上海地區DZZ4新型自動站日常維護及故障解決分析

徐建華

(上海市氣象局，上海 200030)

0 引言

氣象觀測是氣象工作的基礎，地面氣象觀測是氣象觀測的重要組成部分，可以為天氣預報、氣候分析、科學研究和氣象服務提供重要信息。從上世紀90年代開始，我國開展地面氣象觀測自動化，2020年4月開始，全國地面氣象觀測自動化正式業務運行。這意味著，我國各氣象臺站的人工定時觀測和日常守班等觀測任務取消，地面氣象觀測實現全面自動化。相比人工觀測，自動化氣象觀測的觀測能力明顯增強，觀測頻次較人工觀測提高4～8倍。

上海自2014年開始使用DZZ4新型自動氣象站，目前，地面綜合觀測站在軟件、硬件結構、數據處理以及存儲方面均有了極大的進步，氣象觀測人員的勞動強度明顯降低，氣象觀測質量顯著提升，增強了氣象要素的觀測能力，提高了對災害性天氣觀測的準確率水平。但是，由于技術人員操作局限以及其他因素的影響，DZZ4新型自動氣象站在運行過程中往往會出現各種各樣的問題，影響了氣象觀測工作的順利開展。本文總結了DZZ4新型自動站應用以來的維護和故障解決經驗，給出相應的分析意見，提供給氣象觀測工作人員參考，以便及時發現故障并采取有效的解決措施。

表1 上海國家氣象觀測站自動觀測站型號示意表

1 DZZ4新型自動氣象站主要構成

1.1 結構設計

DZZ4新型自動氣象站是由江蘇無線電科學研究所以多年的自動站專業設計經驗為基礎生產的，實現實時遠程監控，具有較高的準確性、可靠性等特點，易于維護與擴展。DZZ4新型自動氣象站擴展了業務軟件運行監控功能，在數據采集、分析、儲存、編發報、傳輸等方面均比傳統氣象站有明顯進步[1]。

1.2 硬件組成

DZZ4自動氣象站由硬件及軟件兩部分組成。硬件由氣象傳感器、數據采集器、外圍設備(電源、通信設備等)組成。軟件主要實現觀測數據的采集、監控管理及數據應用等功能。DZZ4型自動氣象站系統結構詳見圖1。

圖1 DZZ4型自動氣象站系統結構

采集器主要由若干個分采集器及1個主采集器組成，并使用CAN總線將各個采集器之間進行相互連接。主采集器主要用于采集氣壓、雨量、風向風速、蒸發量及降水等要素；而分采集器主要用于采集地溫、溫濕度及輻射值等要素。

傳感器主要有智能傳感器、數字傳感器與模擬傳感器等幾大類。智能傳感器主要包括溫濕度傳感器、能見度傳感器、稱重式降水傳感器、氣壓傳感器等。數字傳感器包括風向風速傳感器、翻斗式雨量計。模擬傳感器主要包括高精度氣溫傳感器、地溫傳感器、蒸發傳感器與濕度傳感器等。

外圍設備主要有計算機、電源、外存儲器與通信接口等。

1.3 優勢分析

1.3.1 采集器優勢

DZZ4新型自動站運用的是新一代數據采集器WUSH-BH，WUSH-BH數據采集器作為新型自動氣象站的核心，主要是在嵌入式LINUX實時多任務操作系統以及ARM9平臺上設計。主采集器的主要優勢是能夠采集本身與分采集器上連接的各類傳感器的氣象要素數據，依據一定的規范進行傳輸、存儲和處理。具備高準確性、易維護以及易擴展等優點，支持運行狀態監控，具備較強的存儲能力以及自動校時功能，通信傳輸功能更強。

1.3.2 傳感器優勢

DZZ4新型自動氣象站的溫濕度智能傳感器為WUSH-BTH，是一種能夠對溫度、濕度進行檢測的智能化傳感器，具備自檢、自校以及運行狀態監測等功能。氣壓傳感器型號為DYC1，具備較高的準確性、可靠性、穩定性、免維護等特征。風向、風速傳感器的型號為ZQZ-TF型，傳感器的風杯主要由特種工程塑料注塑成型，該類傳感器大幅增強了抗風性以及觀測的精度。雨量計為SL3-1雙翻斗雨量傳感器，主要涵蓋集水器、翻斗、干簧管以及調節螺釘等部分。地溫傳感器主要采取ZQZ-TW1高精度的鉑電阻傳感器，具備較強的穩定性、良好的可互換性等特征，能夠應用于土壤亦或不同下墊面的地溫的測量工作。

2 DZZ4型新型自動站日常維護

2.1 電源維護

為了使太陽能電池板更好地為蓄電池充電，須定期擦拭其表面灰層、鳥糞等異雜物。電池的更換周期一般為2年，到期需更換電池。

2.2 采集器維護

定期檢查采集器與傳感器、計算機等設備的連接情況，主要檢查連接處是否松動。定期清理采集器上的灰塵。

2.3 傳感器維護

風向風速傳感器維護需定期校準風向標，以確保位于正北方向。定期清洗風向風速傳感器的滾動軸承。

溫濕度傳感器需定期清理百葉箱。

雨量傳感器維護需每月至少定期檢查一次，清除過濾網上的塵沙、小蟲等，以免堵塞承水口漏斗。翻斗內壁禁止用手或其它物體抹試，以免沾上油污。定期檢查器身是否穩定、器口是否水平，發現不符合規范要求時，應及時糾正。定期檢查翻斗翻轉的靈活性。

3 DZZ4型新型自動站故障解決

3.1 電源故障解決

DZZ4新型自動氣象站基本采用標稱的12V蓄電池供電，太陽能電池板為蓄電池充電。太陽能電池板發生供電故障的主要原因有：①夏天太陽能電池板被高大樹木遮擋(主要為內環內市區公園自動站此類情況較嚴重)，影響陽光直接照射到太陽能電池板上，降低了太陽能的利用效能，致使蓄電池充電不足，(尤其是后半夜)無法正常供電。須清除長高的樹枝。②蓄電池陳舊、未及時更換，導致性能下降或損壞而充不進電，晚上蓄電池不起作用。須更換新的蓄電池。③連續下雨，太陽能板停止工作，須更換新的蓄電池。④蓄電池電壓太低，致使充電控制器自保護關斷負載，蓄電池充足電后故障會自行解除。

3.2 通信故障解決

數據收不到，數據傳輸模塊指示燈顯示工作狀態不正常的可能原因：①無線信號弱，主要表現為東部和東南沿江沿海地區(浦東、奉賢、金山)中國電信故障頻率高，北部、西部(嘉定、青浦)中國移動故障頻率高。②4G模塊安2G卡，主要是自動站安裝時間長遠，未及時更換4G卡造成。更換升級4G卡就可以。③SIM卡損壞。④SIM卡欠費，通過手機上網方式檢查SIM卡是否可以上網，確定SIM卡是否欠費。⑤模塊質量問題，重新更換模塊。⑥數據傳輸模塊配置有誤，通過數據傳輸模塊設置電纜，現場查看數據傳輸模塊的配置。

3.3 采集器故障解決

DZZ4新型自動氣象站在運行過程中，采集單元時常會出現一些問題，主要表現為數據無法正常卸載到計算機內，監控軟件異常、整點觀測信息缺失，溫度、濕度、風向風速、雨量、氣壓以及地面溫度等氣象要素發生缺測或者亂碼現象[2]。通常情況下，故障的原因可能是連接出現問題或者采集單元、采集器主板、控制面板的損害(雷電)和電磁干擾影響數據的正常采集等。

解決步驟：先檢查采集器及各個傳感器的連接狀況，判斷其是否正常。再對采集通信軟件參數的設置情況進行檢查，通過手工方式卸載數據，并對采集器進行復位。若采集器指示燈閃爍間隔異常，而此時的交流輸入燈和直流輸出燈均正常，則可能是采集器通道出現問題，檢修或更換主采集器。

3.4 傳感器故障解決

3.4.1 雨量傳感器故障解決

出現降雨而雨量傳感器中無降水數據顯示時，原因可能是：①雨量傳感器電纜與數據采集器連接不正確。②通道參數配置禁用該傳感器，需重新配置。③如果不是以上兩種原因，則有可能是雜物堵塞雨量傳感器的翻斗及漏斗。④若上述均正常，可能數據采集器或雨量傳感器故障。解決方法：①正確連接雨量傳感器與數據采集器。②重新設置數據采集器配置，不禁用該傳感器。③依據操作規范對傳感器的翻斗與漏斗進行清理與維護。④更換雨量傳感器或數據采集器。

3.4.2 風向風速傳感器故障解決

風速傳感器缺測，可能原因有：①風電纜與數據采集器連接不正確。②數據采集器配置禁用該傳感器。③風速傳感器電纜損壞。④若上述均正常，可能數據采集器或風速傳感器故障。解決方法：①正確連接風電纜與數據采集器。②正確配置數據采集器。③修復風傳感器電纜。④更換數據采集器或風速傳感器。

風速數據偏小，可能原因有：①數據采集器配置不正確。②若上述正常，可能數據采集器或風速傳感器故障。解決方法：①重新配置數據采集器風速傳感器系數。②更換數據采集器或風速傳感器。

風向數據缺測，可能原因有：①數據采集器配置禁用該傳感器。②風傳感器電纜損壞。③若上述均正常，可能數據采集器或風向傳感器故障。解決方法：①重新配置數據采集器。②更換數據采集器或風向傳感器。

3.4.3 溫濕度傳感器故障解決

采集器獲取溫濕度數據與實際數據之間的差距較大時，可能原因有：①傳感器電纜與數據采集器連接不正常。②傳感器污染。③采集器配置不正確。④若上述正常，可能數據采集器或溫度傳感器故障。解決方法：①檢查傳感器電纜與數據采集器連接，恢復正常。②清潔傳感器。③重新配置數據采集器。④更換數據采集器或溫度傳感器。

3.4.4 地面溫度傳感器故障解決

當測得地面溫度氣象要素一成不變時，或者測得地面氣象要素與其他的5、10、15、20cm相比較，數據偏大或偏小時，可能原因有：①地面溫度感應器被水浸濕。②地溫傳感器的連接出現問題。解決方法：①處理積水。②進行換線或者將接頭處擰緊。

3.4.5 全部數據缺測故障解決

當全部數據缺測時，可能原因有：①采集器故障。②供電故障。③通訊模塊及手機卡問題。解決方法：①更換采集器。②檢查維護并恢復供電。③重新設置模塊參數或更換模塊，手機卡有欠費則繳費或更換手機卡。

4 結束語

DZZ4新型自動氣象站具有高準確性、易維護以及易擴展等優點，它還能夠對自動站運行狀態進行實時監控，且存儲能力、自動校時功能、通信傳輸功能更強。DZZ4新型自動氣象站的投入使用，不僅大幅增強了氣象觀測數據的準確性和完整性，更提升了氣象要素數據傳輸效率。但是，DZZ4新型自動氣象站在長期運行過程中也時常會發生一些故障，工作中需認真分析故障原因，找出科學有效的解決措施，以確保新型自動氣象站穩定、高效運行。