民航自動氣象站故障統計分析與維護維修

張雙偉

摘 要：本文根據中國民用航空局空中交通管理局下發的氣象運行信息附件中的民航空管系統氣象裝備運行情況，對2014年12月至2019年6月共計55個月的民航空管系統氣象裝備運行情況中的自動氣象觀測系統故障情況進行了梳理，篩選了關于自動氣象站故障的237個條目，整理并歸納了自動氣象站故障的現象和原因，并用餅狀圖方式直觀地展示了自動氣象站故障的特點。最后根據這些特點提出了一些關于自動氣象站維護維修的建議，為保障民航自動氣象站正常工作提供有效支持。

關鍵詞：自動氣象站;故障;維修

中圖分類號：P415.12文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0155-04

Abstract： According to the weather equipment operation status of the civil aviation management system in the meteorological operation information appendix issued by the Air Traffic Management Bureau of CAAC， this paper sorted out the failure of the automatic weather observation system in the operation of the weather equipment of the civil aviation management system for 55 months from December 2014 to June 2019， screened 237 items about the failure of automatic weather station， sorted out and summarized the phenomena and causes of the failure of automatic weather station， and visually demonstrated the characteristics of the failure of automatic weather station by means of a pie chart. Finally， based on these characteristics， some suggestions on the maintenance and repair of automatic weather stations were put forward to provide effective support for ensuring the normal operation of civil aviation automatic weather stations.

Keywords： automatic weather station;failure;maintenance

自動氣象站是民航自動氣象觀測系統的重要組成部分，主要為空管、機場、航空公司等用戶提供機場范圍內實時的風向、風速、氣壓、溫度、濕度、雨量等六要素數據。自動氣象站常見的結構如圖1所示。

各個用戶可以根據實時天氣狀況來調整業務。比如，塔臺用戶可以根據風向風速的變化，調整跑道起降方向;航空公司根據降雨大小決定是否起降等。因此，保障自動氣象站工作正常是氣象機務人員的重要工作之一。

中國民用航空局空中交通管理局下發的氣象運行信息附件中有民航空管系統氣象裝備運行情況統計，在自動氣象觀測系統部分中列出了當期所有上報的自動氣象觀測系統的故障與異常情況。本文對自2014年12月至2019年6月共計55個月的民航空管系統氣象裝備運行情況中的自動氣象觀測系統故障情況[1]進行了梳理和篩選，挑出關于自動氣象站的故障信息，并進行統計分析。

1 自動氣象站故障統計分析

在相關氣象運行信息附件中，民航空管系統氣象裝備運行情況統計沒有固定的格式，只是大概描述了故障的時間、地點、故障原因和解決方法。有的只簡單寫了故障，并沒有寫故障原因和故障解決辦法。因此，筆者對這些故障進行了初步篩選，將涉及自動氣象站六要素數據部分、全部丟失或者中斷的故障挑選出來。為使分析更有針對性，根據自動氣象站框圖，本次統計丟棄了室內交換機服務器等原因導致的自動站數據中斷或者丟失（交換機服務器出現故障時的所有自觀數據，包括自動站數據、能見度數據、云高儀數據等）的條目，丟棄了一些故障描述比較簡單、未注明原因的條目，最后列出了55個月內關于自動氣象站的237個故障。

本文根據自動氣象站框圖將故障現象分類如下：如果是自動站六要素數據全部中斷或者丟失的，則稱為整體故障;如果是風向風速數據中斷、異常的，則稱為風向風速故障;如果是溫濕度數據中斷、異常的，則稱為溫濕度故障;如果是雨量數據中斷、異常的，則稱為雨量故障，如果是氣壓數據中斷、異常的，則稱為氣壓故障。

對各個故障數量進行統計并做成餅狀圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，自動氣象站故障中，整體故障數量有133次，占比56%;風向風速故障有76次，占比為32%;雨量故障有15次，占比為6%;溫濕度故障為11次，占比為5%;氣壓故障有2次，占比為1%。從百分比可以看出，自動站最容易出現的故障就是整體故障，也就是六要素數據全部丟失或者中斷。在單要素故障中，風向風速故障次數最多，占比為32%。

接著，對133次自動站整體故障的原因進行分類和統計，結果如圖3所示。

從圖3可以看出，在133次自動站整體故障中，斷電引起的故障有57次，占比為43%;通信線路加上通信設備合計的通信故障有58次，占比為44%;雷擊引起的故障有10次，占比為7%;數據采集器故障引起的自動站故障有8次，占比為6%。

在斷電原因里，有部分斷電也是因為雷擊造成的開關跳閘或者雷擊造成電源模塊損壞，如果將這部分雷擊故障次數合并到雷擊原因中，則雷擊次數增加7次，共計17次雷擊引起的自動站整體故障。

經過仔細查看故障原因，筆者發現，有一個因素比較特殊而且比較常見，需要引起大家重視，那就是施工導致的自動站故障。近些年，很多機場一直忙于擴建，施工不斷，很容易造成供電線路，通信線路被挖斷導致自動站數據中斷。其中，施工挖斷供電導致故障5次，施工挖斷通信線纜導致故障15次，在整體故障中，其占比為15%。整體故障施工原因統計結果如圖4所示。

自動站故障現象排名第二的是風向風速故障，占比為32%。對其故障原因進行分類和統計，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，風向風速自身傳感器故障有32次，占比為42%;由于鳥類對傳感器的干擾造成的數據中斷或者異常有14次，占比為18%;通信故障有14次，占比為18%;下雪或者凍雨導致的風向風速傳感器結冰造成的數據中斷或者異常有8次，占比為11%;雷擊導致的風向風速數據中斷有5次，占比為7%;機械風處理風向7位格雷碼的QMI118故障有2次，占比為3%。

對于雨量故障，原因比較簡單，基本上是傳感器故障或者雨量筒內有雜物堵塞，造成的雨量數據中斷或者誤差較大。

對于溫濕度故障，原因也比較簡單，基本是傳感器自身的原因造成的溫濕度數據中斷或者誤差比較大。

相對來說，氣壓故障比較少，僅有兩次。一次是氣壓傳感器靜壓孔進入蟲子導致氣壓數據異常，一次是服務器端軟件故障導致的氣壓數據中斷。但由于氣壓數據的重要性，在《空管系統不安全事件標準》中，氣壓值誤差在3 hPa（含）以上即為氣象嚴重差錯，需要引起大家的重視。

2 維護維修

根據以上故障現象和故障原因的統計和分析，可以有針對性地采取措施來維護維修自動氣象站，以保障其正常工作。

2.1 整體故障

對于整體故障，根據原因分析，其主要有四類，分別是供電、通信、雷擊和數采器。下面分別給出維護維修的建議。

針對供電原因，對于還未配置UPS（不間斷電源）的，須盡快配置，這樣在市電中斷時，可以用UPS電池來供電，為機務員聯系供電部門盡快恢復市電爭取時間。

對于已經配置UPS的，須每年在自觀設備換季維護過程中進行深度放電來檢查UPS是否能正常工作。特別是對于使用時間接近5 a的UPS電池來說，放電測試極為重要，因為鉛酸電池使用的壽命基本上為5 a左右。

針對通信原因，設備維護部門平時應做好通信設備的備件工作，對于重要的通信設備，如光端機、串口服務器、光纖收發器等，應購足備件，如遇通信設備故障，直接換上備件即可。對于通信線路，維護部門應熟知設備線路位置，并在線纜地面上設置顯著標識，防止施工或割草等造成通信線路被挖斷或者割斷。

針對雷擊，根據民用航空機場氣象臺建設指南，風桿高度為10 m[2]，基本上為附近設備中的最高點，如果避雷針安裝不合理或者位置不對，就容易造成風向風速傳感器被雷擊，進而造成風行風速傳感器故障甚至自動氣象站整體擊壞。所以，要仔細檢查風桿頂部避雷針安裝是否規范，是否高于風向風速傳感器，同時必須請專業的防雷檢測機構定期進行防雷檢測，檢測防雷端子是否失效、防雷接地是否符合標準、防雷接地電阻是否大于10 Ω等[3]。

數據采集器相當于自動站的CPU，如果數采器故障，就會導致整個自動站的數據中斷或者丟失[4]。所以，平時要購買數采器的備件，如果遇到數采器死機或者故障，可以對其直接進行重啟或者更換備件。

2.2 風向風速故障

根據風向風速故障原因統計，主要有傳感器自身故障、鳥擾、通信故障、結冰、雷擊等。

由于風向風速傳感器自身故障比較多，所以無論使用的是機械風還是超聲風傳感器，平時均應備足備件，如果遇到傳感器故障，可以直接放倒風桿進行更換。

對于鳥擾，可以與機場防鳥部門聯系，增加驅鳥頻率，或者在自動站設備旁邊增加驅鳥裝備，如空氣壓縮炮等，對鳥進行驅趕。也可以向廠家選購防鳥裝置，減少鳥類對風向風速傳感器的干擾。

對于通信故障，要做好平時的設備維護。在設備周維護、月維護或者換季維護過程中，應重點檢查傳感器連接頭、連接線等是否有老化、生銹的跡象，特別是連接頭如果平時密封不嚴，極易造成里面的針腳生銹而導致連接中斷。

在北方地區，如果有凍雨或者連續下雪，無論是機械風還是超聲風，在發現風向風速數據異常情況時，要放倒風桿，檢查是否有結冰，并進行除冰操作。不過，除冰只能治標，不能治本。北方地區應該選擇帶有加熱功能的風向風速傳感器，這樣在氣溫較低時可以通過加熱來除去傳感器表面的積冰或者積雪，保證傳感器正常工作。

2.3 其他

對于溫濕度、雨量故障，平時應備足備件，如果出現故障，直接更換即可。在設備維護過程中，應檢查雨量筒里是否有雜物，如果有樹枝、塵土等雜物，應及時清理，避免下雨時堵塞雨水而造成測量值不準。

3 結論

從以上自動氣象站故障統計分析中可以看出，在日常值班時，如果碰到自動氣象站故障，不需要驚慌失措，做好信息通報后，可以根據現象進行判斷，確定其是六要素整體故障還是單個要素故障。如果是整體故障，則依次檢查供電是否正常，數采器狀態是否正常，如果均無異常，則開始檢查通信線路是否異常，包括通信設備工作是否正常、通信線纜是否存在被挖斷等情況。如果是單個要素故障，則檢查傳感器環境是否異常，如鳥群存在、雨量筒雜物較多，然后檢查傳感器自身是否損壞、通信線纜是否老化或連接松動等，如果傳感器出現故障則迅速更換備件，如果線路異常則及時重新連接線纜。平時，設備維護人員需要購足備件，做好周維護、月維護、換季維護等，這樣才能減少自動氣象站故障的次數，保障自動氣象站工作正常。

參考文獻：

[1]中國民用航空局空中交通管理局.民航局空管局氣象運行信息（2014年12月至2019年6月）[Z].2019.

[2]中國民用航空局空管行業管理辦公室.民用航空機場氣象臺建設指南（AP-117-TM-2012-01）[Z].2012.

[3]祁卓平.自動氣象站防雷技術問題及其措施分析[J].科技風，2020（14）：30.

[4]姚凈.新型自動氣象站的常見儀器故障及維修維護[J].南方農機，2020（9）：245.