靳 君，王寶童，董禮瑋

（1.西安水文水資源勘測中心,陜西 西安 710100；2.延安水文水資源勘測中心,陜西 延安 716000）

1 柳林水文站雨量、水位一體化自動遙測站的組成

柳林水文站雨量、水位一體化自動遙測站主要由水位塔、檢修平臺及橫臂、遙測終端機(jī)、翻斗雨量計(jì)、水位計(jì)、通信模塊、4G 流量卡、太陽能光伏板、光伏板充電控制器、蓄電池、機(jī)箱、線纜、天線等組成。

2 柳林水文站雨量、水位一體化自動遙測站傳感器工作原理

2.1 翻斗雨量傳感器工作原理

用標(biāo)準(zhǔn)器口（內(nèi)徑Φ200 mm）采集自然界降雨量,降雨從雨量筒上端的承雨器口進(jìn)入雨量筒匯集后,通過雨量筒漏斗,流入下方翻斗計(jì)量組件,按預(yù)先設(shè)計(jì)的感量（柳林水文站雨量翻斗計(jì)量組件為一斗0.2 mm）進(jìn)行稱重、計(jì)量,將mm的降雨量轉(zhuǎn)換為重量g（或容積mL）的單元水量,使翻斗計(jì)量組件失去平衡翻轉(zhuǎn),并把水量排出器外。而每一次翻斗翻轉(zhuǎn),都會對干簧管磁場切斷一次,每次切斷會以開關(guān)量方式實(shí)時輸出,供遙測終端機(jī)采集利用。

翻斗計(jì)量組件是一個機(jī)械式雙穩(wěn)態(tài)稱重機(jī)構(gòu),若左邊翻斗計(jì)量后翻轉(zhuǎn),把水量排出器外,同時由于翻斗重心發(fā)生變化,右邊翻斗隨即轉(zhuǎn)入計(jì)量,按此方式不斷地循環(huán)計(jì)量、輸出信號,連續(xù)采集自然界降雨量,實(shí)現(xiàn)自然降雨量的連續(xù)、實(shí)時監(jiān)測。

2.2 雷達(dá)水位傳感器工作原理

雷達(dá)水位計(jì)的主要測量原理是雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射電磁波脈沖,其在空氣介質(zhì)中傳播,遇到水面,在界面處將產(chǎn)生反射,部分電磁能被反射至發(fā)射源。經(jīng)測定,電磁波在水位計(jì)和水面之間往返傳播的時間為T,由于電磁波的傳播速度C是個常數(shù),因此可以測出水位計(jì)與水面之間的距離H。

雷達(dá)水位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時間T,而電磁波的傳輸速度為常數(shù)C,則可計(jì)算出雷達(dá)天線到水面的距離D=C×T/2；水底到雷達(dá)天線的距離是L,計(jì)算可得出水位高度H=L-D。

水位值需要在參數(shù)設(shè)置里增加基準(zhǔn)高程,若不設(shè)置測到的是相對高程。

3 柳林水文站雨量、水位一體化自動遙測站的主要故障分類及其排除方法

在實(shí)踐中,柳林水文站雨量、水位一體化自動遙測站在使用過程中出現(xiàn)很多不同原因、這樣那樣的問題,經(jīng)過反復(fù)維修和多年養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)歸納出存在故障主要有以下五類,故障表現(xiàn)為數(shù)據(jù)時通時斷、數(shù)據(jù)不通、暢通無量、數(shù)據(jù)精度不高、水位值固定不變、水位報(bào)大值（跳大值）。

3.1 電源故障

柳林水文站雨水自動遙測站供電系統(tǒng)由太陽能光伏板、光伏充電控制器、蓄電池組成,太陽能光伏板為蓄電池充電。如果出現(xiàn)蓄電池更換頻繁,白天正常而陰天不正常,白天正常而晚上不正常。分析故障：一是太陽板供電不足；二是蓄電池蓄電能力不足；三是供電連接線問題。

排除方法：第一種情況,排除太陽板破損；排除太陽能板接線柱焊點(diǎn)是否氧化脫落；排除太陽能板是否遮檔,用干凈軟布或者軟餐巾紙清除太陽板硅晶表面雜物,保證表面清潔；再用萬用表檢查太陽板與光伏充電控制器連接線的太陽板供電電壓是否正常,確保蓄電池的有效充電；第二種情況,斷開太陽能充電板,用萬用表檢查蓄電池電壓值,若低于11V,說明蓄電池電量虧損,需及時更換蓄電池；特別是電池使用時間過長已不能存儲大量電能源,和白天充電電壓過大?；蛘哌B陰雨期充電不足導(dǎo)致虧損,只能更換蓄電池。這種問題最常見；第三種情況,檢查連接線是否氧化、生銹、斷路,排除線路松動、斷開或線路短路問題；如有問題及時重新整理接線或更換電線。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)信號故障

柳林水文站自動遙測數(shù)據(jù)傳輸流程為,現(xiàn)場遙測終端機(jī)采集數(shù)據(jù)后,通過4G/GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行钠脚_,中心平臺部署為艾力泰爾遙測平臺。故雨水自動遙測站和中心艾力泰爾遙測平臺的穩(wěn)定、及時通信是監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾Ｕ?既是各站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)能否上傳的重點(diǎn),也是考核雨水自動遙測站正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。在例行維修養(yǎng)護(hù)時,需要提前查看中心艾力泰爾遙測平臺上各站點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù),提前判斷自動遙測站問題,如果某個站點(diǎn)無數(shù)據(jù),而該站點(diǎn)基本信息供電正常,那么可以判斷該站點(diǎn)通信問題；在現(xiàn)場可通過觀察通信模塊的工作指示燈顏色和閃爍頻次來判斷通信問題。通信網(wǎng)絡(luò)信號故障變存在問題為,一是測試數(shù)據(jù)艾力泰爾遙測平臺接收不到；二是遙測終端機(jī)屏幕顯示網(wǎng)絡(luò)連接時通時斷,網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量值偏小,艾力泰爾遙測平臺測試報(bào)文時有時無,測試雨量數(shù)據(jù)偏小,接收數(shù)據(jù)時斷時續(xù)。

排除方法：第一種情況,主要為SIM卡和遙測終端機(jī)問題,需要更換物聯(lián)卡重新發(fā)送測試報(bào)；SIM 卡安裝不正確,導(dǎo)致SIM 卡芯片接觸不良,應(yīng)重新安裝SIM 卡；由于通信設(shè)備安裝在狹小的空間里。高溫容易導(dǎo)致SIM 卡槽變形,使得SIM卡芯片接觸不良,這是最常遇到的現(xiàn)象,處理方法：卡槽適當(dāng)位置墊紙片；遙測終端機(jī)設(shè)置不正確或IP 地址或端口號設(shè)置不正確,要按照艾力泰爾遙測平臺正確的IP 地址和端口號設(shè)置遙測終端機(jī)；如是通信模塊發(fā)生問題,及時更換通信模塊。第二種情況,主要為信號問題,可以用不同移動信號的手機(jī)測試站點(diǎn)所在地運(yùn)營商信號,選擇信號質(zhì)量值最大的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)；也可在規(guī)范允許范圍內(nèi)移動站點(diǎn)或加裝室外天線,條件允許情況下可改建為衛(wèi)星站。

3.3 雨量計(jì)故障

目前水文系統(tǒng)所用雨量計(jì)主要是翻斗式，分辦率為0.2 mm 的雨量計(jì),用以測量降雨量,雨量計(jì)翻斗切斷干簧管磁場產(chǎn)生開關(guān)信息量計(jì)數(shù)傳輸,以滿足信息記錄、傳輸、顯示的需求：以翻斗式雨量計(jì)為例。出現(xiàn)雨量數(shù)據(jù)明顯偏小或者降雨后沒有雨量數(shù)據(jù),反之雨量計(jì)數(shù)據(jù)明顯偏大或者錯誤的雨量數(shù)據(jù)特大值。還有一種常見現(xiàn)象,在小雨時總是出現(xiàn)連續(xù)不斷的長歷時最小量的數(shù)據(jù),看起來一切正常。一般都是外雨量桶漏斗被泥土和枯葉堵塞,漏水很慢。

其問題有：一是雨量筒的集水器漏斗堵塞或即將堵塞；二是翻斗內(nèi)有泥沙或其它雜物,落灰塵土板結(jié),小蟲結(jié)網(wǎng)；三是翻斗軸卡死；四是翻斗承雨不標(biāo)準(zhǔn)；五是干簧管消磁或損壞；六是雨量計(jì)接線柱連接斷開或生銹脫落。

排除方法：第一二種問題,對雨量筒的集水器、濾網(wǎng)、漏斗、翻斗先取出,用小毛筆或小毛刷洗,噴壺大量噴水沖洗,用干凈的軟布擦干,翻斗背面擦干,再將翻斗安裝恢復(fù)原位,用手輕撥查看是否正常翻轉(zhuǎn),避免由于操作或恢復(fù)不到位導(dǎo)致翻斗運(yùn)行不正常。清洗防堵罩和濾網(wǎng)時,先將其取出,用清水洗凈外筒,將防堵罩和濾網(wǎng)刷洗干凈再放回外筒。第三種問題,可通過對翻斗軸螺絲調(diào)試,查看軸是否放在原位,通過撥動翻斗靈敏度可知；第四種問題,當(dāng)雨量計(jì)數(shù)據(jù)偏小或偏大,在保證雨量筒水平的基礎(chǔ)上,調(diào)整翻斗高低來糾正數(shù)據(jù)大小,翻斗下方有微調(diào)螺母,螺母升降來調(diào)節(jié)翻斗雨量多少,調(diào)節(jié)后必須進(jìn)行最少三次注水測試檢驗(yàn),確保誤差在±0.4 mm 范圍內(nèi)；第五種問題,用萬用表蜂鳴檔檢查磁鋼傳輸情況,撥動翻斗,萬用表沒有蜂鳴聲說明干簧管問題,可以更換干簧管或者用雨量計(jì)另一邊的備用干簧管；第六種問題,對雨量計(jì)接線柱重新接線；如果線纜老換更換新線纜,如果接線端子生銹嚴(yán)重直接更換接線端子。

3.4 水位計(jì)故障

柳林水文站,采用北京古大GDRD56 型高頻雷達(dá)水位計(jì),該水位計(jì)傳感器由雷達(dá)微波解調(diào)系統(tǒng)和雷達(dá)微波脈沖發(fā)射天線兩部分組成,在監(jiān)測過程中,發(fā)生過水位數(shù)據(jù)接收不到、水位數(shù)據(jù)顯示一個數(shù)值不變。最后歸納總結(jié)其原因有：一是水位計(jì)連接線纜松動或連接線斷路；二是水位計(jì)傳感器死機(jī)；三是水位計(jì)安裝位置不垂直；四是蜜蜂搭窩飛蟲織網(wǎng)堵塞。

排除方法：第一種問題,檢查線路,重新接線,排除連接線斷開、接口松動或者更換新線纜重新接線,保證連接線連接可靠；第二種問題,通過重新啟動水位傳感器或者重新啟動遙測終端機(jī)來恢復(fù)正常運(yùn)行；第三種問題,需要重新安裝,并固定牢靠；第四種問題,當(dāng)其他方法檢查后依然無信號或者一直是一個恒定值。則檢查橫臂的水位計(jì)探頭,查看喇叭口里是否有蜜蜂搭窩飛蟲結(jié)網(wǎng),清理干凈。

還要檢查水位計(jì)探頭發(fā)射波束角是否太小,探頭離水邊是否太近,探頭是否偏斜,水流是否脫流等。

3.5 遙測終端機(jī)故障

遙測終端機(jī)是雨水自動遙測站的運(yùn)行大腦,連接各種傳感器,對傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)有記錄、存儲、發(fā)送功能。每一個自動遙測站都必不可少。在電源、 通信信號、線纜連接正常的情況下,查看遙測終端機(jī)顯示屏,不計(jì)數(shù),不顯示,時間停止或者黑屏,首先按重啟鍵或斷電來解決,如還不能排除,說明終端機(jī)有故障,需要用便攜式電腦對終端機(jī)配置查看或從新配置,如重新配置后還不能解決問題那就需要更換終端機(jī)。

4 結(jié)語

近十年來,陜西省水文系統(tǒng)相繼建成了一大批雨水自動遙測站,這些站點(diǎn)的投入運(yùn)行,對雨量水位的監(jiān)測進(jìn)行了加密,特別是對局部小流域降雨天氣可有效進(jìn)行監(jiān)測,彌補(bǔ)了我們常規(guī)監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)的不足,同時也解放了人工觀測的勞動強(qiáng)度,對雨水自動遙測站的常規(guī)故障及解決辦法,我們要從先軟件后硬件,先中心后終端,由近及遠(yuǎn)的方法,通過仔細(xì)觀察設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài),初步判定故障部位和原因,為下一步排除問題制造條件,結(jié)果可供大家參考。