北京大興國際機場自動氣象觀測系統簡介與故障解決辦法

中國民用航空華北地區空中交通管理局 劉紹國

自動氣象觀測系統（即AWOS）是民航空管氣象設備的重要組成部分，保障自動氣象觀測系統運行正常對飛行安全有著重要的意義，因此自動氣象觀測系統的維護與故障排除工作特別重要。本文介紹北京大興國際機場自動氣象觀測系統組成及工作原理、并結合實例講述故障排除和解決方法。

1 大興機場自動氣象觀測系統概述

大興機場的自動氣象觀測系統使用的型號是Vaisala AviMet。Vaisala AviMet自動氣象觀測系統是專為管制員、氣象預報員、氣象觀測員和機場其他用戶的需求而設計。此系統測量、計算、顯示、儲存并發布大興機場的氣象信息。它包含飛機跑道設置的傳感器、中央數據處理計算機（CDU）、通訊系統以及多個工作站。大興機場自動氣象觀測系統包含2個CDU，分別為CDUA和CDUB。它負責處理數據并將數據以不同的顯示內容發送給有不同需求的用戶。大興機場自動氣象觀測站，如圖1所示。

圖1 大興機場自動氣象觀測站Fig.1 Daxing airport automatic meteorological observation station

大興機場目前共有四條民航跑道，Vaisala AviMet系統傳感器測量原始氣象數據后輸出串口信號到串口服務器轉換成電信號，再由光電轉換器轉換為光信號傳輸回室內，再經光電轉換器由光信號轉換為電信號，傳輸至核心交換機，服務器、終端通過核心交換機交換數據。除此之外，大興機場自動氣象觀測系統還采用了無線傳輸的手段作為數據傳輸的備份方法，所有的自動氣象觀測數據通過無線發射器傳輸到無線接收器，再從無線接收端傳輸到室內。有線無線并行的工作模式有效提升了系統的穩定性和對用戶的服務質量。

AviMet系統是在Vaisala所設計的遠程對象體系結構(ROA)基礎上構建的。ROA體系結構的組件稱為服務和對象。它們用于處理自動氣象觀測系統中的數據流，并將此數據流從傳感器傳送到工作站。在ROA體系結構中，數據流可以是雙向的：除了來自傳感器的數據輸入之外，還可以有來自用戶界面的輸入。也就是說，最終用戶可以在AviMet應用程序中輸入數據。系統會為此手動數據生成一個單獨的ROA對象，然后將其發送到其他ROA服務。這樣，系統就可以在AviMet應用程序之間傳送用戶定義的手動數據。

2 大興機場自動氣象觀測系統的日常維護

自動氣象觀測系統雖可以實現穩定運行、準確測量的目的，但并不意味能夠完全脫離維護保障，為了保證自動氣象觀測系統的長時間穩定運行，降低故障率，一般需要制定定期人工巡檢與維護計劃[1]。

2.1 傳感器的巡檢與維護

自動氣象觀測系統傳感器種類較多，在大興機場自動氣象觀測系統中主要包括超聲風傳感器、雨量筒、氣壓計、溫濕傳感器、云高儀、大氣透射儀、背景光亮度計、太陽輻射計等。在對大氣透射儀進行維護時，主要是檢查設備的外觀有無異常，是否存在鳥擾的情況。檢查發射機、接收機的鏡面污染程度并對鏡面進行清潔，檢查風機運轉的狀態，更換風機濾網，保證風機的吹風量進而保證風機的正常運行。必要時對大氣透射儀進行兩點校準。在對雨量筒進行維護時，主要是檢查雨量筒的漏水孔和測量單元有無堵塞并及時清除堵塞，對雨量筒中的漏斗進行人工測試，檢驗測量精度是否準確。關于風傳感器，大興機場采用的類型為超聲風傳感器，在日常運行中，影響超聲風傳感器運行的重要因素是鳥擾，因此在日常維護時，需要重點關注的是鳥擾頻率以及防控措施。維護云高儀時，主要是檢查光路是否有異常阻擋，還需要檢查鏡面污染程度和測試吹窗器的狀態，鏡面潔凈指數如果低于70%，則需要及時清潔。大興機場氣象自動氣象觀測設備日常維護，如圖2所示。

圖2 大興機場氣象自動氣象觀測設備日常維護Fig.2 Daily maintenance of meteorological automatic meteorological observation equipment at Daxing airport

2.2 供電系統的巡檢與維護

對于大興機場而言，跑道的運行效率較高，所以針對自動氣象觀測系統的要求是全天不間斷運行，為確保設備的供電保障能力，所有設備的供電模式均設置為不間斷電源（UPS）供電。所以對于UPS的檢查與維護也是日常維護中的重要內容。在日常巡視過程中，機務員需要檢查UPS的供電狀態，一般情況下UPS供電包括三種模式：市電供電、旁路供電以及電池供電，正常運行模式應為市電供電，在確認供電模式后，還需要通過檢查輸入與輸出電壓判斷其是否發揮穩壓、穩頻、防電壓沖浪等作用。同時，還需檢查UPS蓄電池的狀態，具體方式包括觀察外觀有無漏液情況，用電壓表和內阻表測量電池的電壓與電池內阻，內阻過大時需更換電池。根據以上維護內容判斷UPS的工作狀態，保證對設備的不間斷供電。

2.3 軟件維護

大興機場自動氣象觀測系統的軟件部分也是影響日常運行中的關鍵因素，軟件運行的穩定直接影響其正常的運行，所以對軟件的維護也是相當重要的一部分。機務員主要通過對系統監控軟件來判斷各終端、各傳感器的運行情況，在系統的任何一部分出現異?；蚬收蠒r，監控軟件都能及時報告故障點并做出危險等級報告。在日常維護時，機務員可根據告警類型和冗余數據進行處理，觀測員可通過報文軟件對歷史報文進行查看，以此確定發報軟件的正常運行。

3 大興機場自動氣象觀測系統故障的維修

3.1 故障排查與定位

在設備故障的定位判斷過程中，要簡化問題、理清思路。確定故障的模塊范圍，再逐步細化，找到故障點[2]。大興機場自動氣象觀測系統的故障定位總體思路為：室外設備的硬件部分，供電與路由傳輸部分，服務器與工作站部分。室外設備的定位主要依靠系統報警軟件報告的內容來判斷。通信部分是外設與服務器、服務器與工作站、服務器與交換機之間的線路。對于通信部分首先要確認傳輸方式，現在主要有光纜、電信號纜以及無線傳輸。在大興機場自動氣象觀測系統，通信部分的故障經常出現在無線傳輸部分，主要原因為光纜傳輸和電纜傳輸較為穩定，無線傳輸方式受網絡和距離的影響，有時數據出現傳輸不穩定現象。無線傳輸通信設備與眾不同，因其通過發射和接收無線信號對數據進行傳播，受到大興機場設備與設備之間、信號中專站與工作站之間距離的影響，造成收發信號的減弱導致無線數據出現丟失的情況。對于通信設備，可通過觀察指示燈狀態，來判斷故障類型，可直接幫助機務員解決通訊方面的故障。服務器部分，包含互為備份的CDUA與CDUB。機務員通過利用服務器的監控功能判斷故障原因。服務器主要監控軟件：Event Monitor，SensorIO Monitor等。Event Monitor列出自觀系統所有事件的告警和警告，SensorIO Monitor列出自動氣象觀測系統所有傳感器狀態及實時數據。室外探測設備是否正常，可以通過維護終端登陸，用命令進行查看設備狀態[3]。故障排除方法，如圖3所示。

圖3 故障排除方法Fig.3 Troubleshooting method

3.2 設備的維修原則

設備的檢修步驟：應該按照了解情況、觀察現象、分析原因、查找故障、排除故障五步驟執行。具體的維修原則為：按照由大到小逐步深入的原則。在檢查設備的故障時，按所在系統、部分、模塊、插件、電路點次序進行；按照由可能性大到可能性小，從故障產生的時機、故障發生的征候、電器元件及機械零件的使用壽命、本設備常見故障的規律來考慮；做到由簡到繁、由易到難來檢修設備。

3.3 設備維修方法

直覺法：直覺法是用看、摸、聽、聞等直接感覺的方法來確定故障部位，用這種方法檢查有異常的光、熱、聲、味的故障比較有效；儀表測量法：用儀表測量電阻、電壓、電流、頻率、頻譜、功率、靈敏度、噪聲系數、帶寬、波形的脈寬、幅度、周期等是否與額定值相符；代替法：用備件或雙套制設備中相同的模快、插件、部件互相對比，驗證其是否有故障；外加信號法：用外加信號源做激勵，檢測模塊、插件、部件的測量點信號電平或波形；開路檢查法：在檢查判斷電源短路故障時，常用此方法檢查；短路檢查法：在檢查控制電路的故障中用此方法較為有效。

4 結語

本文介紹了自動氣象觀測系統的工作原理上、并結合北京大興國際機場講述了自動氣象觀測系統故障排查方法，自動氣象觀測系統是空管和民航事業發展必不可少的堅強支撐，只有堅實基礎知識，明確故障排查思路，才能夠提高故障處理效率，提升系統運行質量。