徐建華

(上海市氣象局，上海 200030)

0 引言

氣象觀測(cè)是氣象工作的基礎(chǔ)，地面氣象觀測(cè)是氣象觀測(cè)的重要組成部分，可以為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)提供重要信息。從上世紀(jì)90年代開始，我國開展地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化，2020年4月開始，全國地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化正式業(yè)務(wù)運(yùn)行。這意味著，我國各氣象臺(tái)站的人工定時(shí)觀測(cè)和日常守班等觀測(cè)任務(wù)取消，地面氣象觀測(cè)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化。相比人工觀測(cè)，自動(dòng)化氣象觀測(cè)的觀測(cè)能力明顯增強(qiáng)，觀測(cè)頻次較人工觀測(cè)提高4～8倍。

上海自2014年開始使用DZZ4新型自動(dòng)氣象站，目前，地面綜合觀測(cè)站在軟件、硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理以及存儲(chǔ)方面均有了極大的進(jìn)步，氣象觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，氣象觀測(cè)質(zhì)量顯著提升，增強(qiáng)了氣象要素的觀測(cè)能力，提高了對(duì)災(zāi)害性天氣觀測(cè)的準(zhǔn)確率水平。但是，由于技術(shù)人員操作局限以及其他因素的影響，DZZ4新型自動(dòng)氣象站在運(yùn)行過程中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，影響了氣象觀測(cè)工作的順利開展。本文總結(jié)了DZZ4新型自動(dòng)站應(yīng)用以來的維護(hù)和故障解決經(jīng)驗(yàn)，給出相應(yīng)的分析意見，提供給氣象觀測(cè)工作人員參考，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并采取有效的解決措施。

表1 上海國家氣象觀測(cè)站自動(dòng)觀測(cè)站型號(hào)示意表

1 DZZ4新型自動(dòng)氣象站主要構(gòu)成

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DZZ4新型自動(dòng)氣象站是由江蘇無線電科學(xué)研究所以多年的自動(dòng)站專業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)生產(chǎn)的，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有較高的準(zhǔn)確性、可靠性等特點(diǎn)，易于維護(hù)與擴(kuò)展。DZZ4新型自動(dòng)氣象站擴(kuò)展了業(yè)務(wù)軟件運(yùn)行監(jiān)控功能，在數(shù)據(jù)采集、分析、儲(chǔ)存、編發(fā)報(bào)、傳輸?shù)确矫婢葌鹘y(tǒng)氣象站有明顯進(jìn)步[1]。

1.2 硬件組成

DZZ4自動(dòng)氣象站由硬件及軟件兩部分組成。硬件由氣象傳感器、數(shù)據(jù)采集器、外圍設(shè)備(電源、通信設(shè)備等)組成。軟件主要實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控管理及數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能。DZZ4型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 DZZ4型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采集器主要由若干個(gè)分采集器及1個(gè)主采集器組成，并使用CAN總線將各個(gè)采集器之間進(jìn)行相互連接。主采集器主要用于采集氣壓、雨量、風(fēng)向風(fēng)速、蒸發(fā)量及降水等要素；而分采集器主要用于采集地溫、溫濕度及輻射值等要素。

傳感器主要有智能傳感器、數(shù)字傳感器與模擬傳感器等幾大類。智能傳感器主要包括溫濕度傳感器、能見度傳感器、稱重式降水傳感器、氣壓傳感器等。數(shù)字傳感器包括風(fēng)向風(fēng)速傳感器、翻斗式雨量計(jì)。模擬傳感器主要包括高精度氣溫傳感器、地溫傳感器、蒸發(fā)傳感器與濕度傳感器等。

外圍設(shè)備主要有計(jì)算機(jī)、電源、外存儲(chǔ)器與通信接口等。

1.3 優(yōu)勢(shì)分析

1.3.1 采集器優(yōu)勢(shì)

DZZ4新型自動(dòng)站運(yùn)用的是新一代數(shù)據(jù)采集器WUSH-BH，WUSH-BH數(shù)據(jù)采集器作為新型自動(dòng)氣象站的核心，主要是在嵌入式LINUX實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以及ARM9平臺(tái)上設(shè)計(jì)。主采集器的主要優(yōu)勢(shì)是能夠采集本身與分采集器上連接的各類傳感器的氣象要素?cái)?shù)據(jù)，依據(jù)一定的規(guī)范進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)和處理。具備高準(zhǔn)確性、易維護(hù)以及易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，支持運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，具備較強(qiáng)的存儲(chǔ)能力以及自動(dòng)校時(shí)功能，通信傳輸功能更強(qiáng)。

1.3.2 傳感器優(yōu)勢(shì)

DZZ4新型自動(dòng)氣象站的溫濕度智能傳感器為WUSH-BTH，是一種能夠?qū)囟取穸冗M(jìn)行檢測(cè)的智能化傳感器，具備自檢、自校以及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。氣壓傳感器型號(hào)為DYC1，具備較高的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性、免維護(hù)等特征。風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的型號(hào)為ZQZ-TF型，傳感器的風(fēng)杯主要由特種工程塑料注塑成型，該類傳感器大幅增強(qiáng)了抗風(fēng)性以及觀測(cè)的精度。雨量計(jì)為SL3-1雙翻斗雨量傳感器，主要涵蓋集水器、翻斗、干簧管以及調(diào)節(jié)螺釘?shù)炔糠帧５販貍鞲衅髦饕扇QZ-TW1高精度的鉑電阻傳感器，具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性、良好的可互換性等特征，能夠應(yīng)用于土壤亦或不同下墊面的地溫的測(cè)量工作。

2 DZZ4型新型自動(dòng)站日常維護(hù)

2.1 電源維護(hù)

為了使太陽能電池板更好地為蓄電池充電，須定期擦拭其表面灰層、鳥糞等異雜物。電池的更換周期一般為2年，到期需更換電池。

2.2 采集器維護(hù)

定期檢查采集器與傳感器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備的連接情況，主要檢查連接處是否松動(dòng)。定期清理采集器上的灰塵。

2.3 傳感器維護(hù)

風(fēng)向風(fēng)速傳感器維護(hù)需定期校準(zhǔn)風(fēng)向標(biāo)，以確保位于正北方向。定期清洗風(fēng)向風(fēng)速傳感器的滾動(dòng)軸承。

溫濕度傳感器需定期清理百葉箱。

雨量傳感器維護(hù)需每月至少定期檢查一次，清除過濾網(wǎng)上的塵沙、小蟲等，以免堵塞承水口漏斗。翻斗內(nèi)壁禁止用手或其它物體抹試，以免沾上油污。定期檢查器身是否穩(wěn)定、器口是否水平，發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正。定期檢查翻斗翻轉(zhuǎn)的靈活性。

3 DZZ4型新型自動(dòng)站故障解決

3.1 電源故障解決

DZZ4新型自動(dòng)氣象站基本采用標(biāo)稱的12V蓄電池供電，太陽能電池板為蓄電池充電。太陽能電池板發(fā)生供電故障的主要原因有：①夏天太陽能電池板被高大樹木遮擋(主要為內(nèi)環(huán)內(nèi)市區(qū)公園自動(dòng)站此類情況較嚴(yán)重)，影響陽光直接照射到太陽能電池板上，降低了太陽能的利用效能，致使蓄電池充電不足，(尤其是后半夜)無法正常供電。須清除長高的樹枝。②蓄電池陳舊、未及時(shí)更換，導(dǎo)致性能下降或損壞而充不進(jìn)電，晚上蓄電池不起作用。須更換新的蓄電池。③連續(xù)下雨，太陽能板停止工作，須更換新的蓄電池。④蓄電池電壓太低，致使充電控制器自保護(hù)關(guān)斷負(fù)載，蓄電池充足電后故障會(huì)自行解除。

3.2 通信故障解決

數(shù)據(jù)收不到，數(shù)據(jù)傳輸模塊指示燈顯示工作狀態(tài)不正常的可能原因：①無線信號(hào)弱，主要表現(xiàn)為東部和東南沿江沿海地區(qū)(浦東、奉賢、金山)中國電信故障頻率高，北部、西部(嘉定、青浦)中國移動(dòng)故障頻率高。②4G模塊安2G卡，主要是自動(dòng)站安裝時(shí)間長遠(yuǎn)，未及時(shí)更換4G卡造成。更換升級(jí)4G卡就可以。③SIM卡損壞。④SIM卡欠費(fèi)，通過手機(jī)上網(wǎng)方式檢查SIM卡是否可以上網(wǎng)，確定SIM卡是否欠費(fèi)。⑤模塊質(zhì)量問題，重新更換模塊。⑥數(shù)據(jù)傳輸模塊配置有誤，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)置電纜，現(xiàn)場(chǎng)查看數(shù)據(jù)傳輸模塊的配置。

3.3 采集器故障解決

DZZ4新型自動(dòng)氣象站在運(yùn)行過程中，采集單元時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)無法正常卸載到計(jì)算機(jī)內(nèi)，監(jiān)控軟件異常、整點(diǎn)觀測(cè)信息缺失，溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、雨量、氣壓以及地面溫度等氣象要素發(fā)生缺測(cè)或者亂碼現(xiàn)象[2]。通常情況下，故障的原因可能是連接出現(xiàn)問題或者采集單元、采集器主板、控制面板的損害(雷電)和電磁干擾影響數(shù)據(jù)的正常采集等。

解決步驟：先檢查采集器及各個(gè)傳感器的連接狀況，判斷其是否正常。再對(duì)采集通信軟件參數(shù)的設(shè)置情況進(jìn)行檢查，通過手工方式卸載數(shù)據(jù)，并對(duì)采集器進(jìn)行復(fù)位。若采集器指示燈閃爍間隔異常，而此時(shí)的交流輸入燈和直流輸出燈均正常，則可能是采集器通道出現(xiàn)問題，檢修或更換主采集器。

3.4 傳感器故障解決

3.4.1 雨量傳感器故障解決

出現(xiàn)降雨而雨量傳感器中無降水?dāng)?shù)據(jù)顯示時(shí)，原因可能是：①雨量傳感器電纜與數(shù)據(jù)采集器連接不正確。②通道參數(shù)配置禁用該傳感器，需重新配置。③如果不是以上兩種原因，則有可能是雜物堵塞雨量傳感器的翻斗及漏斗。④若上述均正常，可能數(shù)據(jù)采集器或雨量傳感器故障。解決方法：①正確連接雨量傳感器與數(shù)據(jù)采集器。②重新設(shè)置數(shù)據(jù)采集器配置，不禁用該傳感器。③依據(jù)操作規(guī)范對(duì)傳感器的翻斗與漏斗進(jìn)行清理與維護(hù)。④更換雨量傳感器或數(shù)據(jù)采集器。

3.4.2 風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障解決

風(fēng)速傳感器缺測(cè)，可能原因有：①風(fēng)電纜與數(shù)據(jù)采集器連接不正確。②數(shù)據(jù)采集器配置禁用該傳感器。③風(fēng)速傳感器電纜損壞。④若上述均正常，可能數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)速傳感器故障。解決方法：①正確連接風(fēng)電纜與數(shù)據(jù)采集器。②正確配置數(shù)據(jù)采集器。③修復(fù)風(fēng)傳感器電纜。④更換數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)速傳感器。

風(fēng)速數(shù)據(jù)偏小，可能原因有：①數(shù)據(jù)采集器配置不正確。②若上述正常，可能數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)速傳感器故障。解決方法：①重新配置數(shù)據(jù)采集器風(fēng)速傳感器系數(shù)。②更換數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)速傳感器。

風(fēng)向數(shù)據(jù)缺測(cè)，可能原因有：①數(shù)據(jù)采集器配置禁用該傳感器。②風(fēng)傳感器電纜損壞。③若上述均正常，可能數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)向傳感器故障。解決方法：①重新配置數(shù)據(jù)采集器。②更換數(shù)據(jù)采集器或風(fēng)向傳感器。

3.4.3 溫濕度傳感器故障解決

采集器獲取溫濕度數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差距較大時(shí)，可能原因有：①傳感器電纜與數(shù)據(jù)采集器連接不正常。②傳感器污染。③采集器配置不正確。④若上述正常，可能數(shù)據(jù)采集器或溫度傳感器故障。解決方法：①檢查傳感器電纜與數(shù)據(jù)采集器連接，恢復(fù)正常。②清潔傳感器。③重新配置數(shù)據(jù)采集器。④更換數(shù)據(jù)采集器或溫度傳感器。

3.4.4 地面溫度傳感器故障解決

當(dāng)測(cè)得地面溫度氣象要素一成不變時(shí)，或者測(cè)得地面氣象要素與其他的5、10、15、20cm相比較，數(shù)據(jù)偏大或偏小時(shí)，可能原因有：①地面溫度感應(yīng)器被水浸濕。②地溫傳感器的連接出現(xiàn)問題。解決方法：①處理積水。②進(jìn)行換線或者將接頭處擰緊。

3.4.5 全部數(shù)據(jù)缺測(cè)故障解決

當(dāng)全部數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)，可能原因有：①采集器故障。②供電故障。③通訊模塊及手機(jī)卡問題。解決方法：①更換采集器。②檢查維護(hù)并恢復(fù)供電。③重新設(shè)置模塊參數(shù)或更換模塊，手機(jī)卡有欠費(fèi)則繳費(fèi)或更換手機(jī)卡。

4 結(jié)束語

DZZ4新型自動(dòng)氣象站具有高準(zhǔn)確性、易維護(hù)以及易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，它還能夠?qū)ψ詣?dòng)站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且存儲(chǔ)能力、自動(dòng)校時(shí)功能、通信傳輸功能更強(qiáng)。DZZ4新型自動(dòng)氣象站的投入使用，不僅大幅增強(qiáng)了氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，更提升了氣象要素?cái)?shù)據(jù)傳輸效率。但是，DZZ4新型自動(dòng)氣象站在長期運(yùn)行過程中也時(shí)常會(huì)發(fā)生一些故障，工作中需認(rèn)真分析故障原因，找出科學(xué)有效的解決措施，以確保新型自動(dòng)氣象站穩(wěn)定、高效運(yùn)行。