù)

在新型站運(yùn)行中，操作人員應(yīng)盡量避免對(duì)于菜單和通信口的設(shè)置，避免對(duì)于一些重要參數(shù)的設(shè)置。觀測員需要加強(qiáng)對(duì)新型站操作軟件的熟悉，多翻閱軟件使用手冊(cè)，多學(xué)習(xí)溝通，做到操作熟悉。

4.5 對(duì)維護(hù)管理制度體系進(jìn)行完善

加強(qiáng)對(duì)于新型站維護(hù)管理制度的完善，以制度強(qiáng)化維護(hù)，將日常維護(hù)工作落實(shí)到個(gè)人。新型站運(yùn)行后，部分觀測員人員新型站技術(shù)性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大，新設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，故障發(fā)生率小，所以日常維護(hù)工作中態(tài)度松懈。因此管理人員需要以制度約束測報(bào)人員的工作，做到工作開展專業(yè)科學(xué)。

5 結(jié)語

新型自動(dòng)站的研發(fā)和業(yè)務(wù)使用，大大提升了我國氣象觀測數(shù)據(jù)的精確性。新型站的設(shè)計(jì)，可以滿足我國當(dāng)前和未來幾年地面綜合氣象觀測業(yè)務(wù)的需求，是我國地面觀測業(yè)務(wù)的一次大升級(jí)，其使用解決了之前觀測業(yè)務(wù)發(fā)展中所遇到的問題，提高了設(shè)備維護(hù)和監(jiān)控能力。

但新型站在運(yùn)行中難免會(huì)出現(xiàn)各類故障，出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常等問題，影響氣象觀測質(zhì)量。這要求觀測人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提升排查和處理故障的能力，確保臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)的正常。另外，需要加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和管理，做好數(shù)據(jù)文件的備份，確保數(shù)據(jù)的完整。要把握新型站在故障排查流程中異于上一代自動(dòng)站的部分，加強(qiáng)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，熟悉新型站的各項(xiàng)命令，可以調(diào)閱日志文件，做到在室內(nèi)可以排除故障，縮短故障排除時(shí)間，提高了工作效率。

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