景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站故障分析及處理流程

俞景璞

摘 要：為提高區(qū)域自動氣象站的氣象觀測質(zhì)量，結(jié)合2020年江西省景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站共107次維護維修工作，總結(jié)故障原因，完善處理流程。景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站型號駁雜，共有7種型號，分別來自3個廠家;大部分設備已使用超過10年，老化嚴重，給維修維護、備件采購與備件管理等工作帶來了很大困難;另有25套自動氣象站未落地，影響氣溫等數(shù)據(jù)的準確性;主要有電量不足、通信卡欠費、雨量異常、通信模塊死機和采集器故障5種故障情況。針對這種情況，可以從客戶識別模塊（Subscriber Identity Module，SIM）物聯(lián)卡的管理機制、改造供電系統(tǒng)、改善設備老化情況、建立調(diào)試平臺以及設定故障處理流程等途徑來進行有效解決，從而提升氣象監(jiān)測質(zhì)量，為氣象防災減災工作提供更加準確、及時的數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞：區(qū)域自動氣象站;氣象服務;故障;維修

中圖分類號：P415.12 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）18-0135-04

Abstract： In order to improve the observation quality of regional automatic weather station， this paper summarizes the fault causes and puts forward the treatment process combined with the maintenance work of 107 Jingdezhen regional automatic weather station in 2020. The main conclusions are as follows： the models of Jingdezhen regional automatic weather station are diverse， including 3 manufacturers and 6 models， most of which have been used for more than 10 years， and are seriously aging， which seriously affects maintenance， spare parts procurement and spare parts management. The accuracy of 25 sets of landing temperature data is not affected. The failure causes mainly include battery power shortage， communication card arrears， abnormal rainfall， communication module crash and collector failure， which can be effectively solved from the management mechanism of SIM IOT card， transformation of power supply system， transformation of equipment aging， establishment of commissioning platform and setting of fault handling process， so as to improve the monitoring quality and provide accurate Timely data support.

Keywords： regional automatic weather station;meteorological services;fault;repair

景德鎮(zhèn)市位于江西省東北部，坐落于黃山、懷玉山余脈與鄱陽湖平原過渡地帶，是江西省的暴雨中心之一，且強冷空氣、大雪、大風以及冰雹等災害性天氣時有發(fā)生。為了滿足防災減災的需求，景德鎮(zhèn)市氣象局在轄區(qū)內(nèi)設有區(qū)域自動氣象站61個。區(qū)域自動氣象站是國家氣象觀測站網(wǎng)的重要補充，多年來由于儀器、天氣、人為等因素，儀器故障或數(shù)據(jù)異常情況時有發(fā)生，對數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)質(zhì)量造成了較大的負面影響。特別是近3年來，數(shù)據(jù)傳輸率和數(shù)據(jù)可用性明顯偏低，已經(jīng)影響到景德鎮(zhèn)市防災減災工作的正常開展。分析原因，采取相應的解決措施，提高區(qū)域自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，是景德鎮(zhèn)氣象人當前的重要工作。

對于區(qū)域自動氣象站的維修、維護，國內(nèi)許多專家都進行了研究。楊萬忠等闡述了自動氣象站儀器設備故障分析及處理方法，總結(jié)了管護建議及日常維護流程[1]。田世芹等利用山東省123個國家級新型自動氣象站2016年1—12月的故障記錄資料，對新型自動氣象站常見故障情況進行了統(tǒng)計分析[2]。沈玉亮詳細介紹了DZZ3型自動氣象站的故障處理流程和方法以及設備的維護方法，并指出主采集器與地溫分采集器接地點之間存在電位差會導致氣象站地溫數(shù)據(jù)異常的問題[3-5]。夏元彩等匯總分析了綜合氣象觀測系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺的維修記錄，簡單介紹了DZZ4型自動氣象站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，說明了系統(tǒng)及各個傳感器的日常維護工作和需要注意的事項，并針對采集器、電源、傳感器等方面出現(xiàn)的故障提出了相應的解決方法[6]。以上研究都為自動氣象站維修、維護工作提供了參考和依據(jù)。本文嘗試對景德鎮(zhèn)市區(qū)域氣象站的維護、維修過程進行分析、總結(jié)，破解當前的難題，提出解決方案，全面提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可用性、傳輸率和準確率。

1 資料來源與研究方法

一是通過收集站點基本信息、全景照片、備件情況以及設備參數(shù)等，建立本轄區(qū)內(nèi)區(qū)域自動氣象站信息檔案。二是對2020年景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站故障信息進行分類收集，統(tǒng)計分析區(qū)域自動氣象站故障特征，分析時間、環(huán)境、設備以及網(wǎng)絡對自動站故障產(chǎn)生的影響，建立完善的區(qū)域自動氣象站故障判斷、修理、處理與維護的管理制度和工作流程。

2 景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站的現(xiàn)狀

2.1 類型駁雜

景德鎮(zhèn)市共有區(qū)域自動氣象站61套，其中7套華云CAWS100，29套CAWS600-RT（RE），19套上海長望DZZ3，2套江蘇無錫DZZ3，2套ZQZ-A，2套ZQZ-BH。區(qū)域站型號分類統(tǒng)計，如表1所示。表2為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站各種備件的制造廠家分布。從表2可以看到，景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站型號駁雜，共有來自3個不同廠家的7種型號，給維修維護、備件采購、備件管理等方面造成了較大困難。

隨著區(qū)域自動氣象站使用時間的增加，區(qū)域自動氣象站型號駁雜的弊端凸顯，并逐步成為區(qū)域自動氣象站維護維修、備件采購、備件管理的一大頑癥。景德鎮(zhèn)市氣象局曾多次采取措施解決這一問題，但收效甚微。

2.2 氣象自動站老化情況嚴重

表3為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站的建設年份情況統(tǒng)計。2010年以前建成并投入使用的自動氣象站共計30套，占全部站點數(shù)的49.18%;2010—2015年建成并投入使用的自動氣象站共計20套，占全部站點數(shù)的32.79%;2015年以后建成并投入使用的自動氣象站共計11套，占全部站點數(shù)的18.03%。

由表3可以看出，景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站大部分都建成使用超過10年，有的站點甚至已經(jīng)使用超過15年，數(shù)據(jù)采集器、傳感器、電子元件等部件存在嚴重的老化情況，對數(shù)據(jù)的采集傳輸和準確性影響較大。

2.3 自動站落地情況

圖1為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站的安裝地點（地面、樓頂）分布。從圖1可以看到，全市61套自動氣象站中36套安裝在地面，其余25套安裝在樓頂。通過對比幾個距離較近、地理環(huán)境類似的站點在同一時間段（2020年內(nèi)）觀測到的氣溫數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，安裝在樓頂?shù)恼军c比安裝在地面的站點觀測的平均氣溫明顯偏高。如表4所示：位于樓頂?shù)暮商拎l(xiāng)自動氣象站的年平均氣溫為18.9 ℃，較同一地點的地面站高出1.22 ℃;位于樓頂?shù)膮蚊舌l(xiāng)站較官莊村站平均氣溫高出1.77 ℃;山田水庫站位于溫差較小的湖面附近，但平均氣溫也高于月亮湖站0.32 ℃。

可見，過去為了安裝管理的方便，部分區(qū)域自動氣象站直接安裝在了鄉(xiāng)鎮(zhèn)府大樓的樓頂，導致這些站點的氣溫觀測值明顯偏高，一定程度上影響了觀測質(zhì)量。所以，對這些自動氣象站進行落地改造，將會成為今后一段時間的工作重點。

3 景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站故障判斷與分析

2020年，景德鎮(zhèn)市鐵塔公司運維人員全年共計完成107次對各個自動氣象站的站點維護維修工作。圖2為景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站的故障原因統(tǒng)計，主要有供電不足、通信卡欠費、雨量異常、通信模塊死機和采集器故障5種情況。

電源故障即電池缺電情況占故障總數(shù)的27%。電源系統(tǒng)由太陽能板、蓄電池、充電控制器等部分構(gòu)成。目前，所有站點所用的太陽能板供電功率均為18～36 W，而使用的電池都是鉛酸電池，電池容量為72 Wh（6 V、12 Ah）～900 Wh（12 V、75 Ah），因此充電時間一般需要6～25 h。長時間陰雨天氣將導致設備供電不足，無法正常使用。

通信卡欠費情況占故障總數(shù)的24%，主要是由于SIM物聯(lián)卡管理混亂而導致的。很多站點與SIM物聯(lián)卡信息不匹配，未能將正確的SIM物聯(lián)卡納入移動紅名單，從而導致物聯(lián)卡欠費，使得數(shù)據(jù)無法正常傳輸。不能正常獲取站點所使用SIM物聯(lián)卡的資費信息，也就無法向SIM物聯(lián)卡發(fā)送遠程參數(shù)設置指令，解決通信模塊參數(shù)跳變的情況。近年來發(fā)現(xiàn)SIM物聯(lián)卡往往會發(fā)生自然損壞的情況，因此需要定期更換新的物聯(lián)卡來保持正常通信。

雨量異常的情況占故障總數(shù)的22%。雨量傳感器中的計數(shù)翻斗每積累0.1 mm的雨水會自動翻轉(zhuǎn)一次。翻斗中間的磁鐵劃過干簧管接點出現(xiàn)瞬間閉合，發(fā)射出一個電信號，計數(shù)為1。雨量異常分為雨量偏小和雨量偏大兩種情況。與周邊區(qū)域自動氣象站比較，雨量偏小時，應當先檢查計數(shù)翻斗以上的部件是否有堵塞情況，再用萬用表檢查干簧管是否損壞。如果有堵塞情況，及時進行清理即可正常工作。如果是干簧管或連接線路出現(xiàn)斷路或短路，需及時維修或直接更換干簧管和傳感器延長線。

通信模塊死機的情況占故障總數(shù)的20%。通信模塊主要由天線、通信模組和SIM卡組成。儀器、設備的長時間運行，導致該故障的發(fā)生頻率有上升趨勢。

采集器故障的情況占故障總數(shù)的7%，主要是區(qū)域自動氣象站設置區(qū)域的自然環(huán)境惡劣導致的。隨著運行時間的延長，日曬、雨淋等因素會導致設備線路老化、焊點脫錫、元件生銹等。此外，雷擊也會造成采集器故障。

4 景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站故障解決辦法

根據(jù)以上分析，在處理區(qū)域自動氣象站的各種問題與故障時，建議采用如下方式解決。

4.1 加強SIM物聯(lián)卡的管理

建立SIM物聯(lián)卡管理機制。一是更換現(xiàn)有的所有SIM卡;二是確保每個站點對應一張SIM物聯(lián)卡;三是確保所有SIM物聯(lián)卡都開啟必要的短信、網(wǎng)絡等功能;四是每年完成一次SIM物聯(lián)卡登記管理工作，向移動公司提供正確的SIM物聯(lián)卡紅名單，保證所有在用的SIM卡都能夠正常使用;五是保證有2～3張備用的SIM物聯(lián)卡，在SIM物聯(lián)卡損壞時可以及時更換調(diào)試，便于維護工作的開展。

4.2 改造供電系統(tǒng)

更換現(xiàn)有設備的太陽能供電系統(tǒng)，采用功率更大的太陽能供電系統(tǒng)。更換站點所使用的鉛酸電池，使用蓄電量更大、體積更小、壽命更長的鋰電池。

4.3 改善設備老化情況

電子元件的老化現(xiàn)象比較嚴重，建議在站點的原基礎上，根據(jù)具體情況，對采集器、裸露在外的電子元件、數(shù)據(jù)傳輸線等進行更換。

4.4 加強備件管理

建立并完善區(qū)域自動氣象站備件管理制度，建設備件倉庫并安排專職人員進行管理，做出詳細的月度、季度、年度備件管理報告，做到備件數(shù)量、型號明確，出入庫登記清晰。

4.5 建立調(diào)試平臺

建立市局區(qū)域自動氣象站調(diào)試平臺，在平臺上先行調(diào)試好區(qū)域自動氣象站設備。當故障發(fā)生時，直接使用調(diào)試好的設備直接進行替換，大大加快故障處理速度，提高設備運行效率。

4.6 加強維護、維修等工作的登記

現(xiàn)場維護時間短，若沒有做好對設備更換時間、具體故障原因、探測環(huán)境保護情況、出現(xiàn)故障的具體站點以及設備配件具體的使用運行時間等數(shù)據(jù)的記錄，后期會出現(xiàn)無法分辨的問題。針對這種現(xiàn)象，可以利用互聯(lián)網(wǎng)等技術，在現(xiàn)場及時采集相關數(shù)據(jù)并錄入數(shù)據(jù)庫進行分類保存，以確保維護要素、信息的全面、準確。

4.7 完善故障處理基本流程

4.7.1 監(jiān)控與報警。現(xiàn)有工作人員應對全市站點進行監(jiān)控，于每日09：00、15：00對所有站點情況進行通報，并對故障報警信息進行甄別，及時向維護維修人員提供詳細信息，便于維修人員快速對故障進行排查、分析。

4.7.2 故障分析與排查。根據(jù)前期故障及維修記錄，可將故障分為3大類：①設備未上線;②設備已上線，但無數(shù)據(jù)上傳;③要素缺測或異常。針對設備未上線的情況，排查流程為：①SIM物聯(lián)卡是否欠費;②電池供電是否充足;③通信模塊是否死機或參數(shù)跳變等。針對設備已上線但無數(shù)據(jù)上傳的情況，排查流程為：①SIM物聯(lián)卡短信功能能否正常使用;②網(wǎng)絡功能是否開啟;③采集器是否故障;④各傳感器數(shù)據(jù)是否正常傳輸給采集器等。針對要素缺測或異常的情況，需排查傳感器是否故障、傳感器的現(xiàn)場環(huán)境是否正常等。

5 結(jié)論

結(jié)合2020年景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站點共107次維護維修工作，分析故障原因，總結(jié)處理流程，主要結(jié)論如下。

①景德鎮(zhèn)市區(qū)域自動氣象站型號駁雜，共有來自3個不同廠家的7種型號。設備老化現(xiàn)象嚴重，大部分都建成使用超過10年，對數(shù)據(jù)的采集傳輸和準確性有很大影響。

②景德鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站的故障主要有供電不足、通信卡欠費、雨量異常、通信模塊死機和采集器故障5種情況。

③可以從加強SIM物聯(lián)卡的管理機制、改造供電系統(tǒng)、改善設備老化情況、建立調(diào)試平臺、完善故障基本處理流程等方面，解決區(qū)域自動氣象站的故障情況。

區(qū)域自動氣象站正常運行時可以精密監(jiān)測到所在區(qū)域的氣象災害發(fā)生情況，對保障人民的正常生活、生產(chǎn)起到了關鍵作用。對于運維人員，要提升其業(yè)務素質(zhì)和技能水平，提高工作要求和責任意識，加強自動氣象站巡檢力度，做好區(qū)域自動氣象站的日常維護與保障工作，才能確保氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和有效性，為防災減災提供及時、準確的信息支撐。

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