自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)故障分析

楊紅

中國(guó)民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院，河南 洛陽(yáng)，471001

0 引言

航空氣象觀測(cè)是民航氣象服務(wù)工作的重要組成部分，氣象服務(wù)對(duì)我國(guó)民航事業(yè)影響巨大，關(guān)系著民航事業(yè)安全，隨著人類(lèi)活動(dòng)的增加，對(duì)環(huán)境影響加劇，近年來(lái)復(fù)雜天氣的不斷涌現(xiàn)，我國(guó)邁入十四五發(fā)展時(shí)期，民航事業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，為保障飛行安全和航班正常，我國(guó)許多機(jī)場(chǎng)都安裝了自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)承接著向航空氣象用戶和空中交通管制用戶提供實(shí)時(shí)機(jī)場(chǎng)跑道、地面天氣狀況，輔助氣象人員準(zhǔn)確編發(fā)報(bào)和空中交通管制員做出正確決策的重要任務(wù)。

1 自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)原理

洛陽(yáng)安裝的是芬蘭VAISALA生產(chǎn)的MIDAS IV，于2004年投入使用。

1.1 設(shè)備的組成

MIDAS IV系統(tǒng)由外場(chǎng)設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備組成。外場(chǎng)設(shè)備是位于跑道附近特定測(cè)量點(diǎn)的氣象傳感器。洛陽(yáng)北郊機(jī)場(chǎng)只有一條跑道，MIDAS IV系統(tǒng)中配置的傳感器由WAA151風(fēng)速計(jì)、WAV151風(fēng)標(biāo)、PTB201A數(shù)字氣壓表、HMP45溫濕探頭、RG13H雨量計(jì)、FD12P現(xiàn)時(shí)天氣現(xiàn)象傳感器、FD12前散射能見(jiàn)度儀、LM11背景亮度計(jì)、CT25K云高儀、QL150燈光補(bǔ)償器組成。其中WAA151風(fēng)速計(jì)、WAV151風(fēng)向標(biāo)、PTB201A數(shù)字氣壓表、HMP45溫濕探頭、RG13H雨量計(jì)的氣象參數(shù)是通過(guò)航空氣象分系統(tǒng)AWSS301來(lái)測(cè)量計(jì)算的。本場(chǎng)配置的傳感器清單及安裝位置如表1所示。

表1 洛陽(yáng)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)配置的傳感器及安裝位置

外場(chǎng)設(shè)備測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)MODEM傳送到室內(nèi)單元，室內(nèi)設(shè)備包括中央數(shù)據(jù)處理單元CDU（洛陽(yáng)只有一個(gè)服務(wù)器，采用的是雙硬盤(pán)熱備份）、不間斷電源UPS、局域網(wǎng)LAN、維護(hù)工作站RCM、氣象顯示工作站W(wǎng)V、觀測(cè)員工作站（OWS）、AFTN接口、跑道燈光設(shè)置單元RSI50、調(diào)制解調(diào)器DMX55等設(shè)備組成。

2 自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用程序

MIDAS IV軟件包括兩組應(yīng)用程序：終端用戶應(yīng)用程序和系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)用程序。系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)用程序是用戶進(jìn)行系統(tǒng)故障排除的工具。MIDAS IV 的IP地址使用范圍從192.168.1.0到192.168.1.255，將IP地址分配給服務(wù)器和工作站，地址不沖突就可以了。

使用系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)用程序，用戶可以執(zhí)行日常的系統(tǒng)監(jiān)視任務(wù)，還可以在需要時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)。這些任務(wù)包括監(jiān)視系統(tǒng)事件信息（Event Monitor），查看系統(tǒng)狀態(tài)（Diagnostic Monitor），查看傳感器數(shù)據(jù)傳輸（Sensor IO Monitor），與外場(chǎng)傳感器通訊（Sensor Terminal）[1]。用戶還可以用METAR/SPECI管理器定義METAR/ SPECI模板使用哪些傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。MIDAS IV系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)用程序包括以下維護(hù)和監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序：事件監(jiān)視、故障監(jiān)視、傳感器終端、傳感器IO監(jiān)視和METAR/SPECI管理器。其中以下三項(xiàng)是維護(hù)設(shè)備人員平時(shí)維護(hù)時(shí)經(jīng)常用到的。

（1）事件監(jiān)測(cè)。事件監(jiān)測(cè)是用戶日常監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)的工具，事件監(jiān)控窗口如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)事件發(fā)生時(shí)，MIDAS IV產(chǎn)生事件信息。這些事件信息有不同的狀態(tài)和類(lèi)型，依照不同的事件狀態(tài)和類(lèi)型，用戶可以決定進(jìn)一步的行動(dòng)。要啟動(dòng)事件監(jiān)測(cè)，可點(diǎn)擊應(yīng)用程序工具欄中的圖標(biāo)，也可以從Windows資源管理器雙擊C:MIDAS IVROAALMON.EXE來(lái)啟動(dòng)事件監(jiān)測(cè)[2]。

圖1 事件監(jiān)控窗口

在該窗口中，用戶查看系統(tǒng)發(fā)出的信息。這些信息通知用戶系統(tǒng)事件，例如發(fā)出氣象報(bào)告和系統(tǒng)中的潛在問(wèn)題。這些信息有著不同的類(lèi)型和狀態(tài)。事件監(jiān)測(cè)狀態(tài)圖標(biāo)顏色解釋如表2所示。

表2 事件監(jiān)測(cè)狀態(tài)圖標(biāo)顏色解釋

事件監(jiān)測(cè)中事件類(lèi)型分為4種：內(nèi)部、技術(shù)、信息提示、操作。內(nèi)部和技術(shù)事件與系統(tǒng)功能有關(guān)。

不同情況下的事件類(lèi)型如表3所示，根據(jù)事件類(lèi)型，采取相應(yīng)的行動(dòng)解決問(wèn)題。應(yīng)使用故障排除工具，如故障監(jiān)測(cè)和傳感器終端[3]。

表3 不同情況下的事件類(lèi)型

（2）故障監(jiān)測(cè)。故障監(jiān)測(cè)（ROADIAG.EXE）應(yīng)用是監(jiān)測(cè)CDU狀態(tài)和內(nèi)部參數(shù)的工具。它還是檢查遠(yuǎn)程對(duì)象結(jié)構(gòu)ROA組件的工具。用戶可以點(diǎn)擊應(yīng)用程序工具欄中的按鈕啟動(dòng)故障監(jiān)測(cè)，還可以在資源管理器中雙擊C:MIDASIV/ROADIAG.EXE啟動(dòng)故障監(jiān)測(cè)。啟動(dòng)故障監(jiān)測(cè)后，用戶需要連接所使用的系統(tǒng)。在對(duì)象窗口中，用戶可以查看ROA對(duì)象的詳細(xì)資料。故障監(jiān)測(cè)圖如圖2所示。

圖2 故障監(jiān)測(cè)圖

故障監(jiān)測(cè)窗口里狀態(tài)項(xiàng)中的圖標(biāo)顏色給用戶一個(gè)大致情況指示。用戶查看狀態(tài)文字的組合以確定故障點(diǎn)。如果存在方式列狀態(tài)值為Unknow，表示有應(yīng)用程序運(yùn)行而未被授權(quán)。在此情況下，用戶應(yīng)該到相應(yīng)的工作站，停止未授權(quán)應(yīng)用程序的運(yùn)行。用戶可以通過(guò)IP地址查到該工作站。

（3）傳感器終端。傳感器終端（VTERMIN.EXE）應(yīng)用程序是一個(gè)通過(guò)與傳感器和外場(chǎng)設(shè)備連接，用戶可以監(jiān)視傳感器發(fā)送的信息，也可以向傳感器發(fā)出命令檢查設(shè)備狀態(tài)。當(dāng)事件監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)技術(shù)類(lèi)事件信息時(shí)，表示外場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題。在此情況下，用戶可以使用傳感器終端應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的原因。點(diǎn)擊應(yīng)用程序工具欄上的鈕可啟動(dòng)傳感器終端。也可以雙 擊C:/MIDASIV/VTERMIN.EXE啟動(dòng)該應(yīng)用。啟動(dòng)傳感器終端應(yīng)用程序時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的窗口。

圖3 傳感器終端：主窗口

連接出現(xiàn)問(wèn)題的傳感器，根據(jù)返回的參數(shù)信息可以判斷問(wèn)題。使用傳感器終端，用戶可以連接外場(chǎng)設(shè)備的串行口。MIDAS IV系統(tǒng)中可以有2條線連接到外場(chǎng)設(shè)備：數(shù)據(jù)線和維護(hù)線。傳感器可以直接連到CDU或通過(guò)自動(dòng)站接入。傳感器可以改為自動(dòng)發(fā)送和查詢模式[4]。

2 自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的常見(jiàn)故障

2.1 MCU111通信單元受雷擊

MCU111是自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)室內(nèi)外設(shè)備通信的核心單元，負(fù)責(zé)外場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)的采集，與室內(nèi)CDU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送到各個(gè)工作站。包含有多達(dá)16路的插槽，接線很細(xì)，經(jīng)常掉線，很容易受雷電影響故障。用維護(hù)終端配置超級(jí)終端（設(shè)置方法，打開(kāi)維護(hù)終端點(diǎn)擊程序→ 附件→通訊→超級(jí)終端 →文件→ 新建連接→文件名→ 選擇“直接連接到串口1”→選擇“通訊速率300、數(shù)據(jù)位7、偶校驗(yàn)E、停止位1、流量控制無(wú)”）。與MCU111相連，發(fā)現(xiàn)因雷擊使MCU111的參數(shù)均不對(duì)，重新設(shè)置參數(shù)后，系統(tǒng)恢復(fù)正常[5]。

2.2 CT25K顯示“Window Contamination”警告

這是CT25K窗口污染警告，需要清潔窗口。清潔窗口時(shí)，先用水沖洗以去除粗大的顆粒。在操作中，應(yīng)該將機(jī)殼門(mén)關(guān)閉。用溫和的洗滌劑潤(rùn)濕不起毛的布來(lái)清洗窗口，小心不要?jiǎng)潅翱诒砻妗?/p>

2.3 CT25K上DCT51的LED D4測(cè)量間隔時(shí)間比正常的15秒要短得多

自檢測(cè)在5分鐘內(nèi)未完成，設(shè)備不能完成補(bǔ)償調(diào)整。如果設(shè)備在室內(nèi)操作，使用光學(xué)端蓋（黑帽）。其他原因可能是窗口臟了或補(bǔ)償光纖破損。當(dāng)懷疑是補(bǔ)償纖維（CT25015）的問(wèn)題時(shí)，補(bǔ)償纖維是用光導(dǎo)纖維制成的。小心觸摸纖維，不要扭絞，不要將纖維的端部被油脂或灰塵污染。更換光導(dǎo)纖維時(shí)嚴(yán)格按技術(shù)手冊(cè)要求操作。

2.4 CT25K鼓風(fēng)機(jī)故障警告

檢查鼓風(fēng)機(jī)電線是否連好，檢查窗口調(diào)節(jié)電路閘盒F2是否開(kāi)啟（ON），用維護(hù)終端檢查CT25K的狀態(tài)信息，檢查線電壓是否存在并正確，檢查是否有可見(jiàn)物體堵塞鼓風(fēng)機(jī)，最后原因可以是鼓風(fēng)機(jī)受損，更換鼓風(fēng)機(jī)。維護(hù)終端設(shè)置方法如下。（1）維護(hù)終端的設(shè)置方法，打開(kāi)維護(hù)終端點(diǎn)擊程序→ 附件→通訊 → 超級(jí)終端→ 文件→ 新建連接→ 文件名→ 選擇“直接連接到串口1”→ 選擇“通訊速率2400、數(shù)據(jù)位7、偶校驗(yàn)E、停止位1、流量控制無(wú)”。（2）維護(hù)終端的連接， 先關(guān)掉CT25K云高儀電源，然后將終端電纜CT3840一端連接到云高儀的外部接頭J4上，另一端連接到維護(hù)終端所設(shè)置的串口1中，打開(kāi)CT25K電源開(kāi)關(guān)和維護(hù)終端電源開(kāi)關(guān)，即可進(jìn)行通訊和鍵入命令。用命令GET STATUS可獲得狀態(tài)信息。狀態(tài)信息顯示了整個(gè)設(shè)備的內(nèi)部控制情況，包括電壓的主要參數(shù)值、接收器和變送器、溫度、環(huán)境因素和內(nèi)部加熱。變量前的星號(hào)（*）表示變量超過(guò)了警戒值。

2.5 CT25K激光溫度高或低警告

引起CT25K激光溫度高或低報(bào)警分幾種情況：第一種可能是環(huán)境溫度太高，如果環(huán)境溫度超過(guò)60°C，先不要操作云高儀；第二種可能是環(huán)境溫度太低，如果環(huán)境溫度低于-50°C，加熱能力將不足，先不要操作云高儀；第三種情況是云高儀使用電池工作，如果云高儀使用電池操作，所有加熱功能都失效，設(shè)備只能在-10°C以上操作，連接線電源并等候。第四種是加熱失敗，需要檢查加熱電路所在的激光控制板CTT21，檢查DC轉(zhuǎn)換器，提供加熱電流。利用維護(hù)終端連接CT25K，檢查狀態(tài)參數(shù)信息。如果是激光控制器CTT21出現(xiàn)問(wèn)題，按技術(shù)手冊(cè)更換CTT21[6-7].

2.6 風(fēng)速08號(hào)一側(cè)顯示為靜風(fēng)或者08、26號(hào)風(fēng)速有明顯偏差

先檢查為風(fēng)向風(fēng)速儀提供供電的電纜是否有松動(dòng)、老化、開(kāi)裂現(xiàn)象；然后檢查自動(dòng)站內(nèi)的通信設(shè)備和線路；以上都正常，如果在冬季，溫度低，溫度大，尤其雨雪天氣，會(huì)造成風(fēng)向風(fēng)速儀的軸承凍結(jié)，會(huì)出現(xiàn)風(fēng)速不正常；另一種情況是風(fēng)向風(fēng)速儀長(zhǎng)期工作，造成軸承生銹，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，放風(fēng)桿更換軸承就可以了。

2.7 工作站沒(méi)有自動(dòng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)

檢查工作站電腦硬件和軟件均正常，檢查為工作站電腦無(wú)法登陸自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器讀取自觀數(shù)據(jù)。工作站電腦取消登陸域，改成登陸本機(jī)，在開(kāi)始菜單中點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)，查找192.168.1.10（服務(wù)器IP地址），打開(kāi)服務(wù)器文件/history，輸入用戶名（administrator）及密碼，并選擇總是使用此身份登陸，然后把文件名為c:midasIV tvise.exe放到開(kāi)始菜單的啟動(dòng)項(xiàng)里。原因是洛陽(yáng)是訓(xùn)練與航班同時(shí)保障的機(jī)場(chǎng)，工作站終端有7個(gè)，超過(guò)了終端容量。使用這個(gè)方法可以增加工作站終端。

2.8 CDU沒(méi)有數(shù)據(jù)顯示

作為自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的服務(wù)器，沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況有很多原因。作為維護(hù)人員，覺(jué)得比較典型的一次情況。查看服務(wù)器本身的系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件都正常，用電腦連接各外場(chǎng)傳感器，數(shù)據(jù)傳輸也正常，MCU111數(shù)據(jù)接收也顯示正常，IP地址也沒(méi)問(wèn)題，無(wú)意中碰了一下服務(wù)器與MCU111相連的數(shù)據(jù)線，發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)了。原因是數(shù)據(jù)線長(zhǎng)期工作老化，重新更換數(shù)據(jù)線，服務(wù)器恢復(fù)正常。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行十幾年，各設(shè)備和線路都存在老化現(xiàn)象，隨著運(yùn)行年限的增加，這種故障總是時(shí)有發(fā)生。

3 結(jié)論

洛陽(yáng)作為飛行訓(xùn)練和航班運(yùn)輸共用的機(jī)場(chǎng)，承擔(dān)著運(yùn)輸航班保障和飛行訓(xùn)練的雙重任務(wù)。洛陽(yáng)分院訓(xùn)練飛機(jī)小，飛行頻次多，密集度高，飛行的高度低，對(duì)天氣的依賴更高，自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)在天氣保障上起的作用更明顯。洛陽(yáng)的自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行已經(jīng)十幾年，存在線路老化，備件和軟件均淘汰，只能在網(wǎng)上找二手的，運(yùn)行性能較不穩(wěn)定，更加要求維修人員加強(qiáng)系統(tǒng)的日常維護(hù)和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而保障設(shè)備的運(yùn)行正常，更好地為飛行訓(xùn)練和航班保障提供精準(zhǔn)的氣象情報(bào)。