丘富霖 曾耀暉 李夢(mèng)蕓 鄧冬梅

(福建省長(zhǎng)汀縣氣象局,福建 龍巖 366300)

近年來(lái),我國(guó)氣象科技迅速發(fā)展,越來(lái)越多的自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備投入日常氣象業(yè)務(wù)使用,為發(fā)展地面觀測(cè)自動(dòng)化業(yè)務(wù)提供有力支撐[1]。HY-WP1A型天氣現(xiàn)象視頻智能觀測(cè)儀(以下簡(jiǎn)稱視頻智能觀測(cè)儀)是華云升達(dá)公司研發(fā)的一款專業(yè)氣象儀器,該儀器通過(guò)攝像機(jī)多角度采集探測(cè)環(huán)境的圖像和視頻數(shù)據(jù),使用當(dāng)下先進(jìn)的圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)[2],實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)環(huán)境中天氣現(xiàn)象、各氣象要素的自動(dòng)化觀測(cè)。目前,視頻智能觀測(cè)儀已在我國(guó)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中正式運(yùn)行,較好地實(shí)現(xiàn)了部分依靠人工觀測(cè)為主的天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)。視頻智能觀測(cè)儀從2020年開(kāi)始投入應(yīng)用到福建省地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中,本文基于該儀器的使用經(jīng)驗(yàn),簡(jiǎn)要介紹其組成結(jié)構(gòu),并總結(jié)日常維護(hù)要點(diǎn),以及該儀器容易出現(xiàn)的故障和處置流程,為基層氣象臺(tái)站業(yè)務(wù)人員使用和維護(hù)、維修提供參考。

1 視頻智能觀測(cè)儀的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 組成結(jié)構(gòu)

視頻智能觀測(cè)儀主要由圖像采集單元、圖像處理單元、通信單元、供電單元和附件等組成(圖1)[3]。圖像采集單元根據(jù)觀測(cè)對(duì)象特點(diǎn)和需要,由1個(gè)魚(yú)眼攝像機(jī)、1個(gè)長(zhǎng)焦攝像機(jī)和1個(gè)短焦攝像機(jī)組成;圖像處理單元是儀器的核心,由主控制器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備組成,主控制器內(nèi)部嵌入了識(shí)別軟件和控制管理軟件,具備觀測(cè)數(shù)據(jù)處理和設(shè)備控制的功能;通信單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸,其中,視頻智能觀測(cè)儀與ISOS業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串口連接綜合集成硬件控制器的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,而視頻和圖片數(shù)據(jù)則是采用光纖傳輸?shù)绞覂?nèi)通信轉(zhuǎn)換單元,再通過(guò)業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)上傳至臺(tái)站及省級(jí)數(shù)據(jù)中心;供電單元包含了交直流轉(zhuǎn)換器、浪涌保護(hù)器、空氣開(kāi)關(guān)等部件,將220 V交流市電轉(zhuǎn)換為直流電,根據(jù)不同需求,直流輸出分為24 V和12 V兩路,其中,24 V電源為魚(yú)眼攝像機(jī)和長(zhǎng)焦攝像機(jī)供電;12 V電源為主控制器、工業(yè)交換機(jī)及短焦攝像機(jī)供電。附件主要是安裝基礎(chǔ)預(yù)埋件、輔助觀測(cè)目標(biāo)物等配件。

圖1 視頻智能觀測(cè)儀組成結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

組成圖像采集單元的3個(gè)攝像機(jī)根據(jù)觀測(cè)任務(wù)被安裝在不同位置。其中,魚(yú)眼攝像機(jī)拍攝總云量、云狀等天氣現(xiàn)象,置于立桿頂端垂直拍攝天空;長(zhǎng)焦攝像機(jī)拍攝結(jié)冰、霜、露、積雪現(xiàn)象,因此,攝像機(jī)鏡頭需要對(duì)著地面的蒸發(fā)皿、植物;短焦攝像機(jī)拍攝雨凇積雪深度,鏡頭對(duì)準(zhǔn)支架上的電纜和雪尺。視頻智能觀測(cè)儀在通過(guò)圖像采集單元采集探測(cè)環(huán)境的視頻和圖片,接著圖像處理單元對(duì)拍攝的圖片進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別處理,最后通信單元將采集的視頻、圖片和識(shí)別結(jié)果傳輸至臺(tái)站及省級(jí)數(shù)據(jù)中心[4]。

2 視頻智能觀測(cè)儀調(diào)試及日常維護(hù)要點(diǎn)

2.1 儀器調(diào)試要點(diǎn)

視頻智能觀測(cè)儀對(duì)氣象要素或天氣現(xiàn)象的準(zhǔn)確識(shí)別,需要有質(zhì)量合格的圖片為支撐。因此,在儀器安裝完成后要特別注意儀器的調(diào)試,將觀察標(biāo)志物和圖像調(diào)整規(guī)范,確保儀器能夠正常穩(wěn)定地進(jìn)行氣象觀測(cè)。

2.1.1 短焦攝像機(jī)

雨凇、霧凇和積雪深度的識(shí)別需要短焦攝像機(jī)拍攝合格的電纜和雪尺圖片。在安裝時(shí),雪尺必須垂直于地面(傾斜角度<3°),同時(shí),清理雪尺周邊雜草,避免遮擋雪尺刻度,雪尺紅色中軸線要求居中。在調(diào)試攝像機(jī)畫面時(shí),要求能清楚地看到電纜和雪尺刻度;雪尺零刻度與圖像底部、電纜頂部與圖像頂部、電纜底部與雪尺頂部都需要留有一段距離,鏡頭內(nèi)的電纜要保持水平,雪尺須占圖片高度的70%以上[5]。調(diào)試完成后的畫面要求清晰,不能出現(xiàn)對(duì)焦模糊的情況(圖2)。

圖2 短焦攝像機(jī)觀測(cè)圖

2.1.2 長(zhǎng)焦攝像機(jī)

長(zhǎng)焦攝像機(jī)的目標(biāo)物是蒸發(fā)皿和地面植物,因此,在調(diào)試畫面時(shí)圖像中的目標(biāo)物需要保證清晰。畫面調(diào)整過(guò)程中,業(yè)務(wù)人員可以通過(guò)攝像機(jī)調(diào)焦功能,調(diào)整目標(biāo)物在畫面中的占比。其中,畫面的右半部分以觀測(cè)場(chǎng)地面植物為主,左半部分畫面以蒸發(fā)皿為主,要求蒸發(fā)皿占據(jù)左邊大部分面積[6]。畫面調(diào)整后,業(yè)務(wù)人員可以進(jìn)行測(cè)試,向畫面中的植物灑上一些水滴,再?gòu)臄z像機(jī)觀察能否清楚看到植物葉片上灑的水滴(圖3)。

圖3 長(zhǎng)焦攝像機(jī)觀測(cè)圖

2.1.3 魚(yú)眼攝像機(jī)

魚(yú)眼攝像機(jī)的目標(biāo)物是天空,安裝完成后需要通過(guò)IE瀏覽器訪問(wèn)攝像機(jī)IP,在頁(yè)面檢查魚(yú)眼攝像機(jī)鏡頭安裝和顯示方式的設(shè)置是否正確,其默認(rèn)的安裝方式分別為桌面和魚(yú)眼(圖4)。如果出現(xiàn)魚(yú)眼攝像機(jī)圖像顯示異常,多數(shù)原因是魚(yú)眼攝像機(jī)的安裝和顯示方式錯(cuò)誤[7]。

圖4 魚(yú)眼攝像機(jī)界面

2.2 儀器日常維護(hù)

視頻智能觀測(cè)儀的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)定期的巡檢、維護(hù),氣象臺(tái)站應(yīng)該將其納入到日常工作中。同時(shí),在開(kāi)展巡檢、維護(hù)過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn):

①發(fā)現(xiàn)儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤或異常時(shí),應(yīng)立即分析原因并作出處理,將影響降至最低,確保儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)。

②開(kāi)展儀器周維護(hù)時(shí),業(yè)務(wù)人員要仔細(xì)檢查3個(gè)攝像機(jī)鏡頭的情況,發(fā)現(xiàn)鏡頭有遮擋或污染應(yīng)在日出前或日落后用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉蘸無(wú)水乙醇直接擦拭鏡頭玻璃進(jìn)行清潔,魚(yú)眼攝像機(jī)表面若有浮塵或沙粒時(shí),可先用清水沖洗,然后擦試。在清潔攝像機(jī)鏡頭的過(guò)程中要特別注意不要?jiǎng)潅ＡП砻妗z像機(jī)窗口具備了加熱功能,能夠自動(dòng)烘干攝像機(jī)鏡頭,業(yè)務(wù)人員無(wú)需用其他物品進(jìn)行清潔。在日常工作中,業(yè)務(wù)人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備附近環(huán)境的情況,適當(dāng)調(diào)整維護(hù)的時(shí)間間隔。

③開(kāi)展儀器月維護(hù)時(shí),業(yè)務(wù)人員應(yīng)當(dāng)檢查儀器立柱是否穩(wěn)固、攝像機(jī)位置是否有變化,若發(fā)現(xiàn)立柱不穩(wěn)等問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)及時(shí)分析原因并整改,避免儀器在工作過(guò)程中因?yàn)檎駝?dòng)等原因?qū)е聰z像機(jī)損壞,還要檢查觀測(cè)區(qū)地面植物生長(zhǎng)狀況,保持平整。同時(shí),對(duì)供電設(shè)施安全性進(jìn)行排查,確保供電的安全。

④將儀器列入每年定期防雷檢測(cè)范圍中。

⑤日常巡檢觀測(cè)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)皿中的水量不足時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充,盡可能使用本地自然水體的水。同時(shí),保證雪尺垂直于地面,刻度零線要與觀測(cè)場(chǎng)地面齊平[8]。

⑥儲(chǔ)備儀器易損部件,特別是自然條件較為惡劣的臺(tái)站,發(fā)現(xiàn)儀器部件出現(xiàn)損壞或腐蝕應(yīng)立即更換,保障儀器穩(wěn)定運(yùn)行。

3 視頻智能觀測(cè)儀故障處理

該儀器最常出現(xiàn)的故障是主控制器卡死,導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)中斷,無(wú)法訪問(wèn)主控頁(yè)面,此類故障通過(guò)對(duì)主控制器斷電重啟便能恢復(fù)正常。本文分析了日常遇到的較為復(fù)雜的故障,并給出處理方法。

3.1 網(wǎng)頁(yè)無(wú)法訪問(wèn)到主控與攝像機(jī)

此類故障一般是通信轉(zhuǎn)換單元出現(xiàn)故障,業(yè)務(wù)人員可以先排查室內(nèi)通信轉(zhuǎn)換單元指示燈狀態(tài),若指示燈全滅,查看設(shè)備供電是否正常。若供電正常,則嘗試對(duì)通信轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行斷電重啟。若重啟無(wú)法解決問(wèn)題,應(yīng)檢查通信轉(zhuǎn)換單元的光纖頭是否能看到紅色光點(diǎn)。若兩個(gè)光纖接頭一個(gè)常亮,一個(gè)不亮,則觀測(cè)場(chǎng)到通信轉(zhuǎn)換單元的通信正常,此時(shí)需要嘗試更換通信轉(zhuǎn)換單元。

3.2 ISOS業(yè)務(wù)軟件中視頻智能觀測(cè)儀數(shù)據(jù)采集成功率低

導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集成功率低的原因有多個(gè),首先考慮是由于視頻智能觀測(cè)儀主控長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行未進(jìn)行手動(dòng)校時(shí),ISOS業(yè)務(wù)軟件與主控之間存在時(shí)間差。因此,業(yè)務(wù)人員需要通過(guò)內(nèi)網(wǎng)電腦瀏覽器登入主控頁(yè)面,在參數(shù)設(shè)置界面手動(dòng)校時(shí),頁(yè)面提示同步成功,表示校時(shí)完畢。完成校時(shí)操作后,業(yè)務(wù)人員查看ISOS業(yè)務(wù)軟件觀察視頻智能觀測(cè)儀數(shù)據(jù)采集成功率是否恢復(fù)正常。

若不是時(shí)間不一致引起采集率低的問(wèn)題,則考慮是因?yàn)橹骺嘏c攝像機(jī)之間未成功建立連接導(dǎo)致。業(yè)務(wù)人員需要通過(guò)內(nèi)網(wǎng)電腦瀏覽器訪問(wèn)視頻智能觀測(cè)儀的三個(gè)攝像機(jī)IP地址,然后依次選擇“配置—網(wǎng)絡(luò)—高級(jí)配置—繼承協(xié)議”,查看是否勾選了“啟動(dòng)ONVIF協(xié)議”。接著,在用戶列表中將現(xiàn)有的賬號(hào)刪除,然后再重新添加管理員賬戶,用戶名和密碼與原賬戶保持一致。賬戶新建完成后訪問(wèn)主控制器IP 地址,在設(shè)備管理頁(yè)面依次檢查三個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)設(shè)置,在確保參數(shù)與每個(gè)攝像機(jī)IP地址頁(yè)面的設(shè)置一致后,業(yè)務(wù)人員需要到觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主控器進(jìn)行斷電重啟。

上述步驟若無(wú)法解決采集率低的問(wèn)題,業(yè)務(wù)人員可以登錄主控網(wǎng)頁(yè)檢查看主控程序是否為最新版本,若不是,則需要對(duì)主控程序進(jìn)行更新。業(yè)務(wù)人員可以前往華云升達(dá)的官方網(wǎng)站或者聯(lián)系廠家下載升級(jí)包,然后執(zhí)行升級(jí)包中的update文件,填寫主控IP,點(diǎn)擊“測(cè)試連接”,連接上后點(diǎn)擊“開(kāi)始更新”,進(jìn)度條到100%后即可完成主控程序的更新。完成上述操作后,若采集率低的問(wèn)題依舊未能解決,則需要聯(lián)系廠家進(jìn)行維修。

3.3 ISOS業(yè)務(wù)軟件中發(fā)命令無(wú)回復(fù),但內(nèi)網(wǎng)主控頁(yè)面訪問(wèn)正常

視頻智能觀測(cè)儀數(shù)據(jù)到網(wǎng)頁(yè)與到ISOS業(yè)務(wù)軟件采用不同的鏈路,因此,遇到這類故障時(shí)業(yè)務(wù)人員可以按照以下步驟進(jìn)行排查。

①首先,登入內(nèi)網(wǎng)主控頁(yè)面中檢查主控參數(shù)設(shè)置中串口名是否正確。其次,嘗試將主控器232接口替換成232-1,再測(cè)試ISOS業(yè)務(wù)軟件能否正常發(fā)送命令。

②通過(guò)筆記本電腦和調(diào)試線直連主控制器232-2通道,通過(guò)串口調(diào)試軟件向主控制器發(fā)送“READDATA”命令,查看能否正常讀取分鐘數(shù)據(jù)。若能正常讀取,則主控制器通道正常,若無(wú)法正常讀取,則需要更換主控制器。

③若主控制器通道正常,則排查串口服務(wù)器PORT口是否存在故障?？梢愿鼡Q串口服務(wù)器的PORT口,并通過(guò)SMOPORT軟件更改中對(duì)應(yīng)串口的參數(shù),查看ISOS業(yè)務(wù)軟件是否能與主控制器正常通信。

3.4 攝像機(jī)直連時(shí)無(wú)法從網(wǎng)頁(yè)登錄

此處以魚(yú)眼攝像機(jī)為例,其它攝像機(jī)檢查方式類似。

①先檢查魚(yú)眼攝像機(jī)的供電,用萬(wàn)用表測(cè)量機(jī)箱內(nèi)接線排下端供電是否為24 V。若供電異常,則檢查左側(cè)保險(xiǎn)座內(nèi)保險(xiǎn)絲是否損壞。若保險(xiǎn)絲損壞,應(yīng)檢查相關(guān)電路是否有短路,著重檢查攝像機(jī)線纜連接處。若連接處存在短路顯現(xiàn)可先用防水絕緣膠帶纏繞,確保線路正常再更換對(duì)應(yīng)的保險(xiǎn)絲。

②檢查攝像機(jī)線纜是否連接在 DC24V 雙芯插口上,確保連接狀態(tài)無(wú)松動(dòng)。

③查看攝像機(jī)網(wǎng)線是否存在異常。如果無(wú)法判斷網(wǎng)線是否能夠正常使用,可以嘗試更換新的網(wǎng)線。

④本機(jī)IP地址需要在連接魚(yú)眼攝像機(jī)同一網(wǎng)絡(luò)下且沒(méi)有被魚(yú)眼攝像機(jī)占用。

⑤魚(yú)眼攝像機(jī)需要用IE瀏覽器進(jìn)行登錄,登錄后,網(wǎng)頁(yè)下端會(huì)彈出對(duì)應(yīng)黃色插件安裝欄,需安裝對(duì)應(yīng)插件才可進(jìn)行正常登錄調(diào)試。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前,視頻智能觀測(cè)儀已步入正式業(yè)務(wù)運(yùn)行階段,業(yè)務(wù)人員必須對(duì)儀器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理有所了解,才能確保在遇到問(wèn)題時(shí)能夠快速分析設(shè)備的故障原因,及時(shí)找到解決故障的方法,確保視頻智能觀測(cè)儀正常穩(wěn)定運(yùn)行,有效提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。