新型自动气象站运行故障分析

王彦朝，邹小松

1.河北省沧州市气象局，河北沧州 061000；2.福建省闽侯县气象局，福建闽侯350100

在全球气候变暖的大背景下，干旱、暴雨、冰雹、高温等极端天气事件呈现出多发、频发的特征，尤其是突发性、局地性的气象灾害增多，由于其历时短、强度大、危害重等特点，对气象部门开展气象监测预测预报预警提出了严峻的考验。加强气象观测业务运行管理，在全面提升社会防灾避灾能力，最大限度地降低气象灾害损失具有重要意义和积极作用。自动气象站可以对气象要素进行全天候24 h的实时监控，并通过采集器实时采集气象观测数据，并经传感器、通信线路等对数据进行传输并保存，是气象部门最基础业务工作，能用于各种环境、场合或行业的气象监测，为开展防灾减灾提供依据。

目前，沧州市气象局用于气象监测的自动气象站80%以上为DZZ4型自动气象站，得益于气象现代化建设，沧州市已建成各类气象观测站点，地面气象站实现了乡（镇）全覆盖，地面气象观测业务实现了完全自动化，实现了县（区）中短期及乡（镇）精细化预报的全覆盖。气象观测数据的处理能力和内控能力不断提升，减少了人工筛选和处理数据的工作。为了提高沧州市的气象服务质量，需要深入分析自动气象观测站运行中常见的故障问题，及时找到解决方法，确保气象观测按时进行。

1 新型自动气象站系统结构和功能特点

1.1 新型自动气象站结构

当前，沧州市安装的新型自动气象站所搭载的基本为CAN总线和专为气象观测用的嵌入式系统。气象站通常由2个部分构成，分别为硬件系统和软件系统。硬件系统有四个部分，分别为主采集器及分采集器构成的采集器系统、CAN通讯总线、传感器和外围设备。采集器系统尤为重要，主采集器和诸多分采集器是达到综合观测目的的必要设备，配备有多功能和高性能的数据处理软件，可大大增强拓展性。依靠统一标准和开放式的技术路线可顺利规划气象站硬件系统。而且新型自动气象站在生产设计时严格遵照国家统一标准，在故障维修需要更换零部件时，可以选择性价比较高的不同厂家生产的产品。新型自动气象站的软件系统主要包括业务软件和嵌入式系统2个部分。嵌入式系统采用的是Linux操作系统管理软件，所承担的功能是对仪器设备和嵌入式系统的运行管理进行总控。观测业务软件是借助于Linux系统实现的，主要负责采集和处理自动站观测数据。自动气象站的外围设备主要由电源、通信接口、外存储器、终端计算机4个部分组成。

1.2 新型自动气象站的功能特点

新型自动气象站具有智能采集、长期固态存储和远程传输等功能，可广泛应用于野外恶劣环境下高频率的观测任务中，保证了监测数据的准确性，可全面监测温度、湿度、风速、风向、降雨量、光照等气象要素。自动气象站采自动监测和现代通信技术，实现监测点的气象要素同步采集、报送和处理的信息系统构建，它具有传输数据量小、通信网络分布地域广以及通信条件比较恶劣等特点。该系统可利用GPRS无线传输来实现遥测站与指挥平台之间的数据传输的方案，且系统具有高可靠性和可扩展性的功能。

2 软件故障及维护

内部软件的正常运行是确保新型自动气象站的稳定运转的条件之一。导致数据传输、数据精确度及系统报告发生错误或异常等现象都属于软件运行问题，及时发现并解决这些问题，才能保证气温、降水量等气象观测数据的准确无误并及时上传。

2.1 软件参数设置错误

使用测报软件时，一些工作人员未严格按照规定进行操作，导致软件使用密码或部分参数设置功能受限。在自动气象站的测报软件系统中，需要进行参数设置的有监控软件和地面气象测报业务软件。打开监控软件设置页面会出现用户设置选项，此选项的主要目的是变更自动站类型、改正组网模式，当密码丢失则会限制软件部分功能的发挥。当出现丢失密码的情况时，需要点击设备中的Sysconfig文件夹，查找此文件夹目录下的taboperator数据表，该数据表中保存了管理员和操作员的相关信息，浏览内容查找此次操作失误的用户信息，然后输入password口令进行动作清除，重新输入新口令点击保存，最终恢复该管理用户的管理权。

2.2 台站正点长Z文件

气象站测报软件在运行过程中正点长Z文件偶尔会出现多个更正报的情况，出现此类不正常情形的原因是在主通道中设置了2个以上的节点，并且这些节点没有任何功能性作用。多个无用节点的出现会导致程序自第2个节点开始传输并保存于AWSNet文件中，然后依次自第2个或第3个节点传输。但在数据传输全过程中，重复文件一直处于多余状态，并未被清除，所以在接下来的传输过程中仍然会被重复传输，这样会出现多个更正报的情况。发生此类状况可在通讯组网软件接口的第2和第3个节点的“通讯类型”处输入空格来解决。

2.3 软件维护

测报软件的日常维护以时间校对、监控运行、数据卸载为主要内容。工作人员应在每天19:00准时对采集器始终进行时间校对，确保采集器时间和东八区区时的误差在30 s以内。若误差过大则正点后对采集器始终进行调整。在19:00过半对时再进行检查，尽量降低对数据定时卸载和文件上传的影响。修改时间的时段避开强降水出现时段，否则会导致降雨量数据失真。若电脑显示时间和采集器时间不一致程度高，根据修改“时间同步率”的频数，增加其对时次数，使计算机与采集器时钟一致。若采集器走时无异常，则只对计算机进行对时即可。监控软件中的“整时数据和状态”界面可表明监控软件是否需要维护。在整点前10 min左右显示的实际数据是重点关注对象。工作人员要结合观测经验和以往资料判断数据变化曲线的突变点有无异常，若记录存在异常且影响所显示的极值，则要及时解决异常问题。当正常状态下无法输入计算机系统的数据时，则需要对相关数据进行修正，即利用平时数据卸载的方法进行数据维护。人工及时收集补缺数据，采集器的数据保存时间在3～15 d。补收数据尽量避开系统繁忙时间，因为卸载数据会自动屏蔽其他自动卸载功能，可能影响正点数据的收集工作，而且平时尽量少用卸载数据的方法。当选中“上传文件”复选框，则系统自动将数据传输至中心站是在下次正点时刻，传输的文件是在卸载定时数据的相应时次。

气象自动站组网设置时通讯组网接口软件的重要维护内容。当站点的通讯方式为单一型时，则不需一一设置通道的各项参数。当站点通讯方式为多种组合时，比如存在主通道和次通道时，工作人员可根据站点实际工作情况设置2种通道，设置内容包括链接账户、用户名等相关信息。

2.4 采集系统故障

采集器蜂鸣器一直响有2种原因，第1种是大风预警，此时可与计算机进行联机操作。大风预警信息会被储存，然后在5 min左右自动停止鸣响，若超时仍在鸣响则需要重启采集器。第2种是新型自动气象站受雷击影响或强电磁干扰，敏感的电子设备产生反应，运行程序出现错误或设备出现物理损坏。此时点击复位键可顺利解决这个问题。若复位后仍鸣响则需要关闭采集器电源，3 min后“0”位开机。若开机后仍无法解决则表明自动气象站的硬件设备已经受损，需要再次关闭采集器电源，调转风速风向传感器插头，“0”位开机，若采集器正常则表明需更换风速风向传感器，若采集器异常则需更换采集器。采集器蜂鸣器出现间隔鸣响，频率为每隔1 min响1次则有以下2种原因。第1种是电源系统异常。气象站的电源箱久未输入交流电，那么一直是蓄电池在支持运行，蓄电池过度放电则会导致站点不能工作。此时，可直接输入交流电并且日常注意维护蓄电池。第2种是气压传感器缺测所致的，此时查看采集器面板上是否有显示气压数据，若无显示则表明传感器已出现故障，更换即可。

当采集器芯片或主板有损时，工作人员应第一时间查看与之相连的电脑设备和接口连接状况。若连接不牢固那么，是设备移位时碰到接口连线导致松动，重新插紧接口即可。若监控软件或电脑在连续工作状态下死机，点击程序界面无反应则需重启电脑或监控软件。通常会在计算机上安装杀毒软件，当某些类型杀毒软件初次在机器上运行时，会对设备上的程序进行自动跟踪监测，有时工作人员错误操作如不看提示内容点击过快，会导致测报软件被限制运行，进而观测数据无法正常传输至计算机，此时需要卸载杀毒软件或在杀毒软件中将被误操作的程序移出黑名单。若可以肯定判断电脑串口或电脑自身故障时，更换串口或计算机即可。在采集器不能正常工作的情况下，重启采集器并进行清零，当主板出现损坏时，对主板进行检修或直接更换采集器。

3 新型自动气象站观测数据异常问题

3.1 温度传感器故障

当温度传感器工作异常时，应检查传感器所有连线是否固定紧密，连接顺序是否正确，使用万用表蜂鸣档测试温度传感器的四条线，可分为两组，将1和2或3和4固定为1组，检查该组是否短路[5]。计算温度绝对值的方法为：使用万用表测出温度传感器1和3或2和4之间的电阻值，并记之为R1，通常R1值应为110 Ω，测出1温度传感器和2之间的电阻值，记之为R2，R2的值较小，以R1值减去R2值得出的值标记为R，然后代入公式T＝（R-100）÷0.385可以测出温度值，并将温度值和同标准值进行比较，得出温度传感器是否出现故障，必须对2组短路进行测量再计算，避免误判。在日常工作中，避免摇动或碰触温度传感器，查看探头积灰情况，维持其干燥清洁的状态，不能积水。

3.2 湿度数据异常

湿度数据显示与以往有较大差别，则检查湿度传感器，湿度传感器是诸多传感器中敏感度和精度较高的设备，定期的维修和养护必不可少，若长时间无保养容易因接地屏蔽异常。若湿度传感器无法显示数据，则输入指定查看原始数据，若查不到原始数据再查看传感器。湿度传感器输出过程中是依据模拟信号来输出的，输出电压值通常为0～1 V，所对应湿度值为0～100%，使用万用表测得传感器输出端与地面之间的电压值，判断测得电压值是否符合标准范围，若不在标准范围内，则需更换湿度传感器。若在标准范围内，则大多是采集器通道出现故障或其他原因。为了保护湿敏电容，需要在其头部安装保护性过滤网，避免手碰触传感器。

3.3 风向风速无数据

当风向风速无数据显示时，工作人员可以先输入指令查看采集器是否存储有风速风向的数据，若采集器中未存储相关数据，则查看传感器的供电情况有无异常，然后查看传感器信号输出有无异常。风速传感器故障判断方法：使用万用表测量风速传感器输出端与地面之间的电压，若风杯的转动速度等无异常，则此时电压应为工作电压的1/2左右，若电压值偏离标准值过多则表明传感器故障。此时，需要更换传感器，若输出电压正常则表明采集器通道出现故障或其他原因。

3.4 地温数据异常

地温传感器灵敏度较高，其构造不同于人工地温表，日常运行过程中极易出现数据不稳定或异常等故障现象[6]。若自动气象站中均无相应现实所有地温数据，则可能是电源、总线或分采集器的原因，依次对其进行检查。先检查分采集器的供电系统是否正常，若分采集器可正常运行，则经HY3000的RS232-1口与电脑连接后，以串行通信接口调试助手发送相关指令，测试可否返回所有数据，若无法返回，则检查分采集器，然后再重复上述发送指令的步骤，若能返回数据，则查看CAN 通讯总线，若无数据返回则更换分采集器。若为气象站内单个地温数据无异常则直接检查单个地温或予以更换。若处理后单个地温数据仍未恢复，则检查分采集通道并采取维修措施。若为某一层或几层的地温数据异常，则可能为装设地温传感器过程中接入地温分采集器的通道顺序错误，此时调整通道顺序至正常即可。

4 结束语

新型自动气象站具有操作流程标准化、数据客观性强、处理速度快等特点，为气象服务和防灾减灾工作提供可靠的数据支撑。但由于新型自动气象站自动化的设备精密程度高、灵敏性强等特点，在日常运行过程中很容易受到外界各种因素的影响和自身消耗造成的故障问题，如自动气象站测报软件系统发生数据的异常，或者不显示数据等，各种采集器和传感器等数据传输异常等，直接影响地面气象观测数据的正确性和完整性，制约着新型自动气象站观测业务的正常运行。因此，气象观测人员需要在平时多观察、多总结、多实践，熟练掌握新型自动气象站观测仪器设备等维修维护技能，以科学方法严谨地解决故障问题，确保新型自动气象站正常稳定运行，并做好新型自动气象站的日常维护，定期加强气象观测工作中对观测仪器和设备的日常巡视与管理工作，才能保证本地气象观测业务的高质量开展。