區域自動氣象觀測站信息系統檢測維修分析

汪 軍,李澤梅，饒傳新，陳 星

(宜昌市氣象局，湖北 宜昌 443000)

1 引言

區域自動氣象觀測站(以下簡稱區域站)作為地面氣象監測手段之一，在人們的日常生產生活中發揮著越來越顯著的作用，及時檢測維修保證區域站的正常運行，是使其發生重要作用的前提，也是每個維修人員的職責所在。本文以ZQZ-A型為例，總結了一些簡單易行的故障判斷方法，可為快速排除區域站故障提供借鑒。

2 區域站概況

2.1 區域站的概念

因國家原有氣象觀測網越來越不能滿足頻繁發生于中小河流的洪澇及山丘區山洪災害以及易災地區生態環境綜合治理氣象監測需求。作為國家地面氣象觀測網的補充，同時為了滿足氣象服務的需要，全國各地相繼建成了很多以不同觀測要素自動氣象站布設的區域氣象觀測站，簡稱區域站。

2.2 我國區域站的現狀分析

2.2.1 數量龐大，分布較廣

據國家氣象業務內網數據顯示，截至2020年2月全國建成各類站點(設施)總數量為90122個，其中區域站就有80086個，占全部站點數量的比例達到了88.86%；2016年底31個省(區、市)城鄉覆蓋率達到了96%。高覆蓋率為社會生產生活提供了更精密的氣象監測，特別在暴雨、山洪、滑坡、泥石流的預警上作用尤為顯著。

2.2.2 型號多，生產廠家多，標準不統一

據不完全統計全國主要區域站型號達到了20種，生產廠家達到12個。區域站型號多，生產廠家多，技術離散，通用性差，檢測維修方法各異。諸多的不同，雖然數據上傳到中心站解碼后能形成統一數據格式，但是給廣大一線檢測維修人員帶來不小難度。檢測維修人員必須撐握不同廠家不同型號的檢測維修方法，所幸的是，一個省一般主要采用一兩個廠家的產品。

2.3 及時維修區域站保證正常運行的意義

區域站能全天候24 h在線提供分鐘級的實時溫度、濕度、風向、風速、降水、氣壓等常規氣象數據，高密度區域站的建成組網運行為氣候分析、天氣預報、氣象服務提供了更有力的支撐，特別在局部地區天氣監測、防災減災中發揮著不可或缺的作用，所以保證區域站正常的運行顯得尤為重要。

3 檢測維修思路分析

從終端構成上看區域站基本由傳感器部分、數據采集部分、通信部分、供電部分組成。只要能簡單有效地分別判斷出4個部分是否存在故障，就能針對性地采取措施排除故障，恢復正常運行。湖北省主要使用無錫和華云生產的設備。無錫的主要有ZQZ-A和DZZ4型，華云主要有HY-321和HY-361型，本文以湖北省使用數量最多的無錫ZQZ-A型為例,分別介紹4個部分的故障判斷檢測維修方法。

4 ZQZ-A型區域站檢測維修

ZQZ-A型區域自動氣象站結構分為四大部分：傳感器、數據采集器、通信模塊、電源和安裝結構件等組成。整機(含傳感器、采集器、GPRS 通信模塊)平均功耗：二要素以下0.6 W、四要素0.7 W、六要素1 W。系統構成見圖1。

圖1 系統構成示意

4.1 電源部分

供電系統主要由太陽能電池板、太陽能充電控制器、蓄電池、保險和防雷設備。充放電控制器是整個供電部分的關鍵。ZQZ-A型早期多采用德國伏科控制器，該控制器具有充電顯示、蓄電池電壓顯示、負載狀態顯示和充放電保護等功能，正常的負載輸出直流電壓應該在11.8～13.8 V之間。供電部分的故障可從充放電控制器運行狀態指示燈進行判斷。如表1所示。

表1 充放電控制器運行指示燈狀態說明

需要特別強調的是當電池電壓達到11.5 V時，控制器為了保護蓄電池過度放電，切斷正常負載輸出(負載燈亮)，當蓄電池電壓達到12.5 V時，負載將重新接通(負載燈滅)。過放保護生產的現象是資料間歇性缺失，可通過采集器整點數據讀取命令查詢。過放保護的原因多數是長時間陰雨天氣或蓄電池老化續航時間變短。過放嚴重的蓄電池，接在太陽能充電控制器里，負載燈也會亮，這與正常的過載保護的區別是，控制器與蓄電池之間沒有充電電流。

4.2 通信部分

ZQZ-A型區域站采用CDMA DTU或GPRS DTU構建全透明傳輸、永遠在線的無線數字數據專用網絡，早期多采用宏電7118模塊，現在有8118和9118模塊。更換通信模塊前需要進行正確的配置，主要是DTU識別號、DSC的ip地址和端口號。7118模塊還要進行通信端口波特率的匹配。通信模塊正不正常可通過表2判斷。

表2 各通信模塊運行指示燈的狀態及意義

造成通信不正常除了參數配置錯誤外，還有通信卡欠費停機、注銷、損壞，通信信號弱和不穩定，可在現場把通信卡插到帶有上網功能的手機上在2G模式下進行上網和發短信測試排查。短期單純通信故障不會造成采集器中數據文件間歇性缺失，通信恢復后系統也會補傳在中斷期間未傳的數據。排除以上主要原因如果通信還是不正常，多數是通信模塊問題，需要更換模塊。

4.3 采集器部分

ZQZ-A數據采集器是一個具有多個數據通道的連續測量系統，可存貯1個月的正點數據及7 d以上的加密數據。采集器部分現場故障排查，請先將通信模塊的連接扁線脫開，然后再通過筆記本或手機連接采集器調試端口(通信參數為4800,e,8,1)讀取采集器里的小時數據和分鐘數據,這是判斷采集器乃至通信、電源、傳感器故障最有效的手段。ZQZ-A讀取小時和分鐘數據的命令是pre，只要有完整正確的數據基本可排除采集器故障。詳見圖2。

圖2 pre命令及返回數據格式說明

4.4 傳感器部分

ZQZ-A可選接溫度、濕度、風向、風速、雨量、氣壓常規6要素。翻斗雨量傳感器使用比較普遍，現場可在承水漏斗處加適量的水，檢查各層翻斗是否靈活翻轉。同時可用萬用表蜂鳴檔在兩個接線柱上檢查干簧管是否工作正常，計數翻斗每翻動1次，萬用表應發出1次蜂鳴聲。風向風速在現場主要看是否轉動靈活。鉑電阻溫度傳感器使用也比較普遍，現場可用萬用表200 Ω電阻檔測量四線中電阻最大的一對線，其電阻值應在80～140 Ω之間，分別對應溫度-50～80 ℃，然后用公式T=(R-100)/0.385計算出測量的溫度與現場實時溫度估計值進行比較，如果相差特別大，就需要更換溫度傳感器。以上方法只針對在現場進行初略的檢測判斷，各傳感器比較精密的檢測需用專業的儀器進行檢定。

5 結語

我國區域站雖然型號眾多，運用的技術和規格各異，但從終端構成上看基本由傳感器、數據采集器、通信和供電部分組成。在日常檢測維修時首先對有指示燈的部分注意觀察指示燈不同的狀態及其代表的意義，這是最簡單最直接最有效的方法，如果問題比較復雜就借助萬用表和筆記本電腦以及相關命令進一步判斷。只要借鑒本文中檢測維修思路，無論何種型號的區域自動氣象站，基本上都能迅速排除絕大多數故障。