土壤水分自動(dòng)站日常維護(hù)及常見故障解決方法

張翠英，樊景豪，張 斌（．菏澤市氣象局，山東 菏澤 74000；．鄆城縣氣象局，山東 鄆城 74700）

土壤水分自動(dòng)站日常維護(hù)及常見故障解決方法

張翠英1，樊景豪2，張 斌1
（1．菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000；2．鄆城縣氣象局，山東 鄆城 274700）

摘要：為了提高臺站業(yè)務(wù)人員對設(shè)備的維護(hù)維修能力，從GPRS模塊、傳感器等方面重點(diǎn)分析了土壤水分自動(dòng)站運(yùn)行過程中的常見故障、處理方法以及維護(hù)過程中的相關(guān)注意事項(xiàng)，為設(shè)備的日常維護(hù)、故障排查等提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤水分自動(dòng)站；日常維護(hù)；故障；解決方法

引言

自2009年以來，山東省十七市氣象局陸續(xù)安裝了139個(gè)土壤水分自動(dòng)觀測站，并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。2013年，中國氣象局調(diào)整部分農(nóng)業(yè)氣象人工觀測任務(wù)，取消了土壤水分人工觀測業(yè)務(wù)。因此，土壤水分自動(dòng)觀測站的正常運(yùn)行，將成為保障氣象資料完整及時(shí)的關(guān)鍵。文章根據(jù)近年來土壤水分自動(dòng)站日常維護(hù)及運(yùn)行過程中的常見故障，并結(jié)合土壤水分觀測儀的工作原理，提出了各種故障的解決方法，供臺站技術(shù)人員在維護(hù)維修過程中作以參考，以便在工作中能正確判斷故障原因，及時(shí)排除故障，保障探測設(shè)備的正常運(yùn)行。

1 自動(dòng)土壤水分觀測儀工作原理

自動(dòng)土壤水分觀測儀是應(yīng)用頻域反射（FDR）原理的土壤水分測量傳感器，系統(tǒng)采用總線式數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對土壤水分的自動(dòng)化測量[1]。其技術(shù)指標(biāo)符合中國氣象局土壤水分觀測儀的設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)由傳感器、采集器、通信接口和系統(tǒng)電源四部分組成。各外站通過無線連接中心站，可顯示實(shí)時(shí)和整點(diǎn)土壤相對濕度、體積含水量、重量含水率、貯水量等動(dòng)態(tài)變化曲線并自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件。中心站具有對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有監(jiān)測站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收和存儲、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制等功能。該儀器可廣泛應(yīng)用于氣象、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域的探測與研究。

2 GPRS模塊常見故障及排除

2.1 通訊網(wǎng)絡(luò)故障及解決方法

GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)測作物地段的自動(dòng)土壤水分觀測儀，由移動(dòng)公司提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[2]。如果此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)無法自動(dòng)上傳。以菏澤土壤水分自動(dòng)站為例，闡述在運(yùn)行中出現(xiàn)過的故障其處理方法。

菏澤D8804站，供電正常，但數(shù)據(jù)上傳中斷，查看臺站歷史狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)斷開。經(jīng)查，無欠費(fèi)現(xiàn)象?，F(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)模塊綠燈亮，并閃爍，表明無線傳輸模塊正在尋找網(wǎng)絡(luò)，判斷可能是無線網(wǎng)絡(luò)信號不好造成網(wǎng)絡(luò)斷開。通過查詢得知，在同一區(qū)域內(nèi)的區(qū)域站網(wǎng)絡(luò)信號也不正常，最終斷定是通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，于是與通訊公司取得聯(lián)系，最后問題得以解決，該站數(shù)據(jù)很快正常傳輸。

2.2 通訊模塊故障及解決方法

GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊安裝在各監(jiān)測網(wǎng)外站的儀器箱內(nèi)[1]，是GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕考?，該模塊可以自動(dòng)與中心站計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。

如果出現(xiàn)無線信號較弱或GPRS無線模塊工作不穩(wěn)，通信模塊指示燈狀態(tài)異常，則需檢查通信模塊供電系統(tǒng)、通信模塊、手機(jī)SIM卡。

菏澤D8821站、D8806站，設(shè)備運(yùn)行正常，但數(shù)據(jù)傳輸偶爾中斷，數(shù)據(jù)入庫率較低。臺站歷史狀態(tài)顯示網(wǎng)絡(luò)斷開，數(shù)據(jù)缺測?，F(xiàn)場查看，供電正常，采集器工作正常，綠燈常亮，不閃爍，初步判斷故障為無線傳輸模塊無法識別手機(jī)卡，經(jīng)檢查手機(jī)卡無誤，斷定為當(dāng)?shù)責(zé)o線信號較弱或GPRS無線模塊工作不穩(wěn)所致。重新設(shè)置無線模塊，同時(shí)更換手機(jī)卡，數(shù)據(jù)上傳正常。

如果沒有備份的通訊模塊，模塊不能及時(shí)更換，簡單辦法是先將站點(diǎn)模塊重新啟動(dòng)，傳輸模塊上的綠色指示燈亮，1～2s后，變?yōu)榧t色，閃爍2次，然后變?yōu)榫G色，表明土壤水分自動(dòng)站工作正常，一段時(shí)間之內(nèi)數(shù)據(jù)正常傳輸。待配備模塊后應(yīng)及時(shí)將模塊重新設(shè)置并更換模塊，必要時(shí)更換另一通訊公司手機(jī)SIM卡，以使故障得以徹底解決。

通訊模塊更換，數(shù)據(jù)傳輸正常后，仍應(yīng)現(xiàn)場查看各層體積含水量、相對濕度、重量含水率數(shù)值是否與網(wǎng)站（http://124.133.2.230/web/）同一時(shí)次的數(shù)據(jù)完全一致，如果完全一致則說明模塊更換成功，不一致則要檢查問題所在。

菏澤D8821站、D8806站模塊更換后數(shù)據(jù)上傳，但上傳數(shù)據(jù)與現(xiàn)場查看數(shù)據(jù)不一致，查找原因是在模塊設(shè)置時(shí)中心網(wǎng)站出現(xiàn)問題，重新設(shè)置后再次查看數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)與網(wǎng)站數(shù)據(jù)一致，說明模塊更換成功。

3 傳感器常見故障及排除

采用世界先進(jìn)技術(shù)的頻域反射（FDR）土壤濕度傳感器，精密、可靠、耐用，無放射性污染源。傳感器使用環(huán)保材料制成，全密封，可長期埋設(shè)在地下任意深度連續(xù)測量。

在傳感器出現(xiàn)的常見故障中，要結(jié)合土壤水分傳感器原理，正確分辨?zhèn)鞲衅鞴收吓c傳感器安裝不當(dāng)引起的土壤濕度變化[3]。如某層數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，現(xiàn)場查看時(shí)應(yīng)將該層所在通道插頭拔下，插入正常通道，查看數(shù)據(jù)是否正常，用以判斷該層所屬故障。

如菏澤D8809站20cm土壤相對濕度驟降驟升?，F(xiàn)場斷開電源，拔下20cm所在第二通道插頭，插入正常10cm或30cm傳感器插頭，顯示結(jié)果正常。把20cm傳感器插頭插入正常10cm通道，顯示結(jié)果不正常。由此可以判定20cm土壤水分傳感器安裝不當(dāng)或傳感器本身故障。檢查20cm傳感器連線與安裝情況，重新安裝，結(jié)果顯示仍不正常。更換傳感器，故障排除。

菏澤D8804站100cm體積含水量比上層80cm，60cm體積含水量持續(xù)明顯偏低?，F(xiàn)場斷掉電源，拔下100cm所在第八通道插頭，插入正常80cm或60cm傳感器插頭，顯示結(jié)果正常。把100cm傳感器插入正常80cm通道，顯示數(shù)據(jù)仍然偏低。初步判斷100cm傳感器有故障，遂挖開土層，查看100cm傳感器，發(fā)現(xiàn)100cm傳感器所安裝土層為沙土，與上層80、60cm傳感器安裝土層明顯不同。選擇與80cm傳感器安裝土層相近的土層重新安裝100cm傳感器，顯示結(jié)果正常。后經(jīng)檢查100cm傳感器無故障，不需要更換。

4 太陽能板高度設(shè)置注意事項(xiàng)

由于土壤水分自動(dòng)站安裝在野外，需安裝太陽能電池板供電，電池板安裝在桿體的上部。根據(jù)觀測場作物的不同，可選擇不同高度的桿體。桿體一般為1.4m和2.7m兩種[2]。安裝1.4m桿體的土壤水分自動(dòng)站如果觀測作物為玉米時(shí)，在玉米拔節(jié)期以后應(yīng)注意，玉米葉子不能遮擋太陽能電池板，遮擋后影響電池板對光線的采集。

菏澤D8821站，玉米生育后期遇到連陰雨天氣，電源電壓低于12V，通訊中斷，數(shù)據(jù)無法上傳。檢查各項(xiàng)指標(biāo)正常，初步判斷其原因是由于連續(xù)多日陰雨天氣造成的，白天太陽能電池板勉強(qiáng)能供電，但玉米枝葉擋住太陽能電池板，影響光線采集而無法為蓄電池充電，導(dǎo)致夜間電源電壓較低，無法正常工作。折斷太陽能電池板前玉米枝葉后，供電恢復(fù)正常。因此，如果圍欄內(nèi)種植的作物是玉米等高稈作物時(shí)，在太陽能電池板前應(yīng)盡量不要播種，或者將太陽能板換裝2.7m的桿體。

5 防鼠、防水注意事項(xiàng)

目前土壤水分自動(dòng)站使用的支撐數(shù)據(jù)采集箱桿體，其上、下部各有一個(gè)電源線出入線口，數(shù)據(jù)采集箱安裝在桿體的中部，太陽能電池板的電源線、傳感器的信號線、計(jì)算機(jī)的通訊線（固定臺站）均從下桿體底部的出線口穿出，然后接入數(shù)據(jù)采集器（圖略）。菏澤D8804站曾經(jīng)發(fā)生過田鼠通過桿體底部的出線口咬破桿體出線口處裸露的電源線現(xiàn)象，簡單的方法就是用薄鐵皮將入線口包裹密實(shí)。這也有防止田間積水過多進(jìn)入桿體內(nèi)的作用。

6 結(jié)語

實(shí)際工作中，土壤水分自動(dòng)站故障形式多種多樣，需要在日常維護(hù)維修中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)總結(jié)故障的排除方法并進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的交流分享。特殊情況下，硬件應(yīng)返廠維修，臺站技術(shù)人員平時(shí)應(yīng)與廠家技術(shù)人員多溝通，做到及時(shí)排除故障，提升數(shù)據(jù)傳輸率，進(jìn)一步提高工作質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 上海長望氣象科技有限公司.DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測儀使用手冊[S].上海：上海長望氣象科技有限公司，2009：1-67.

[2] 上海長望氣象科技有限公司.DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測儀安裝維修維護(hù)手冊[S].上海：上海長望氣象科技有限公司，2009：1-20.

[3] 張朝昌，杜衍君，張斌. DZN1野外式自動(dòng)土壤水分觀測儀常見故障分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（15）：7025-7027.

作者簡介：張翠英（1972─），女，山東菏澤人，本科，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象工作。

收稿日期：2014-06-30

中圖分類號：P415.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1005–0582（2015）01–0064–03