汪 軍,李澤梅，饒傳新，陳 星

(宜昌市氣象局，湖北 宜昌 443000)

1 引言

區(qū)域自動氣象觀測站(以下簡稱區(qū)域站)作為地面氣象監(jiān)測手段之一，在人們的日常生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越顯著的作用，及時檢測維修保證區(qū)域站的正常運(yùn)行，是使其發(fā)生重要作用的前提，也是每個維修人員的職責(zé)所在。本文以ZQZ-A型為例，總結(jié)了一些簡單易行的故障判斷方法，可為快速排除區(qū)域站故障提供借鑒。

2 區(qū)域站概況

2.1 區(qū)域站的概念

因國家原有氣象觀測網(wǎng)越來越不能滿足頻繁發(fā)生于中小河流的洪澇及山丘區(qū)山洪災(zāi)害以及易災(zāi)地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理氣象監(jiān)測需求。作為國家地面氣象觀測網(wǎng)的補(bǔ)充，同時為了滿足氣象服務(wù)的需要，全國各地相繼建成了很多以不同觀測要素自動氣象站布設(shè)的區(qū)域氣象觀測站，簡稱區(qū)域站。

2.2 我國區(qū)域站的現(xiàn)狀分析

2.2.1 數(shù)量龐大，分布較廣

據(jù)國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年2月全國建成各類站點(diǎn)(設(shè)施)總數(shù)量為90122個，其中區(qū)域站就有80086個，占全部站點(diǎn)數(shù)量的比例達(dá)到了88.86%；2016年底31個省(區(qū)、市)城鄉(xiāng)覆蓋率達(dá)到了96%。高覆蓋率為社會生產(chǎn)生活提供了更精密的氣象監(jiān)測，特別在暴雨、山洪、滑坡、泥石流的預(yù)警上作用尤為顯著。

2.2.2 型號多，生產(chǎn)廠家多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國主要區(qū)域站型號達(dá)到了20種，生產(chǎn)廠家達(dá)到12個。區(qū)域站型號多，生產(chǎn)廠家多，技術(shù)離散，通用性差，檢測維修方法各異。諸多的不同，雖然數(shù)據(jù)上傳到中心站解碼后能形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，但是給廣大一線檢測維修人員帶來不小難度。檢測維修人員必須撐握不同廠家不同型號的檢測維修方法，所幸的是，一個省一般主要采用一兩個廠家的產(chǎn)品。

2.3 及時維修區(qū)域站保證正常運(yùn)行的意義

區(qū)域站能全天候24 h在線提供分鐘級的實(shí)時溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、氣壓等常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，高密度區(qū)域站的建成組網(wǎng)運(yùn)行為氣候分析、天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)提供了更有力的支撐，特別在局部地區(qū)天氣監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著不可或缺的作用，所以保證區(qū)域站正常的運(yùn)行顯得尤為重要。

3 檢測維修思路分析

從終端構(gòu)成上看區(qū)域站基本由傳感器部分、數(shù)據(jù)采集部分、通信部分、供電部分組成。只要能簡單有效地分別判斷出4個部分是否存在故障，就能針對性地采取措施排除故障，恢復(fù)正常運(yùn)行。湖北省主要使用無錫和華云生產(chǎn)的設(shè)備。無錫的主要有ZQZ-A和DZZ4型，華云主要有HY-321和HY-361型，本文以湖北省使用數(shù)量最多的無錫ZQZ-A型為例,分別介紹4個部分的故障判斷檢測維修方法。

4 ZQZ-A型區(qū)域站檢測維修

ZQZ-A型區(qū)域自動氣象站結(jié)構(gòu)分為四大部分：傳感器、數(shù)據(jù)采集器、通信模塊、電源和安裝結(jié)構(gòu)件等組成。整機(jī)(含傳感器、采集器、GPRS 通信模塊)平均功耗：二要素以下0.6 W、四要素0.7 W、六要素1 W。系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意

4.1 電源部分

供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、太陽能充電控制器、蓄電池、保險和防雷設(shè)備。充放電控制器是整個供電部分的關(guān)鍵。ZQZ-A型早期多采用德國伏科控制器，該控制器具有充電顯示、蓄電池電壓顯示、負(fù)載狀態(tài)顯示和充放電保護(hù)等功能，正常的負(fù)載輸出直流電壓應(yīng)該在11.8～13.8 V之間。供電部分的故障可從充放電控制器運(yùn)行狀態(tài)指示燈進(jìn)行判斷。如表1所示。

表1 充放電控制器運(yùn)行指示燈狀態(tài)說明

需要特別強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)電池電壓達(dá)到11.5 V時，控制器為了保護(hù)蓄電池過度放電，切斷正常負(fù)載輸出(負(fù)載燈亮)，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到12.5 V時，負(fù)載將重新接通(負(fù)載燈滅)。過放保護(hù)生產(chǎn)的現(xiàn)象是資料間歇性缺失，可通過采集器整點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取命令查詢。過放保護(hù)的原因多數(shù)是長時間陰雨天氣或蓄電池老化續(xù)航時間變短。過放嚴(yán)重的蓄電池，接在太陽能充電控制器里，負(fù)載燈也會亮，這與正常的過載保護(hù)的區(qū)別是，控制器與蓄電池之間沒有充電電流。

4.2 通信部分

ZQZ-A型區(qū)域站采用CDMA DTU或GPRS DTU構(gòu)建全透明傳輸、永遠(yuǎn)在線的無線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專用網(wǎng)絡(luò)，早期多采用宏電7118模塊，現(xiàn)在有8118和9118模塊。更換通信模塊前需要進(jìn)行正確的配置，主要是DTU識別號、DSC的ip地址和端口號。7118模塊還要進(jìn)行通信端口波特率的匹配。通信模塊正不正?？赏ㄟ^表2判斷。

表2 各通信模塊運(yùn)行指示燈的狀態(tài)及意義

造成通信不正常除了參數(shù)配置錯誤外，還有通信卡欠費(fèi)停機(jī)、注銷、損壞，通信信號弱和不穩(wěn)定，可在現(xiàn)場把通信卡插到帶有上網(wǎng)功能的手機(jī)上在2G模式下進(jìn)行上網(wǎng)和發(fā)短信測試排查。短期單純通信故障不會造成采集器中數(shù)據(jù)文件間歇性缺失，通信恢復(fù)后系統(tǒng)也會補(bǔ)傳在中斷期間未傳的數(shù)據(jù)。排除以上主要原因如果通信還是不正常，多數(shù)是通信模塊問題，需要更換模塊。

4.3 采集器部分

ZQZ-A數(shù)據(jù)采集器是一個具有多個數(shù)據(jù)通道的連續(xù)測量系統(tǒng)，可存貯1個月的正點(diǎn)數(shù)據(jù)及7 d以上的加密數(shù)據(jù)。采集器部分現(xiàn)場故障排查，請先將通信模塊的連接扁線脫開，然后再通過筆記本或手機(jī)連接采集器調(diào)試端口(通信參數(shù)為4800,e,8,1)讀取采集器里的小時數(shù)據(jù)和分鐘數(shù)據(jù),這是判斷采集器乃至通信、電源、傳感器故障最有效的手段。ZQZ-A讀取小時和分鐘數(shù)據(jù)的命令是pre，只要有完整正確的數(shù)據(jù)基本可排除采集器故障。詳見圖2。

圖2 pre命令及返回?cái)?shù)據(jù)格式說明

4.4 傳感器部分

ZQZ-A可選接溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓常規(guī)6要素。翻斗雨量傳感器使用比較普遍，現(xiàn)場可在承水漏斗處加適量的水，檢查各層翻斗是否靈活翻轉(zhuǎn)。同時可用萬用表蜂鳴檔在兩個接線柱上檢查干簧管是否工作正常，計(jì)數(shù)翻斗每翻動1次，萬用表應(yīng)發(fā)出1次蜂鳴聲。風(fēng)向風(fēng)速在現(xiàn)場主要看是否轉(zhuǎn)動靈活。鉑電阻溫度傳感器使用也比較普遍，現(xiàn)場可用萬用表200 Ω電阻檔測量四線中電阻最大的一對線，其電阻值應(yīng)在80～140 Ω之間，分別對應(yīng)溫度-50～80 ℃，然后用公式T=(R-100)/0.385計(jì)算出測量的溫度與現(xiàn)場實(shí)時溫度估計(jì)值進(jìn)行比較，如果相差特別大，就需要更換溫度傳感器。以上方法只針對在現(xiàn)場進(jìn)行初略的檢測判斷，各傳感器比較精密的檢測需用專業(yè)的儀器進(jìn)行檢定。

5 結(jié)語

我國區(qū)域站雖然型號眾多，運(yùn)用的技術(shù)和規(guī)格各異，但從終端構(gòu)成上看基本由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、通信和供電部分組成。在日常檢測維修時首先對有指示燈的部分注意觀察指示燈不同的狀態(tài)及其代表的意義，這是最簡單最直接最有效的方法，如果問題比較復(fù)雜就借助萬用表和筆記本電腦以及相關(guān)命令進(jìn)一步判斷。只要借鑒本文中檢測維修思路，無論何種型號的區(qū)域自動氣象站，基本上都能迅速排除絕大多數(shù)故障。