王 馳 ， 張晨陽(yáng) ， 李 博 ， 石力偉

(1．內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.錫林郭勒盟氣象局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

DZZ5 型自動(dòng)氣象站使用EL15-2C 型風(fēng)向傳感器記錄風(fēng)向，風(fēng)向是氣象地面觀(guān)測(cè)基本要素之一，選擇合適的方法排除風(fēng)向故障對(duì)確保風(fēng)向數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性至關(guān)重要。 李昕娣等[1]利用Excel 創(chuàng)建雷達(dá)圖進(jìn)行風(fēng)向傳感器數(shù)據(jù)偏差分析；張永軍等[2]針對(duì)ZQZ-TF 型風(fēng)向傳感器，提出了基于分布律規(guī)則的風(fēng)向傳感器故障檢測(cè)方法；劉瑩等[3]提出了基于觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的風(fēng)向傳感器故障檢測(cè)方法。 以上方法僅考慮了風(fēng)向傳感器格雷碼碼盤(pán)的問(wèn)題，而并沒(méi)有將電纜、風(fēng)橫臂轉(zhuǎn)接頭和主采集器的問(wèn)題統(tǒng)一考慮進(jìn)去， 因此上述方法在現(xiàn)場(chǎng)解決自動(dòng)氣象站風(fēng)向故障問(wèn)題時(shí)存在不足。 本文提出一種DZZ5 型自動(dòng)站風(fēng)向故障排除方法，即首先從CIMISS 調(diào)用本站風(fēng)向歷史數(shù)據(jù)，再結(jié)合以上幾種方法分析風(fēng)向歷史數(shù)據(jù)確定故障出現(xiàn)對(duì)應(yīng)格雷碼位置，最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況逐步排除DZZ5 型自動(dòng)氣象站風(fēng)向故障。

1 風(fēng)向數(shù)據(jù)獲取

排除故障所使用的風(fēng)向數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS：China Integrated Meteorological Information Service System）。 氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（MUSIC：Meteorological Unified Service Interface Community）， 基于CIMISS，面向氣象業(yè)務(wù)和科研，提供全國(guó)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)和應(yīng)用編程接口（API），為國(guó)、省、地、縣各級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)提供唯一權(quán)威的數(shù)據(jù)接入服務(wù)[4]。 本文使用Python3.6 進(jìn)行編程， 使用Rest 服務(wù)提供HTML 格式的數(shù)據(jù)。 由于本文使用的Python 版本與CIMISS 上的示例代碼版本不同，需對(duì)CIMISS 的示例代碼進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后對(duì)應(yīng)代碼如下：

# coding=utf8

import sys

import webbrowser

import pandas as pd

from imp import reload

reload(sys)

if __name__ == '__main__'：

baseUrl = 'http：//10.62.89.55/cimiss-web/api?

userId=XXXX_XXXX_XXX

&pwd=XXXXXX

&interfaceId=getSurfEleByTimeRangeAndStaID

&dataCode=SURF_CHN_MUL_HOR

&elements=Datetime,WIN_D_INST, WIN_D_INST_Max

&timeRange=[20170101000000,20180101000000)

&staIds=XXXXX

&dataFormat='

dataFormat = 'html'

webbrowser.open_new_tab(baseUrl + dataFormat)

2 工作原理

EL15-2C 型風(fēng)向傳感器由風(fēng)向標(biāo)部件、殼體（內(nèi)裝風(fēng)向轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）和插座等主要部分所組成[5]。風(fēng)向標(biāo)部件隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸的格雷碼碼盤(pán)，按照碼盤(pán)刻槽的設(shè)計(jì)，碼盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)約2.8125°， 光電耦合器組就會(huì)產(chǎn)生新的7 位并行脈沖信號(hào)。EL15-2C 型風(fēng)向傳感器輸出信號(hào)由電纜經(jīng)過(guò)風(fēng)橫臂轉(zhuǎn)接盒傳輸?shù)紿Y-3000 數(shù)據(jù)采集器，如圖1 所示。

圖1 DZZ5 型自動(dòng)站風(fēng)向信號(hào)傳輸流程

針對(duì)DZZ5 型國(guó)家氣象站， 先從CIMISS 調(diào)取該站某段時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，然后制作數(shù)據(jù)分析圖，通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定對(duì)應(yīng)格雷碼位置，接下來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)按照?qǐng)D1 順序從對(duì)應(yīng)格雷碼位置依次進(jìn)行測(cè)試，直到最后確定故障點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

圖2 為DZZ5 型主站2019 年1 月1 日至12 月31 日的逐時(shí)瞬時(shí)風(fēng)向和極大風(fēng)速的風(fēng)向分布圖。 縱軸為一天內(nèi)24 個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻的風(fēng)向記錄，橫軸為全年的天數(shù)。 從圖2可以看出從2019 年1 月1 日至2019 年6 月3 日該站的風(fēng)向數(shù)據(jù)異常， 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為全年整點(diǎn)瞬時(shí)風(fēng)向小于180°的占20%，1 月到5 月之間整點(diǎn)瞬時(shí)風(fēng)向小于180°的占9%，全年整點(diǎn)極大風(fēng)速的風(fēng)向小于180°的占19%，1 月到5 月之間整點(diǎn)極大風(fēng)速的風(fēng)向小于180°的占11%。由風(fēng)向數(shù)據(jù)分布圖初步可以判斷格雷碼D6 對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)故障。2019 年6 月3 日內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心對(duì)該站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢，換上檢定合格的風(fēng)向傳感器后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)風(fēng)向度數(shù)仍大于180°， 初步排除風(fēng)向傳感器格雷碼碼盤(pán)的問(wèn)題。 為排除故障，按照?qǐng)D1 所示，現(xiàn)場(chǎng)先將風(fēng)橫臂轉(zhuǎn)接盒拆開(kāi)， 使用萬(wàn)用表逐一測(cè)量風(fēng)橫臂轉(zhuǎn)接頭通斷，發(fā)現(xiàn)風(fēng)橫臂轉(zhuǎn)接頭處對(duì)應(yīng)于格雷碼D6 的位置存在線(xiàn)纜虛接的問(wèn)題。 將對(duì)應(yīng)于格雷碼D6 位置的線(xiàn)纜重新連接，進(jìn)一步觀(guān)察后確認(rèn)風(fēng)向數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

圖2 2019 年主站整點(diǎn)風(fēng)向數(shù)據(jù)分布

圖3 4 月和7 月風(fēng)向頻率分布圖

圖3（a）為該站2019 年4 月份整點(diǎn)瞬時(shí)風(fēng)向出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)， 統(tǒng)計(jì)可知4 月份小于180°的風(fēng)向出現(xiàn)64 次，僅占4 月全部整點(diǎn)風(fēng)向的8.89%， 這正是對(duì)應(yīng)于格雷碼D6位置的線(xiàn)纜虛接造成小于180°風(fēng)向偶爾出現(xiàn)。 圖3（b）為該站2019 年7 月份整點(diǎn)瞬時(shí)風(fēng)向出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)， 可以確認(rèn)經(jīng)過(guò)6 月檢修后風(fēng)向數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)DZZ5 型氣象站風(fēng)向故障，首先使用Python從CIMISS 調(diào)用本站某個(gè)長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的風(fēng)向整點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)，再對(duì)風(fēng)向歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析確定故障出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)格雷碼位置，最終臺(tái)站氣象保障人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際按照信號(hào)傳輸流程的順序逐步確定風(fēng)向故障點(diǎn)并排除。 該方法充分利用了臺(tái)站的風(fēng)向歷史數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單易操作，方便臺(tái)站氣象保障人員在氣象觀(guān)測(cè)場(chǎng)準(zhǔn)確判斷風(fēng)向故障點(diǎn)。