土壤水分站日常維護及常見故障分析

陳增境+李新慶+馬寧

摘要 在對多個臺站的自動土壤水分站運行中出現的問題進行分析歸納的基礎上，針對土壤水分站的自身結構特點并結合其測量原理，提出日常維護及故障排查處理的方法。

關鍵詞 土壤水分站；維護；故障分析；自動氣象站

中圖分類號 P401 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）23-0201-02

Abstract On the basis of analyzing and summarizing the problems in operation of automatic soil moisture station of several automatic weather stations，the methods of daily maintenance and troubleshooting were put forward according to the structure characteristics and measurement principle of soil moisture station.

Key words soil moisture station；maintenance；fault analysis；automatic weather station

土壤水分的觀測是農業氣象、生態環境的基礎性工作之一。經過幾年的不斷努力，全區土壤水分觀測工作初見成效，已初步建成自動化土壤水分觀測體系。其覆蓋范圍廣、采集與分析自動化，基于GPRS通信傳輸手段，將自動觀測數據上傳到分站的中心服務器上，對全區各地的土壤水分、墑情情況進行全面、動態、實時、精準的檢測，大幅提升了對自然條件變化的感知能力，為農業生產、水肥管理等提供了可靠數據，為實現高產穩產提供了技術支撐手段。然而，由于土壤水分觀測站多地處露天野外，其觀測設備一般也常年設在野外環境之中，經過長期風吹雨打，設備故障率較高，直接影響觀測數據的準確性，也易出現數據傳輸失敗等問題。根據最近1年左右的運行與維護經驗，本文對觀測設備在日常運行中出現的問題進行了總結，以期為觀測站正常運轉提供技術經驗，為觀測設備的日常維護提供指導。

1 日常維護

（1）在惡劣天氣過后務必進行設備巡檢。每當遇到強降雨、強雷暴或強風沙天氣，在天氣好轉之后務必進行觀測設備的巡檢，檢查設備基礎供電是否受影響，設備傳感器等元器件是否正常工作，與中心服務器的通信是否正常，數據是否能夠順利傳輸等。

（2）做好日常采集數據的核對，確保數據完整性。每天對前一天的采集數據進行完整性核查，如發現存在缺失現象，及時與維護人員溝通。

（3）每3個月將放置在安裝管中接口控制器處的干燥劑取出，用烘箱烘干并重新放置好。個別臺站如果特別潮濕，間隔時間應該縮短。

（4）保持太陽能電池板表面干燥清潔。在沙塵和鹽霧濃重的地區，需要根據情況定期將太陽能板表面灰塵清除。

（5）傳感器周邊土壤發生龜裂[1]。地表如有龜裂問題，則會影響傳感器的測量準確度。面對龜裂土壤的正確做法是保持傳感器保護蓋的下沿距離土壤表面2 cm左右，并將傳感器周邊20 cm范圍內帶有龜裂表層的土壤挖開，直至挖到沒有龜裂為止。然后，選用附近松散濕潤的土壤回填，回填后壓實并確保傳感器套管與土壤緊密接觸。同時，應當保持傳感器周圍土壤環境清潔，沒有雜物、雜草、沙石等障礙物，以免對土壤水分蒸發及滲透造成影響，進而造成測量數據的不準確。

（6）每年定期對電纜、采集器、傳感器等關鍵部件進行巡檢，對存在老化、故障的部件及時維修或更換。

（7）建立值班制度，對每日巡檢項目進行記錄、留存、歸檔，建立科學合理的日常維護機制，如在日常巡檢中發現異常問題，及時告知相關維護人員進行處理。

2 常見故障分析

2.1 采集器故障判別

（1）基礎供電檢查。首先查看指示燈是否正常，如果不亮則表示電源故障，應當及時查看充電控制器是否連接好，如排除接線松動問題，則考慮通過萬用表測量電源輸入電壓是否正常，如發現損壞及時修理或更換。

（2）數據采集程序運行情況檢查。首先查看運行指示燈是否閃爍，不閃爍則說明存在故障，這種情況通常是主板問題，可查看主板是否正常，如果存在異常則需要維修或更換。

（3）串口通訊檢查。可通過串口調測程序或者超級終端對采集器的串口通信進行檢查，檢查時鐘和日期是否正常，如果存在異常則說明串口通信存在問題。

（4）GPRS通訊檢查。首先檢查指示燈是否常亮，不常亮則說明存在異常，如異常可檢查SIM卡安裝是否正確，可通過插拔SIM方式嘗試恢復。同時，也要注意檢查SIM是否存在欠費等問題，也可通過將SIM卡安裝到手機中檢查信號強度，或通過發短信方式檢查SIM狀態是否正常，如有故障，則及時聯系運營商解決。

2.2 傳感器故障判別

（1）接線端子檢查。由于接線端子接觸不良導致的傳感器故障比較常見，在發現傳感器故障時，可首先檢查傳感器和主機板相連的排線插針是否插緊，檢查是否存在松動或脫落問題。

（2）傳感器外觀檢查。在徹底斷電的情況下，檢查傳感器電路板外觀是否存在連接線脫落問題，檢查處理板、連接排線等是否有脫落問題，檢查RS485接口等是否存在接觸不良情況等。

（3）軟件調試。若傳感器出現故障，其監測見過將出現較大偏差，在發現某個層次的水分值異常偏高或過低，將傳感器連接至筆記本，應用標定軟件現場測試該層的傳感器頻率值。傳感器在空氣中頻率值范圍為（36 000±3 000）Hz，如不在此范圍內，則說明該層傳感器異常，應及時維修或更換。

3 案列分析

3.1 傳感器周圍異物影響數據觀測

傳感器周圍土壤中的石塊、鐵塊等異物同樣會對監測數據帶來影響，通常會使觀測結果偏小[2]。因此，發現某些層次監測數據異常偏小，在排除傳感器自身故障時，應當考慮傳感器所在土層是否存在異物，需要挖開查看，但該方法要謹慎操作，因為一旦挖開，傳感器便需要重新安裝調測。

3.2 凍土造成數據異常偏低

寧夏區大部分臺站到了冬季會發現各層的數據逐步降低，這種情況并非傳感器出現故障，而是由于凍土影響造成的[3]。由于FDR（frequency domain reflectometer，頻域反射）型傳感器是通過測量土壤的介電常數來反演土壤水分，由于水的介電常數遠遠大于冰晶，當土壤中水分凍結時，會造成測量結果偏小。因此，冬季出現凍土時測量結果偏小屬于正常現象。此時測量的并非真實的土壤水分，數據不能用于干旱監測業務服務，但可用于粗略估計凍土深度。

3.3 供電系統故障造成數據缺失

正常情況下，電源控制器左邊指示燈顯示太陽能板供電情況，顯示綠色為正常狀態；左邊指示燈顯示蓄電池電壓情況，顯示綠色為正常狀態；右邊指示燈顯示電路板供電情況，為橙色時為正常狀態。如果指示燈顏色異常時，應當及時查看供電線路、蓄電池工作情況，及時進行故障排查及解決。

4 結語

當自動土壤水分站出現故障時，很多情況下是由于設備運行時間過長、程序運行不穩定導致的，可以通過重啟設備或更換電池方式進行快速解決，有些故障則需要專業技術人員到現場排查解決。但不管屬于何種情況，都應當根據故障排查流程合理高效地進行排查解決。

5 參考文獻

[1] 中國氣象局綜合觀測司.自動土壤水分觀測規范[S].北京：中國氣象局綜合觀測司，2010.

[2] 朱保關，周清.DZN自動土壤水分站及其維護與維修[J].氣象水文海洋儀器，2011（1）：124-128.

[3] 荀麗波，杜海香.自動土壤水分觀測站及其常見故障診斷[J].現代化農業，2011（6）：44-46.