羅 紅，李青建，龔雪鵬

(1.黔南州氣象局，都勻 558000；2.都勻市氣象局，都勻 558000；3.畢節(jié)市氣象局，畢節(jié) 551700)

0 引言

隨著氣象事業(yè)的發(fā)展，貴州黔南臺(tái)站已全部完成DZZ4新型自動(dòng)氣象站的安裝，DZZ4新型自動(dòng)氣象站采用ISOS軟件進(jìn)行氣象要素的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)傳輸工作。氣象要素?cái)?shù)據(jù)的傳輸率和可用性是目前地面測報(bào)業(yè)務(wù)的兩項(xiàng)重要考核指標(biāo)，臺(tái)站地面觀測業(yè)務(wù)員不僅要熟練地使用ISOS軟件，而且能夠及時(shí)處理氣象傳感器故障、ISOS軟件觀測軟件故障、因復(fù)雜天氣產(chǎn)生的各種疑誤數(shù)據(jù)故障，還應(yīng)具備新型自動(dòng)氣象站故障排除的基本能力。文章根據(jù)都勻國家基本觀測站的DZZ4新型自動(dòng)氣象站近幾年在業(yè)務(wù)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障實(shí)例，通過建立ISOS軟件報(bào)警參數(shù)的相關(guān)氣象要素閾值，分析、統(tǒng)計(jì)臺(tái)站近30 a(1990-2019年)氣候資料，將得出的相關(guān)氣象要素月極值進(jìn)行值域、氣候?qū)W界限值、主要變化范圍、內(nèi)部一直性、時(shí)間一直性的質(zhì)控，從而確立自動(dòng)氣象站采集器直流電壓閾值，使用新型站串口命令、實(shí)時(shí)狀態(tài)信息等方法，達(dá)到快速診斷軟件異常、要素缺測、通信采集器故障的目的[1]。

1 ISOS軟件功能簡介

根據(jù)國家氣象局業(yè)務(wù)切換需要，2017-08-31都勻國家觀測站觀測業(yè)務(wù)ISOS軟件由普通版升級(jí)為集成版，普通版ISOS的采集軟件SMO、業(yè)務(wù)軟件MOI和通信軟件MOIFTP被集成版ISOS軟件的SMO軟件取代。集成版ISOS軟件具有操作靈活、業(yè)務(wù)主機(jī)內(nèi)存占用小、疑誤數(shù)據(jù)處理時(shí)間短等特點(diǎn)，該軟件包括實(shí)時(shí)觀測、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備管理和參數(shù)設(shè)置等功能模塊[2，3]。

集成版ISOS軟件集數(shù)據(jù)采集、整理和傳輸功能于一體。自動(dòng)采集DZZ4新型氣象站地面觀測數(shù)據(jù)(氣壓、溫度、濕度、雨量、風(fēng)向風(fēng)速、日照、蒸發(fā)量、能見度、天氣現(xiàn)象等要素)；業(yè)務(wù)應(yīng)用上具有便捷、高效的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)疑誤數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控、觀測要素缺測報(bào)警、要素質(zhì)控、災(zāi)害性天氣預(yù)警、設(shè)備維護(hù)和通信監(jiān)控等功能；業(yè)務(wù)傳輸上可通過消息客戶端傳輸臺(tái)站buf文件。

2 ISOS軟件報(bào)警參數(shù)的建立

2.1 運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控參數(shù)的建立

集成版ISOS軟件對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的及時(shí)率很大程度上取決于業(yè)務(wù)主機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，在滿足軟件運(yùn)行環(huán)境外部硬件配置的要求下，運(yùn)行環(huán)境內(nèi)部分配也需要設(shè)定一個(gè)臨界閾值，達(dá)到業(yè)務(wù)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性，因此對(duì)主機(jī)的內(nèi)、外部運(yùn)行環(huán)境提出了較高的要求。在業(yè)務(wù)軟件主界面參數(shù)設(shè)置的環(huán)境項(xiàng)目下，通過主程序CPU限額、內(nèi)存限額和硬盤使用量來設(shè)置合適的參數(shù)以優(yōu)化業(yè)務(wù)主機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，一般主機(jī)只安裝集成版ISOS軟件，建議按照常規(guī)電腦運(yùn)行設(shè)置要求即可，將主程序CPU限額設(shè)置為60%，內(nèi)存限額設(shè)置為60%，硬盤使用量設(shè)置為50%，同時(shí)在啟用報(bào)警和聲音報(bào)警選項(xiàng)前選擇“√”，當(dāng)出現(xiàn)CPU、內(nèi)存、硬盤使用率超過限額設(shè)置時(shí)，集成版ISOS軟件會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，提醒值班員及時(shí)檢查電腦運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)排查報(bào)警原因，保障軟件正常運(yùn)行。

2.2 月極值參數(shù)的建立

在集成版ISOS軟件里設(shè)置小時(shí)極值參數(shù)，用于氣象要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測，在業(yè)務(wù)軟件主界面的參數(shù)設(shè)置里對(duì)小時(shí)極值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。極值參數(shù)數(shù)據(jù)由都勻臺(tái)站30 a(1990-2019年)氣候數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析得出，各氣象要素各月(1-12月)極值的錄入包括最高值和最低值。

2.3 其他極值參數(shù)的建立

在業(yè)務(wù)軟件主界面的參數(shù)設(shè)置里對(duì)其他極值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。其他極值參數(shù)的數(shù)據(jù)同樣由都勻臺(tái)站30 a(1990-2019年)氣候數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)分析得出，錄入的各極限值是臺(tái)站30 a的年極值參數(shù)。

3 月極值的質(zhì)控

根據(jù)臺(tái)站30 a氣候資料，完成各種參數(shù)的設(shè)置和錄入，再利用各種極值參數(shù)對(duì)實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控，保障實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性。在業(yè)務(wù)軟件主界面參數(shù)設(shè)置的質(zhì)控選項(xiàng)下勾選小時(shí)文件項(xiàng)目“格式檢查”、“缺測檢查”、“界限值檢查”、“臺(tái)站極值檢查”、“內(nèi)部一致性檢查”、“時(shí)間一致性檢查”，同時(shí)勾選啟用報(bào)警中的“聲音報(bào)警”，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)分別超出界限值時(shí)，ISOS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音提醒值班員實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否可用，值班員可根據(jù)報(bào)警指示分別判別實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)是否存在超閾值、缺測或跳變情況。可根據(jù)臺(tái)站實(shí)際需求啟用災(zāi)害性天氣的聲音報(bào)警提示。

4 采集器直流電壓閾值的確立

220 V市電經(jīng)采集器直流模塊轉(zhuǎn)換成低壓直流電源為設(shè)備供電，采集器電源電壓常用命令符PSS，在業(yè)務(wù)軟件主界面維護(hù)終端的串口終端中找到新型自動(dòng)站串口處理項(xiàng)目，輸入PSS命令后回車，在端口界面會(huì)返回采集器當(dāng)前的供電主體和電源電壓值，根據(jù)返回的電源信息，確立正確的采集器供電主體和電壓閾值，可以有效、快速地幫助值班員排查故障，尤其對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的值班員，可以省去盲查時(shí)間，不會(huì)給數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)率帶來嚴(yán)重的影響。

5 串口命令、實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的使用

在ISOS終端通過串口命令為主采集器和終端電腦主機(jī)之間進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主采集器各種參數(shù)的傳遞和設(shè)置，從主采集器讀取各種數(shù)據(jù)，根據(jù)操作命令性質(zhì)的不同，分為監(jiān)控操作命令、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制參數(shù)操作命令、觀測數(shù)據(jù)操作命令和報(bào)警命令，臺(tái)站人員可以靈活地使用不同性質(zhì)的命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)主采集器故障的快速判別，串口命令由命令符和相應(yīng)參數(shù)組成。文章介紹幾種常用的串口命令的使用(表1)。

表1 串口命令

6 故障實(shí)例分析

地面綜合觀測業(yè)務(wù)ISOS軟件負(fù)責(zé)采集和處理氣象要素，實(shí)時(shí)輸出和顯示觀測數(shù)據(jù)，直接反映整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。故障的排查順序首先將軟件輸出的數(shù)據(jù)作為故障排查出發(fā)點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常報(bào)警，依據(jù)數(shù)據(jù)超閾值、缺測、跳變3條路徑進(jìn)行排查；其次在排除軟件故障的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行硬件故障的排查；最后定位并解決故障，達(dá)到快速診斷的目的。

6.1 供電故障快速診斷分析

2020年5月值班員發(fā)現(xiàn)ISOS軟件觀測界面部分觀測要素出現(xiàn)缺測，部分觀測要素顯示正常。首先，可以直接排除觀測設(shè)備故障，若觀測設(shè)備出現(xiàn)故障，通常只會(huì)引起某一要素缺測，不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多要素缺測；其次，可以直接排除采集器故障，按照自動(dòng)氣象站安裝規(guī)則，所有觀測要素?cái)?shù)據(jù)都要進(jìn)入采集器再傳輸?shù)诫娔XISOS界面，若采集器發(fā)生故障通常會(huì)導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)缺測，因此可以直接排除；最后，考慮ISOS故障，在維護(hù)終端的串口終端下找到“新型自動(dòng)站串口處理”選項(xiàng)，輸入命令“SAMPLES”讀取采集器采樣數(shù)據(jù)，串口返回一系列采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)值班員綜合分析發(fā)現(xiàn)供電采樣數(shù)據(jù)顯示為“DC”(“直流”)，立刻在“新型自動(dòng)站串口處理”下輸入命令“PSS”，串口返回“DC 12 V”(“直流12 V”)，而正常閾值應(yīng)是“AC 14.3 V”(“交流14.3 V”)，由此可知，觀測場采集器供電為蓄電池供電且供電電壓較低，原因是觀測場因電源箱發(fā)生跳閘，蓄電池長期供電導(dǎo)致電壓較低，當(dāng)供電電源恢復(fù)正常后，ISOS軟件觀測要素也恢復(fù)正常，再次輸入命令“SAMPLES”后參數(shù)恢復(fù)正常。

供電電壓略低于正常電壓值，采集器供電不足，只能滿足部分觀測要素的采樣是引起本次故障的主要原因。在排查和解決故障的實(shí)際操作中，值班員耗時(shí)不到10 min，實(shí)現(xiàn)了快速診斷和解決故障。

6.2 觀測要素故障快速診斷分析

2019年4月值班員發(fā)現(xiàn)ISOS軟件發(fā)出報(bào)警，ISOS界面顯示當(dāng)前氣溫37 ℃，濕度20%RH。經(jīng)分析，當(dāng)前正處于4月，室外氣溫最多不超過23 ℃，氣溫極值最高值設(shè)定在33.5 ℃，則判斷采集實(shí)時(shí)氣溫因超閾值發(fā)出報(bào)警，再對(duì)比當(dāng)前10個(gè)時(shí)次濕球分鐘數(shù)據(jù)的連續(xù)性，濕度值處于41%RH～51%RH時(shí)，則判斷實(shí)時(shí)采集濕度因發(fā)生跳變而報(bào)警，值班員刪除異常溫度、濕度值后，故障仍存在。此時(shí)基本可以確定溫濕傳感器出現(xiàn)了故障。新型自動(dòng)站溫濕要素傳感器分別是WUSH-TW100高精度鉑電阻溫度傳感器和DHC2型電容式濕度傳感器。溫度傳感器的檢測步驟：采用四線制測溫法[4-6]，將傳感器1，2線腳和3，4線腳設(shè)為同端，1或2線腳與3或4線腳之間設(shè)為異端，如圖1。使用萬用表歐姆檔分別測量異端電阻和同端電阻，此時(shí)測得同端電阻值為0，則判斷溫度傳感器故障。濕度傳感器的檢測步驟：DHC2濕度傳感器必須供電才能正常工作，檢查濕度傳感器供電電壓為正常值12 V，通過測量濕度信號(hào)電壓是否在0～1 V，應(yīng)用公式U=100×V(相對(duì)濕度U，信號(hào)電壓V)檢驗(yàn)，此時(shí)測得信號(hào)電壓為0.2 V，計(jì)算得出與當(dāng)前報(bào)警輸出的濕度值20%RH一致，而實(shí)際濕度卻在46%RH左右，則可確定濕度傳感器故障。更換溫濕傳感器后，采樣要素值恢復(fù)正常。

圖1 溫度傳感器連線圖

7 結(jié)束語

地面綜合觀測系統(tǒng)的故障分為軟件故障和硬件故障兩部分，臺(tái)站綜合氣象業(yè)務(wù)人員需要充分利用ISOS軟件的常規(guī)使用技巧[7-9]，建立極值參數(shù)報(bào)警閾值，質(zhì)控實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，掌握硬件故障排查的基本思路，達(dá)到快速診斷故障的目的。