自動氣象站天氣現(xiàn)象智能觀測儀故障分析及維護(hù)

嚴(yán)忠國，姚 楊，黃高平，張仕清

（1.石臺縣氣象局，安徽 池州 245100；2.東至縣氣象局，安徽 池州 247200；3.池州市氣象局，安徽 池州 247000）

1 研究背景

自動氣象站天氣現(xiàn)象智能觀測儀是一款通過不同角度的多個(gè)攝像機(jī)采集圖像和視頻數(shù)據(jù)，利用圖像識別、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)[1]，實(shí)現(xiàn)對天氣現(xiàn)象自動識別和觀測的專業(yè)氣象儀器。它充分考慮現(xiàn)有國家級地面氣象觀測站和區(qū)域氣象觀測站的特點(diǎn)情況，無縫接入視頻圖像天氣現(xiàn)象儀，充分?jǐn)U展了對低云量、電線積冰、云高、視覺障礙現(xiàn)象（輕霧、霧、霾、浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴）等其他要素自動觀測能力。它的運(yùn)用對于目前尚未實(shí)現(xiàn)器測的天氣現(xiàn)象（或氣象要素）觀測項(xiàng)目，進(jìn)一步推進(jìn)氣象觀測自動化，有效提高觀測數(shù)據(jù)的頻率和質(zhì)量[2]，減輕臺站業(yè)務(wù)人員勞動強(qiáng)度有著積極的意義。

2 天氣現(xiàn)象視頻智能觀測儀的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

現(xiàn)階段，全國大部分氣象臺站配備了HY-WP1A天氣現(xiàn)象智能觀測儀，該儀器整體結(jié)構(gòu)由圖像采集、圖像處理、通信、供電4個(gè)單元及附件（防雷單元、自潔儀、安裝預(yù)埋件以及輔助觀測目標(biāo)物等）組成。圖像采集由魚眼攝像機(jī)垂直拍攝天空方向，觀測總云量和云狀；長焦高清攝像機(jī)拍攝地面上的蒸發(fā)皿、地面植物目標(biāo)物（草地），負(fù)責(zé)觀測結(jié)冰、霜、露、積雪；短焦高清攝像機(jī)對準(zhǔn)電纜和雪尺，負(fù)責(zé)觀測雨凇、霧凇和積雪深度。由圖像采集單元采集的圖片和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)圖像處理單元的質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)處理，記錄和存儲后，由通信單元采用RS-232串口通信和光纖通信方式完成數(shù)據(jù)發(fā)送、接收以及通訊方式轉(zhuǎn)換，識別結(jié)果通過RS-232串口通信線經(jīng)過綜合集成硬件控制器與ISOS軟件連接，視頻和圖片數(shù)據(jù)采用光纖通信傳輸?shù)绞覂?nèi)通信終端，再通過業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)上傳至省級或國家級氣象信息中心。

3 常見故障及處理方法

天氣現(xiàn)象智能觀測儀常見故障有硬件和軟件原因，主要表現(xiàn)在供電故障、網(wǎng)絡(luò)故障、設(shè)備故障和軟件版本等方面。

3.1 硬件故障及處理方法

3.1.1 供電故障

因供電不正常造成的無圖像時(shí)，可用萬用表測試攝像頭的供電是否正常。魚眼攝像機(jī)和長焦攝像機(jī)的供電電壓都為24 V，短焦攝像機(jī)的供電電壓為12 V，如果沒有電壓或時(shí)有時(shí)無，檢查保險(xiǎn)管、線路連接是否有接觸不良和松動的情況，如正常再檢查供電模塊和市電是否正常。

魚眼攝像機(jī)（其他攝像機(jī)檢查方式類似）直連時(shí)無法從網(wǎng)頁登錄時(shí)，需要從以下方面進(jìn)行檢查：首先查看魚眼攝像機(jī)機(jī)箱內(nèi)接線排下端供電是否滿足24 V供電要求，若下端未有供電或電流微弱則檢查左側(cè)保險(xiǎn)座內(nèi)保險(xiǎn)絲有無跳閘情況，有跳閘情況不可急于更換保險(xiǎn)（10 A），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（若鏈接處存在短路顯現(xiàn)可先用防水絕緣膠帶纏繞），線路無短路斷路情況下進(jìn)行更換對應(yīng)10A保險(xiǎn)；其次檢查魚眼攝像機(jī)線纜連接情況，確保連接在DC24V雙芯插口上；最后查看魚眼攝像機(jī)網(wǎng)線是否正常及卡死，可以更換網(wǎng)線進(jìn)行嘗試。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)故障

網(wǎng)絡(luò)故障常見的是問題攝像機(jī)的IP地址與內(nèi)網(wǎng)中其他設(shè)備IP沖突，造成圖像時(shí)有時(shí)無或者攝像機(jī)不連續(xù)采集圖片或視頻。此時(shí)，通過查看圖像采集日志，圖像采集報(bào)錯(cuò)誤代碼為28。解決辦法：修改問題攝像機(jī)IP地址為空閑IP即可。另外，魚眼攝像機(jī)網(wǎng)線質(zhì)量原因也可能造成的無圖像，可以更換網(wǎng)線進(jìn)行嘗試；而如果是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置不合理原因造成的故障，需重新配置攝像機(jī)的協(xié)議、碼流、密碼，將攝相機(jī)的IP重新設(shè)置成同一網(wǎng)段。

3.1.3 設(shè)備故障

通過網(wǎng)頁無法訪問到主控與攝像機(jī)時(shí)，可能原因是供電問題或者室內(nèi)交換機(jī)壞。解決方法：查看室內(nèi)交換機(jī)指示燈狀態(tài)，若供電正常的情況下，交換機(jī)上所有指示燈都不亮，則嘗試斷電重啟一下交換機(jī)，若仍無法正常訪問主控與攝像機(jī)，再看一下接到室內(nèi)交換機(jī)的光纖頭是否能看到紅色光點(diǎn)，若2個(gè)光纖接頭一個(gè)有光點(diǎn)常亮，一個(gè)沒有光，則可確認(rèn)天臉室外設(shè)備部分信號傳輸正常，此時(shí)需要聯(lián)系廠家，更換室內(nèi)交換機(jī)。

3.2 軟件故障及處理方法

3.2.1 數(shù)據(jù)采集成功率低及處理方法

天臉數(shù)據(jù)采集成功率低，故障可能是由于ISOS軟件與天臉主控的時(shí)間不一致引起的。因此，可以通過嘗試將天臉主控的時(shí)間改為與ISOS軟件時(shí)間一致來解決（注意：是以ISOS軟件時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)）。解決方法：使用業(yè)務(wù)電腦上的瀏覽器訪問主控頁面。選擇“參數(shù)設(shè)置”，檢查手動校時(shí)后面的時(shí)間是否正確，若正確則點(diǎn)擊后面的設(shè)置按鈕。顯示同步成功，則校時(shí)完畢，此時(shí)返回ISOS觀察數(shù)據(jù)采集成功率是否正常。

主控頁面中，查看到天臉視頻或圖像采集成功率不是100%；天臉只有視頻采集無圖像采集或只有圖像采集無視頻采集。問題原因通常是修改攝像機(jī)密碼后主控與攝像機(jī)之間未成功建立連接導(dǎo)致的。

解決方法：第一步，通過瀏覽器訪問攝像機(jī)的IP地址，管理員登錄，進(jìn)入攝像機(jī)頁面后，選擇配置—網(wǎng)絡(luò)—高級配置—集成協(xié)議，檢查啟動ONVIF協(xié)議前面是否勾選，正常為勾選狀態(tài)。選中管理員賬戶點(diǎn)擊刪除按鈕刪除管理員賬戶，然后點(diǎn)擊添加按鈕重新添加管理員賬戶，用戶名密碼和原來保持一致，用戶類型選擇管理員。點(diǎn)擊確定，最后點(diǎn)擊保存按鈕（3個(gè)攝像機(jī)均需按照上述步驟重新設(shè)置）。第二步，訪問主控制器，在瀏覽器中輸入主控制器IP地址（輸入的字符必須全為半角字符）。“用戶類型”選擇管理員賬戶，輸入密碼，登錄。點(diǎn)擊設(shè)備管理，此時(shí)能看到3個(gè)攝像機(jī)，點(diǎn)擊攝像機(jī)的編輯圖標(biāo)，檢查參數(shù)和攝像機(jī)中設(shè)置的參數(shù)是否一致，若一致點(diǎn)擊確定按鈕，不一致則修改后點(diǎn)擊確定按鈕（設(shè)備管理下的3個(gè)攝像機(jī)設(shè)備均需做上述操作）。最后去觀測場主控機(jī)箱關(guān)閉空氣開關(guān)5～10 s，重新上電。

天臉魚眼攝像機(jī)圖像異?；驘o法正常采集視頻。圖像顯示異常多數(shù)是因?yàn)榘惭b方式和顯示方式選擇不正確或視頻編碼選擇錯(cuò)誤導(dǎo)致的。魚眼攝像機(jī)鏡頭安裝方式應(yīng)選擇桌面，顯示方式應(yīng)選擇魚眼。

解決方法：首先，瀏覽器訪問出現(xiàn)異?，F(xiàn)象攝像機(jī)頁面，輸入用戶名密碼登錄。點(diǎn)擊配置—視音頻—視頻，設(shè)置中要注意視頻編碼只能選擇H.264，目前視頻編碼不支持H.265，若選錯(cuò)則視頻不能正常采集。其次，現(xiàn)場調(diào)試電腦的IE瀏覽器中插件需要安裝，在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中打開網(wǎng)頁，網(wǎng)頁下端彈出黃色插件進(jìn)行安裝。安裝完成后重啟瀏覽器輸入魚眼攝像機(jī)查看圖片顯示。

3.2.2 數(shù)據(jù)不采集及處理方法

天臉數(shù)據(jù)不采集的原因可能是主控內(nèi)存滿了或者是觀測項(xiàng)選擇有誤導(dǎo)致的。

解決方法：首先使用一鍵清除功能，然后檢查參數(shù)設(shè)置—主控參數(shù)設(shè)置—圖像/視頻采集頻率，需要將圖像采集頻率設(shè)為1（min），視頻采集頻率設(shè)為10（min）。其次如果發(fā)送READDATA有返回值，有可能是觀測項(xiàng)選擇有誤導(dǎo)致的。這時(shí)需要通過主控網(wǎng)頁—設(shè)備管理菜單下查看3個(gè)攝像機(jī)的觀測項(xiàng)，查看是否有少勾選或者重復(fù)勾選的項(xiàng)目。如魚眼攝像頭名稱為“云狀云量”，觀測項(xiàng)選擇類型中只能勾選“云狀”“云量”，不能勾選其他觀測項(xiàng)。其他2個(gè)攝像機(jī)的觀測項(xiàng)選擇操作類似。

3.2.3 判識結(jié)果異常及處理方法

ISOS軟件中天臉判識結(jié)果缺失。解決方法：瀏覽器訪問主控頁面，輸入用戶名密碼登錄，選擇數(shù)據(jù)查詢，選擇想要導(dǎo)出數(shù)據(jù)的時(shí)間，點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕，點(diǎn)擊確定，此時(shí)會彈出存儲路徑，選擇存儲路徑后下載即可（一次只能導(dǎo)出一天的數(shù)據(jù)，若需多天數(shù)據(jù)則需重復(fù)上述操作）。導(dǎo)出文件如何進(jìn)行上傳需聯(lián)系ISOS相關(guān)開發(fā)人員。

攝像機(jī)能正常采集圖片和視頻，但識別不了天氣狀況。解決方法：首先檢查攝像機(jī)鏡頭上是否有污染物附著或遮擋，若為冰堆積，需查看攝像機(jī)系統(tǒng)—系統(tǒng)配置—加熱是否共勾選。若為其他泥點(diǎn)的污染物附著，則需要用無紡棉酒精清理。其次查看主控時(shí)間是否與觀測平臺電腦時(shí)間有延遲，若有延遲則需要在觀測平臺給主控制器手動校時(shí)，同步到電腦時(shí)間。最后查看主控是否為最新版本。

云狀識別結(jié)果為紅色。解決方法：用管理員賬戶和密碼登錄主控，在“設(shè)備管理”—“云狀云量”中，點(diǎn)編輯符號，進(jìn)入編輯頁面后勾選“云高”“云量”“云狀”。

雪深、電線結(jié)冰數(shù)值偏差量較大。問題可能是由于輔助觀測目標(biāo)物設(shè)置不規(guī)范、攝像機(jī)對焦不準(zhǔn)確等原因造成的。解決方法：首先查看雪深標(biāo)尺是否正對短焦攝像機(jī)，且周邊沒有藍(lán)、紅、黃及不屬于天氣現(xiàn)象觀測的白色；其次雪深尺是否垂直與地面，且零度刻度線在土面以上；然后電線結(jié)冰電纜近處有無遮擋，或后側(cè)有無立面情況；最后是調(diào)整攝像機(jī)角度與網(wǎng)頁內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確對焦。

判識結(jié)果錯(cuò)誤。未及時(shí)升級最新版本可能導(dǎo)致判識結(jié)果錯(cuò)誤以及觀測成功率偏低，如實(shí)際未下雪（雪尺等參照物正常），ISOS軟件中出現(xiàn)雪深記錄，這是主控程序問題。解決方法：目前主控程序AI識別部分還在匯總調(diào)整，算法正在升級迭代，因此，應(yīng)及時(shí)從華云升達(dá)的官方網(wǎng)站下載設(shè)備程序最新版本。

4 日常維護(hù)

為保證天氣現(xiàn)象智能觀測儀長期可靠運(yùn)行，做好儀器日常維護(hù)工作尤為重要，具體維護(hù)工作如下。

4.1 加強(qiáng)儀器巡視

每周檢查攝像機(jī)鏡頭的遮擋和污染情況，若有遮擋或污染應(yīng)及時(shí)清理，清理應(yīng)在日出前或日落后進(jìn)行。清潔攝像機(jī)鏡頭時(shí)，護(hù)罩式鏡頭可用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉沾無水乙醇直接擦試鏡頭玻璃，魚眼鏡頭可先用清水沖洗表面浮塵與沙粒，再用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉沾無水乙醇擦試鏡頭，注意不要?jiǎng)潅ＡП砻?，如果窗口加熱功能良好，其表面將很快變干，勿用其他物品清潔?？筛鶕?jù)設(shè)備附近環(huán)境的情況，延長或縮短維護(hù)的時(shí)間間隔（遇沙塵、降雪等影響觀測時(shí)，應(yīng)及時(shí)清潔）。

4.2 保證可靠供電

每月檢查供電設(shè)施，保證供電安全。

4.3 定期檢查校準(zhǔn)

每月定期檢查攝像機(jī)的水平、方位和傾角，檢查立柱是否穩(wěn)固，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正。檢查地面集中觀測區(qū)自然下墊面及露、霜目標(biāo)物草地狀況，保持平整。檢查輔助觀測目標(biāo)物設(shè)置是否規(guī)范，專用雪尺應(yīng)保持豎直，刻度零線與地面集中觀測區(qū)自然下墊面齊平；結(jié)冰容器應(yīng)盡可能使用代表當(dāng)?shù)刈匀凰w的水，器內(nèi)水量不足時(shí)需及時(shí)添加。

4.4 開展防雷檢測

每年春季應(yīng)對防雷設(shè)施、設(shè)備接地狀況進(jìn)行一次全面檢查，復(fù)測接地電阻值，使其符合氣象設(shè)施防雷技術(shù)要求，避免直擊雷或感應(yīng)雷損壞儀器設(shè)備。

5 結(jié)語

目前，天氣現(xiàn)象視頻智能觀測儀業(yè)務(wù)尚處在試運(yùn)行階段，業(yè)務(wù)人員對新設(shè)備尚處于了解和熟悉階段，新設(shè)備在日常運(yùn)行過程中難免會出現(xiàn)一些故障和不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此，業(yè)務(wù)人員有必要了解儀器的工作原理，在實(shí)際工作中快速分析軟硬件故障原因，并能夠找到解決問題的辦法，進(jìn)行簡單的維修和日常維護(hù)，確保視頻智能觀測儀正常運(yùn)行，有效提高天氣現(xiàn)象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。