景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站故障分析及處理流程

俞景璞

摘 要：為提高區(qū)域自動(dòng)氣象站的氣象觀測(cè)質(zhì)量，結(jié)合2020年江西省景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站共107次維護(hù)維修工作，總結(jié)故障原因，完善處理流程。景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站型號(hào)駁雜，共有7種型號(hào)，分別來(lái)自3個(gè)廠家;大部分設(shè)備已使用超過(guò)10年，老化嚴(yán)重，給維修維護(hù)、備件采購(gòu)與備件管理等工作帶來(lái)了很大困難;另有25套自動(dòng)氣象站未落地，影響氣溫等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;主要有電量不足、通信卡欠費(fèi)、雨量異常、通信模塊死機(jī)和采集器故障5種故障情況。針對(duì)這種情況，可以從客戶識(shí)別模塊（Subscriber Identity Module，SIM）物聯(lián)卡的管理機(jī)制、改造供電系統(tǒng)、改善設(shè)備老化情況、建立調(diào)試平臺(tái)以及設(shè)定故障處理流程等途徑來(lái)進(jìn)行有效解決，從而提升氣象監(jiān)測(cè)質(zhì)量，為氣象防災(zāi)減災(zāi)工作提供更加準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動(dòng)氣象站;氣象服務(wù);故障;維修

中圖分類號(hào)：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）18-0135-04

Abstract： In order to improve the observation quality of regional automatic weather station， this paper summarizes the fault causes and puts forward the treatment process combined with the maintenance work of 107 Jingdezhen regional automatic weather station in 2020. The main conclusions are as follows： the models of Jingdezhen regional automatic weather station are diverse， including 3 manufacturers and 6 models， most of which have been used for more than 10 years， and are seriously aging， which seriously affects maintenance， spare parts procurement and spare parts management. The accuracy of 25 sets of landing temperature data is not affected. The failure causes mainly include battery power shortage， communication card arrears， abnormal rainfall， communication module crash and collector failure， which can be effectively solved from the management mechanism of SIM IOT card， transformation of power supply system， transformation of equipment aging， establishment of commissioning platform and setting of fault handling process， so as to improve the monitoring quality and provide accurate Timely data support.

Keywords： regional automatic weather station;meteorological services;fault;repair

景德鎮(zhèn)市位于江西省東北部，坐落于黃山、懷玉山余脈與鄱陽(yáng)湖平原過(guò)渡地帶，是江西省的暴雨中心之一，且強(qiáng)冷空氣、大雪、大風(fēng)以及冰雹等災(zāi)害性天氣時(shí)有發(fā)生。為了滿足防災(zāi)減災(zāi)的需求，景德鎮(zhèn)市氣象局在轄區(qū)內(nèi)設(shè)有區(qū)域自動(dòng)氣象站61個(gè)。區(qū)域自動(dòng)氣象站是國(guó)家氣象觀測(cè)站網(wǎng)的重要補(bǔ)充，多年來(lái)由于儀器、天氣、人為等因素，儀器故障或數(shù)據(jù)異常情況時(shí)有發(fā)生，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)質(zhì)量造成了較大的負(fù)面影響。特別是近3年來(lái)，數(shù)據(jù)傳輸率和數(shù)據(jù)可用性明顯偏低，已經(jīng)影響到景德鎮(zhèn)市防災(zāi)減災(zāi)工作的正常開(kāi)展。分析原因，采取相應(yīng)的解決措施，提高區(qū)域自動(dòng)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，是景德鎮(zhèn)氣象人當(dāng)前的重要工作。

對(duì)于區(qū)域自動(dòng)氣象站的維修、維護(hù)，國(guó)內(nèi)許多專家都進(jìn)行了研究。楊萬(wàn)忠等闡述了自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備故障分析及處理方法，總結(jié)了管護(hù)建議及日常維護(hù)流程[1]。田世芹等利用山東省123個(gè)國(guó)家級(jí)新型自動(dòng)氣象站2016年1—12月的故障記錄資料，對(duì)新型自動(dòng)氣象站常見(jiàn)故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[2]。沈玉亮詳細(xì)介紹了DZZ3型自動(dòng)氣象站的故障處理流程和方法以及設(shè)備的維護(hù)方法，并指出主采集器與地溫分采集器接地點(diǎn)之間存在電位差會(huì)導(dǎo)致氣象站地溫?cái)?shù)據(jù)異常的問(wèn)題[3-5]。夏元彩等匯總分析了綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)的維修記錄，簡(jiǎn)單介紹了DZZ4型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了系統(tǒng)及各個(gè)傳感器的日常維護(hù)工作和需要注意的事項(xiàng)，并針對(duì)采集器、電源、傳感器等方面出現(xiàn)的故障提出了相應(yīng)的解決方法[6]。以上研究都為自動(dòng)氣象站維修、維護(hù)工作提供了參考和依據(jù)。本文嘗試對(duì)景德鎮(zhèn)市區(qū)域氣象站的維護(hù)、維修過(guò)程進(jìn)行分析、總結(jié)，破解當(dāng)前的難題，提出解決方案，全面提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可用性、傳輸率和準(zhǔn)確率。

1 資料來(lái)源與研究方法

一是通過(guò)收集站點(diǎn)基本信息、全景照片、備件情況以及設(shè)備參數(shù)等，建立本轄區(qū)內(nèi)區(qū)域自動(dòng)氣象站信息檔案。二是對(duì)2020年景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站故障信息進(jìn)行分類收集，統(tǒng)計(jì)分析區(qū)域自動(dòng)氣象站故障特征，分析時(shí)間、環(huán)境、設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)自動(dòng)站故障產(chǎn)生的影響，建立完善的區(qū)域自動(dòng)氣象站故障判斷、修理、處理與維護(hù)的管理制度和工作流程。

2 景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站的現(xiàn)狀

2.1 類型駁雜

景德鎮(zhèn)市共有區(qū)域自動(dòng)氣象站61套，其中7套華云CAWS100，29套CAWS600-RT（RE），19套上海長(zhǎng)望DZZ3，2套江蘇無(wú)錫DZZ3，2套ZQZ-A，2套ZQZ-BH。區(qū)域站型號(hào)分類統(tǒng)計(jì)，如表1所示。表2為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站各種備件的制造廠家分布。從表2可以看到，景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站型號(hào)駁雜，共有來(lái)自3個(gè)不同廠家的7種型號(hào)，給維修維護(hù)、備件采購(gòu)、備件管理等方面造成了較大困難。

隨著區(qū)域自動(dòng)氣象站使用時(shí)間的增加，區(qū)域自動(dòng)氣象站型號(hào)駁雜的弊端凸顯，并逐步成為區(qū)域自動(dòng)氣象站維護(hù)維修、備件采購(gòu)、備件管理的一大頑癥。景德鎮(zhèn)市氣象局曾多次采取措施解決這一問(wèn)題，但收效甚微。

2.2 氣象自動(dòng)站老化情況嚴(yán)重

表3為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站的建設(shè)年份情況統(tǒng)計(jì)。2010年以前建成并投入使用的自動(dòng)氣象站共計(jì)30套，占全部站點(diǎn)數(shù)的49.18%;2010—2015年建成并投入使用的自動(dòng)氣象站共計(jì)20套，占全部站點(diǎn)數(shù)的32.79%;2015年以后建成并投入使用的自動(dòng)氣象站共計(jì)11套，占全部站點(diǎn)數(shù)的18.03%。

由表3可以看出，景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站大部分都建成使用超過(guò)10年，有的站點(diǎn)甚至已經(jīng)使用超過(guò)15年，數(shù)據(jù)采集器、傳感器、電子元件等部件存在嚴(yán)重的老化情況，對(duì)數(shù)據(jù)的采集傳輸和準(zhǔn)確性影響較大。

2.3 自動(dòng)站落地情況

圖1為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站的安裝地點(diǎn)（地面、樓頂）分布。從圖1可以看到，全市61套自動(dòng)氣象站中36套安裝在地面，其余25套安裝在樓頂。通過(guò)對(duì)比幾個(gè)距離較近、地理環(huán)境類似的站點(diǎn)在同一時(shí)間段（2020年內(nèi)）觀測(cè)到的氣溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，安裝在樓頂?shù)恼军c(diǎn)比安裝在地面的站點(diǎn)觀測(cè)的平均氣溫明顯偏高。如表4所示：位于樓頂?shù)暮商拎l(xiāng)自動(dòng)氣象站的年平均氣溫為18.9 ℃，較同一地點(diǎn)的地面站高出1.22 ℃;位于樓頂?shù)膮蚊舌l(xiāng)站較官莊村站平均氣溫高出1.77 ℃;山田水庫(kù)站位于溫差較小的湖面附近，但平均氣溫也高于月亮湖站0.32 ℃。

可見(jiàn)，過(guò)去為了安裝管理的方便，部分區(qū)域自動(dòng)氣象站直接安裝在了鄉(xiāng)鎮(zhèn)府大樓的樓頂，導(dǎo)致這些站點(diǎn)的氣溫觀測(cè)值明顯偏高，一定程度上影響了觀測(cè)質(zhì)量。所以，對(duì)這些自動(dòng)氣象站進(jìn)行落地改造，將會(huì)成為今后一段時(shí)間的工作重點(diǎn)。

3 景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站故障判斷與分析

2020年，景德鎮(zhèn)市鐵塔公司運(yùn)維人員全年共計(jì)完成107次對(duì)各個(gè)自動(dòng)氣象站的站點(diǎn)維護(hù)維修工作。圖2為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障原因統(tǒng)計(jì)，主要有供電不足、通信卡欠費(fèi)、雨量異常、通信模塊死機(jī)和采集器故障5種情況。

電源故障即電池缺電情況占故障總數(shù)的27%。電源系統(tǒng)由太陽(yáng)能板、蓄電池、充電控制器等部分構(gòu)成。目前，所有站點(diǎn)所用的太陽(yáng)能板供電功率均為18～36 W，而使用的電池都是鉛酸電池，電池容量為72 Wh（6 V、12 Ah）～900 Wh（12 V、75 Ah），因此充電時(shí)間一般需要6～25 h。長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣將導(dǎo)致設(shè)備供電不足，無(wú)法正常使用。

通信卡欠費(fèi)情況占故障總數(shù)的24%，主要是由于SIM物聯(lián)卡管理混亂而導(dǎo)致的。很多站點(diǎn)與SIM物聯(lián)卡信息不匹配，未能將正確的SIM物聯(lián)卡納入移動(dòng)紅名單，從而導(dǎo)致物聯(lián)卡欠費(fèi)，使得數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸。不能正常獲取站點(diǎn)所使用SIM物聯(lián)卡的資費(fèi)信息，也就無(wú)法向SIM物聯(lián)卡發(fā)送遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置指令，解決通信模塊參數(shù)跳變的情況。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)SIM物聯(lián)卡往往會(huì)發(fā)生自然損壞的情況，因此需要定期更換新的物聯(lián)卡來(lái)保持正常通信。

雨量異常的情況占故障總數(shù)的22%。雨量傳感器中的計(jì)數(shù)翻斗每積累0.1 mm的雨水會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)一次。翻斗中間的磁鐵劃過(guò)干簧管接點(diǎn)出現(xiàn)瞬間閉合，發(fā)射出一個(gè)電信號(hào)，計(jì)數(shù)為1。雨量異常分為雨量偏小和雨量偏大兩種情況。與周邊區(qū)域自動(dòng)氣象站比較，雨量偏小時(shí)，應(yīng)當(dāng)先檢查計(jì)數(shù)翻斗以上的部件是否有堵塞情況，再用萬(wàn)用表檢查干簧管是否損壞。如果有堵塞情況，及時(shí)進(jìn)行清理即可正常工作。如果是干簧管或連接線路出現(xiàn)斷路或短路，需及時(shí)維修或直接更換干簧管和傳感器延長(zhǎng)線。

通信模塊死機(jī)的情況占故障總數(shù)的20%。通信模塊主要由天線、通信模組和SIM卡組成。儀器、設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致該故障的發(fā)生頻率有上升趨勢(shì)。

采集器故障的情況占故障總數(shù)的7%，主要是區(qū)域自動(dòng)氣象站設(shè)置區(qū)域的自然環(huán)境惡劣導(dǎo)致的。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，日曬、雨淋等因素會(huì)導(dǎo)致設(shè)備線路老化、焊點(diǎn)脫錫、元件生銹等。此外，雷擊也會(huì)造成采集器故障。

4 景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站故障解決辦法

根據(jù)以上分析，在處理區(qū)域自動(dòng)氣象站的各種問(wèn)題與故障時(shí)，建議采用如下方式解決。

4.1 加強(qiáng)SIM物聯(lián)卡的管理

建立SIM物聯(lián)卡管理機(jī)制。一是更換現(xiàn)有的所有SIM卡;二是確保每個(gè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)一張SIM物聯(lián)卡;三是確保所有SIM物聯(lián)卡都開(kāi)啟必要的短信、網(wǎng)絡(luò)等功能;四是每年完成一次SIM物聯(lián)卡登記管理工作，向移動(dòng)公司提供正確的SIM物聯(lián)卡紅名單，保證所有在用的SIM卡都能夠正常使用;五是保證有2～3張備用的SIM物聯(lián)卡，在SIM物聯(lián)卡損壞時(shí)可以及時(shí)更換調(diào)試，便于維護(hù)工作的開(kāi)展。

4.2 改造供電系統(tǒng)

更換現(xiàn)有設(shè)備的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，采用功率更大的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。更換站點(diǎn)所使用的鉛酸電池，使用蓄電量更大、體積更小、壽命更長(zhǎng)的鋰電池。

4.3 改善設(shè)備老化情況

電子元件的老化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，建議在站點(diǎn)的原基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況，對(duì)采集器、裸露在外的電子元件、數(shù)據(jù)傳輸線等進(jìn)行更換。

4.4 加強(qiáng)備件管理

建立并完善區(qū)域自動(dòng)氣象站備件管理制度，建設(shè)備件倉(cāng)庫(kù)并安排專職人員進(jìn)行管理，做出詳細(xì)的月度、季度、年度備件管理報(bào)告，做到備件數(shù)量、型號(hào)明確，出入庫(kù)登記清晰。

4.5 建立調(diào)試平臺(tái)

建立市局區(qū)域自動(dòng)氣象站調(diào)試平臺(tái)，在平臺(tái)上先行調(diào)試好區(qū)域自動(dòng)氣象站設(shè)備。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，直接使用調(diào)試好的設(shè)備直接進(jìn)行替換，大大加快故障處理速度，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

4.6 加強(qiáng)維護(hù)、維修等工作的登記

現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)間短，若沒(méi)有做好對(duì)設(shè)備更換時(shí)間、具體故障原因、探測(cè)環(huán)境保護(hù)情況、出現(xiàn)故障的具體站點(diǎn)以及設(shè)備配件具體的使用運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)的記錄，后期會(huì)出現(xiàn)無(wú)法分辨的問(wèn)題。針對(duì)這種現(xiàn)象，可以利用互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類保存，以確保維護(hù)要素、信息的全面、準(zhǔn)確。

4.7 完善故障處理基本流程

4.7.1 監(jiān)控與報(bào)警。現(xiàn)有工作人員應(yīng)對(duì)全市站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，于每日09：00、15：00對(duì)所有站點(diǎn)情況進(jìn)行通報(bào)，并對(duì)故障報(bào)警信息進(jìn)行甄別，及時(shí)向維護(hù)維修人員提供詳細(xì)信息，便于維修人員快速對(duì)故障進(jìn)行排查、分析。

4.7.2 故障分析與排查。根據(jù)前期故障及維修記錄，可將故障分為3大類：①設(shè)備未上線;②設(shè)備已上線，但無(wú)數(shù)據(jù)上傳;③要素缺測(cè)或異常。針對(duì)設(shè)備未上線的情況，排查流程為：①SIM物聯(lián)卡是否欠費(fèi);②電池供電是否充足;③通信模塊是否死機(jī)或參數(shù)跳變等。針對(duì)設(shè)備已上線但無(wú)數(shù)據(jù)上傳的情況，排查流程為：①SIM物聯(lián)卡短信功能能否正常使用;②網(wǎng)絡(luò)功能是否開(kāi)啟;③采集器是否故障;④各傳感器數(shù)據(jù)是否正常傳輸給采集器等。針對(duì)要素缺測(cè)或異常的情況，需排查傳感器是否故障、傳感器的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是否正常等。

5 結(jié)論

結(jié)合2020年景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站點(diǎn)共107次維護(hù)維修工作，分析故障原因，總結(jié)處理流程，主要結(jié)論如下。

①景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動(dòng)氣象站型號(hào)駁雜，共有來(lái)自3個(gè)不同廠家的7種型號(hào)。設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，大部分都建成使用超過(guò)10年，對(duì)數(shù)據(jù)的采集傳輸和準(zhǔn)確性有很大影響。

②景德鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障主要有供電不足、通信卡欠費(fèi)、雨量異常、通信模塊死機(jī)和采集器故障5種情況。

③可以從加強(qiáng)SIM物聯(lián)卡的管理機(jī)制、改造供電系統(tǒng)、改善設(shè)備老化情況、建立調(diào)試平臺(tái)、完善故障基本處理流程等方面，解決區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障情況。

區(qū)域自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行時(shí)可以精密監(jiān)測(cè)到所在區(qū)域的氣象災(zāi)害發(fā)生情況，對(duì)保障人民的正常生活、生產(chǎn)起到了關(guān)鍵作用。對(duì)于運(yùn)維人員，要提升其業(yè)務(wù)素質(zhì)和技能水平，提高工作要求和責(zé)任意識(shí)，加強(qiáng)自動(dòng)氣象站巡檢力度，做好區(qū)域自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)與保障工作，才能確保氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，為防災(zāi)減災(zāi)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊萬(wàn)忠，周志鵬.自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備保障及維護(hù)技術(shù)研究[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2021（2）：174-175.

[2]田世芹，王峰.新型自動(dòng)氣象站常見(jiàn)故障統(tǒng)計(jì)分析與日常維護(hù)[J].廣東氣象，2018（3）：65-67.

[3]沈玉亮，方海濤，陸斌，等.DZZ3型自動(dòng)氣象站常見(jiàn)故障的處理方法[J].氣象水文海洋儀器，2018（2）：80-86.

[4]沈玉亮，張?jiān)獎(jiǎng)?，陸斌，?DZZ3型自動(dòng)氣象站一次地溫?cái)?shù)據(jù)異常的處理過(guò)程[J].成都信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（2）：149-154.

[5]沈玉亮，方海濤，陸斌，等.淺談DZZ3型自動(dòng)氣象站的設(shè)備維護(hù)[J].氣象水文海洋儀器，2018（1）：86-92.

[6]夏元彩，李峰，徐鳴一，等.自動(dòng)氣象站的故障維修與日常維護(hù)[J].氣象水文海洋儀器，2018（1）：93-96.