周嘉健，王沛東，徐黃飛，鄒慶彪

（廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，廣東 廣州 510080）

DZZ1-2 型自動氣象站是專門用于地面氣象數(shù)據(jù)的自動采集、計算處理和存儲的設(shè)備，主要由數(shù)據(jù)采集器、氣象要素傳感器、電源系統(tǒng)和終端主控制機組成。它可連續(xù)自動探測記錄風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、不同層次的地溫和降水等氣象要素的值，包含多種通信接口，滿足無線電傳輸、電話傳輸和專線傳輸?shù)韧ㄐ欧绞?，適合進行遠距離傳輸，特別方便組成自動站網(wǎng)。

采集器引入了CAN 總線框架[1]。CAN 總線具有很強的抗干擾能力，在工業(yè)自動化控制中有廣泛的應(yīng)用。在CAN總線的支持下，硬件系統(tǒng)采用積木結(jié)構(gòu)設(shè)計，各模塊智能化，具有獨立的CPU，能夠獨立工作。系統(tǒng)中的各智能模塊接受主控模塊的管理，采用即插即用的設(shè)計思想，新智能模塊能夠自動被系統(tǒng)所識別并自動進行相關(guān)配置。支持各模塊在系統(tǒng)不中斷工作情況下進行熱插拔，采集器軟件經(jīng)過精心設(shè)計，可以支持系統(tǒng)的模塊靈活組合而不須對軟硬件進行任何改動，方便系統(tǒng)擴展[2-3]。

DZZ1-2 主要用于氣象自動化探測，同時適用于軍事、海運、航空、環(huán)保、水文等部門的氣象資料探測需要。蔡耿華等[4]、馬祖勝等[5]對新型自動氣象站的工作原理和常見故障進行了一定的研究，周嘉健等[6]對新型自動氣象站的各類故障進行了統(tǒng)計和分析。但為了能使新型自動氣象站的故障信息統(tǒng)計更為便利，本文基于MATLAB 編程語言搭建新型自動氣象站（DZZ1-2）故障統(tǒng)計分析平臺，并對該平臺的功能和實際應(yīng)用情況做簡要介紹。根據(jù)廣東省運行監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)中下載的2019-05-01—2020-04-30 全省國家級自動氣象站的故障記錄數(shù)據(jù)，利用該平臺快速、高效地分析新型自動氣象站的故障類型和不同模塊的故障頻次和時間，為臺站業(yè)務(wù)人員對新型自動氣象站的維護找到工作重點和方向，提高效率。

1 故障統(tǒng)計分析平臺概述

故障統(tǒng)計分析平臺的整體框架如圖1 所示，從圖1 可見，故障統(tǒng)計分析平臺共分為4 部分，分別是登錄界面、數(shù)據(jù)讀取界面、畫圖界面和統(tǒng)計分析界面。

圖1 故障統(tǒng)計分析平臺框架圖

登錄界面會標(biāo)明故障統(tǒng)計分析平臺的名稱、版本號和制作單位；數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面主要功能有數(shù)據(jù)導(dǎo)入、信息重置、統(tǒng)計分類等，右端表格區(qū)會展示所選擇的類型對應(yīng)的數(shù)據(jù)，具體類型選取將在后面詳細給出。統(tǒng)計圖界面圖，含有各類型的柱狀圖、餅圖和全省86 個站統(tǒng)計圖。該界面主要功能為對選擇的數(shù)據(jù)進行不同分類，并將不同分類統(tǒng)計后的結(jié)果通過柱狀圖、餅圖等統(tǒng)計圖進行統(tǒng)計分析。同時，還加入廣東省全省地圖，并將86 個國家級自動氣象站展示在圖中，再把各站的故障次數(shù)標(biāo)注在圖中。

具體實例應(yīng)用將在以下詳細給出。

2 實例應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)來源

國家級自動氣象站的故障信息數(shù)據(jù)來源于廣東省運行監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)。本文在廣東省運行監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)中下載2019-05-01—2020-04-30 的全省國家級自動氣象站的故障記錄數(shù)據(jù)（共12 個月），并通過本文建立的新型自動氣象站（DZZ1-2）故障統(tǒng)計分析平臺對其進行統(tǒng)計分析。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

2.2.1 數(shù)據(jù)展示

通過軟件中的“選擇數(shù)據(jù)”按鈕讀取2019-05—2020-04全省的國家級自動氣象站的故障記錄，數(shù)據(jù)如圖2 所示。

圖2 全省的國家級自動氣象站的故障統(tǒng)計界面（2019-05—2020-04）

2.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析結(jié)果

通過故障統(tǒng)計分析平臺，對各模塊故障和不同月份故障情況進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表1 和圖3 所示，統(tǒng)計得到的故障次數(shù)為193 次，總故障時間為1751.58 h。

表1 廣東省國家級自動氣象站（新型自動氣象站）故障統(tǒng)計表（2019-05—2020-04）

圖3 柱狀統(tǒng)計圖與餅圖

由表1 可見，在故障次數(shù)統(tǒng)計中，各模塊故障次數(shù)占總故障次數(shù)的百分比由大到小依次是傳感器（34.2%），其他系統(tǒng)（業(yè)務(wù)終端系統(tǒng)，附屬設(shè)備系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)等）（20.21%），供電系統(tǒng)（18.13%），通訊系統(tǒng)（18.13%）和采集器（9.33%）；在故障持續(xù)時間統(tǒng)計中，各模塊故障持續(xù)時間占總故障持續(xù)時間的百分比由大到小依次是通訊系統(tǒng)（44.04%），傳感器（33.45%），其他系統(tǒng)（9.02%），供電系統(tǒng)（8.50%）和采集器（4.98%）；由表1 可見，傳感器和通訊系統(tǒng)在故障百分比和故障持續(xù)時間百分比均較大，而傳感器是數(shù)據(jù)采集的主要手段，通訊系統(tǒng)則是數(shù)據(jù)傳輸是否正常的關(guān)鍵。

廣東不同月份的天氣會有所不同，因此對新型自動氣象站故障情況（2019-05—2020-04）根據(jù)月份進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果如表2 和圖4 所示。

表2 廣東省2019-05—2020-04 各月份國家級自動氣象站（新型自動氣象站）各模塊故障統(tǒng)計表

圖4 2019-05—2020-04 所有故障頻次與百分比統(tǒng)計圖

由表2 可見，故障頻次較多的月份集中在3—8 月和11—12 月，查詢廣東省氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)資料可知，在2019-04 起開始出現(xiàn)大暴雨、臺風(fēng)等天氣過程，尤其是在4—8 月，依次受到“白鹿”“韋帕”等臺風(fēng)的影響。在2020-03—04 出現(xiàn)大雨到暴雨、大風(fēng)等天氣過程。

因此，從圖4 中可以看出，這段時間內(nèi)的設(shè)備故障次數(shù)相對其他月份而言較多，所占的故障頻次百分比也較大，這有可能是惡劣天氣導(dǎo)致傳感器設(shè)備接線松動或者導(dǎo)致通訊設(shè)備不同程度的損壞等，從而出現(xiàn)傳感器無法正常工作、采集器無數(shù)據(jù)的情況。通訊線路損壞使得數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異常。同時，還給出各模塊各月份的故障頻次情況，具體如表3 和圖5 所示。

結(jié)合廣東省地區(qū)情況，通過獲取各站的經(jīng)緯度信息，在地圖上標(biāo)注出86 個國家級自動氣象站，并將故障數(shù)據(jù)導(dǎo)入到故障分析平臺后，給出86 個臺站各站的故障頻次，并給出柱狀分析圖。同時將廣東省按照不同地區(qū)進行劃分，分為珠三角地區(qū)（廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、東莞市、惠州市、中山市、江門市、肇慶市）、粵東地區(qū)（汕頭市、潮州市、揭陽市、梅州市、汕尾市）、粵西地區(qū)（湛江市、茂名市、陽江市）和粵北地區(qū)（河源市、清遠市、韶關(guān)市、云浮市），分別對不同地區(qū)的故障信息進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖6 所示。

表3 廣東省2019-05—2020-04 各月份國家級自動氣象站（新型自動氣象站）各模塊故障統(tǒng)計表

圖5 2019-05—2020-04 頻次與百分比統(tǒng)計圖

圖6 故障統(tǒng)計圖

從圖6（b）可見，個別臺站出現(xiàn)故障頻次較多，比如豐順、茂名、恩平、信宜、龍門等站，12 個月內(nèi)發(fā)生故障的頻次大于8 次。從圖6（c）可見，珠三角地區(qū)和粵西地區(qū)在2019-05—2020-04 期間，國家級自動氣象站的故障頻次最多，分別是71 和49 次，這也由于珠三角地區(qū)和粵西地區(qū)發(fā)生臺風(fēng)、暴雨等天氣過程較多。粵東地區(qū)與粵北地區(qū)故障頻次分別為38 和35 次。

3 結(jié)論

本文基于MATLAB 編程語言建立了新型自動氣象站（DZZ1-2）故障統(tǒng)計分析平臺。將2019-05—2020-04 的廣東省運行監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)中國家級自動氣象站的故障記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入該平臺后，能更快速高效地統(tǒng)計和分析全省的新型自動氣象站的故障信息，能快速知道全省各臺站的故障情況，并有利于找出故障出現(xiàn)頻次較多或持續(xù)時間較長的故障種類，并可以針對這些故障采取相應(yīng)的保障措施：①對于故障發(fā)生比較多的臺站，值班人員加強對故障發(fā)生次數(shù)較多的模塊的巡查，比如傳感器和通訊系統(tǒng)等，特別是遇到臺風(fēng)、暴雨等天氣時，應(yīng)當(dāng)確保新型站各模塊的正常運行；②對于故障發(fā)生次數(shù)較多的模塊，各臺站要準(zhǔn)備好充足的相應(yīng)備件來應(yīng)對。

本文建立的新型自動氣象站（DZZ1-2）故障統(tǒng)計分析平臺為初版本，可以再根據(jù)用戶的需求增加一些其他功能或故障的種類或統(tǒng)計圖的種類。