賀州國家自動氣象站一次雷擊故障處理

侯江生，楊月英

(賀州市氣象局，賀州542899)

0 引言

自動氣象站是中國氣象觀測網的重要組成部分，特別是在地面氣象觀測中發揮重要作用，為天氣預報和氣象防災減災服務提供基礎數據保障。2020-04-01起廣西國家級地面氣象觀測站正式開展自動化改革業務運行工作，取消人工定時觀測和日常守班等工作，因此保障氣象觀測的連續性和穩定性是目前氣象保障工作的重心[1]。為更好地保障國家自動氣象站設備穩定運行，吳明江[2]等、李建宇[3]等、孫百安[4]等、郭方[5]等、王淑蘭[6]、鄒哲馨[7]、賈錦龍[8]等對新型站的工作原理和故障診斷都做了相關研究和闡述。但是隨著氣象觀測自動化觀測設備不斷增加，如降水天氣現象儀、天氣現象視頻智能觀測儀、光電式數字日照計、溫度和降水多要素融合等設備的投入使用，對氣象站設備抗雷擊和抗干擾能力產生了不利的影響。

文章對2021-05-14賀州國家基本氣象站遭遇1次強雷擊后的故障處理進行分析，探討快速排除故障的方法和設備恢復正常觀測及數據處理方法，為氣象保障人員處理類似故障提供參考，提高處理雷擊故障維修時效，確保國家氣象站觀測連續性和穩定性。

1 DZZ5型國家自動氣象站設備架構

DZZ5型自動氣象站按照統一的標準、功能、結構、方法和規范的設計思路，做到各部件或模塊互換，形成統一型號的第2代自動氣象站。賀州國家氣象站硬件部分主要包括：主采集器(1個主采集器和數個分采集器)、外部總線、傳感器、外圍設備和外部設備。具體通信線路如圖1所示。

圖1 自動氣象站通信線路圖

采用光纖傳輸方式可以提高傳輸信息的抗干擾能力，有效增加了傳輸距離(傳統銅芯信號線信號隨傳輸距離的增加而減弱)。但從通信線路圖可以看出，綜合硬件控制器成為數據傳輸的最重要節點，2020年后新增的觀測設備都是直接通過他傳輸數據到電腦端。綜合硬件控制器一旦出現故障，所有數據都會中斷，國家站還有1根備份的通信線路，以保證應急情況下的觀測數據傳輸。

2 故障現象及處理

2.1 故障現象

2021-05-14T13：30左右賀州市城區有強雷暴天氣現象，13：37臺站收到區氣象局裝備中心下發的臺站13：36自動氣象站各要素全部缺測的告警短信。保障人員13：52趕赴值班室，發現主站ISOS軟件中新型自動氣象站、降水天氣現象、日照、視頻智能觀測儀采集均失敗，無任何數據。保障人員重啟觀測場采集器、值班室電腦和采集軟件后，故障仍存在。查看備份自動氣象站(CAWS600型號)數據正常。因臨近正點，考慮故障一時無法排除，故退出ISOS軟件的傳輸客戶端，不上傳新型站數據，區氣象局信息中心自動使用該時次的備份自動氣象站數據代替。

2.2 故障處理過程和分析

2.2.1 值班室電腦端處理

因重啟計算機和采集軟件后發現數據還是無法采集，測試使用SMOPORT軟件嘗試連接綜合硬件控制器，結果反饋連接失敗，判斷原因可能是通信、綜合硬件控制器和主采集器發生故障。

2.2.2 綜合硬件控制器故障處理

保障人員到觀測場檢查綜合硬件，用萬用表檢查供電電壓正常，其余端口未發現問題，于是重啟綜合硬件控制器，發現值班室電腦能夠連通綜合硬件控制器，但仍無法獲取任何數據。判斷主采集器與綜合硬件控制器通信或者其他3個掛接儀器可能存在故障。

2.2.3 主采集器故障排查

首先為保證盡快獲取最多的氣象觀測要素數據，保障人員使用備份通信線直連電腦和主采集器方式讀取數據，調試助手顯示數據只有發送無返回數據，大概率為采集器HY3000被雷擊損壞，立即連接備份主采集器的RS-232-1、供電電源和氣壓測試。將通信線路改回主采集器-綜合硬件控制器-值班室電腦的連接方式，值班員發現電腦還是無法獲取主采集器的觀測數據。由此推斷主采集器與綜合硬件控制器通信故障概率較大。

2.2.4 通信故障處理

保障人員先測試綜合硬件控制器到主采集器之間的信號線通斷情況，處理方法如下：將主采集器上RS-232-1端子上通信線拔出，將3根線任意短接，在綜合硬件控制器端對應3個線芯測試導通情況，經測試，3根線纜信號線正常，判斷綜合硬件控制器PORT1口(接主采集器的)雷擊后損壞，將其插入PORT2口(對應SMOPORT的COM12口)。值班員打開SMOPORT軟件，檢查COM12串口的串口設置參數是否正確，正確后將ISOS軟件新型自動氣象站串口號調整為COM12，此時電腦端正常獲取主采集器傳輸的氣象觀測數據。啟動ISOS軟件傳輸客戶端，讓軟件自動上傳新型站分鐘和小時數據。

2.2.5 天氣現象視頻智能觀測儀故障處理

天氣現象視頻智能觀測儀沒有數據傳回，先打開觀測儀機箱，仔細檢查發現空氣開關跳閘，合上空氣開關后，立刻聽見觀測儀清潔魚眼攝像頭的噴氣聲音，說明儀器正常啟動，故障應該是強雷暴時空開保護器自動斷開電源，導致觀測儀斷電無法采集和傳輸數據。

2.2.6 降水現象儀故障處理

降水現象儀也有單獨的機箱，保障人員仔細檢查機箱內部空開、輸入輸出電壓、蓄電池和電源控制器，各個部件都正常，判斷綜合硬件控制器接入降水現象儀端口損壞。在綜合硬件控制器機箱下更換降水現象儀接入口改為PORT4，值班員將電腦ISOS軟件中降水天氣現象的通信端口更改為COM14，在電腦上連接串口服務器(SMOPORT)，修改COM14串口的工作方式為RS-485。上述設置完成1 min后ISOS軟件成功獲取到降水現象儀實時數據。

2.2.7 光電式數字日照計故障處理

光電式數字日照計機箱內部由3部分組件：防雷板、信號轉換器和電源控制開關。保障人員測量輸入電壓為3.7 V，但正常輸入電壓應為+12 V。在日照計電源控制箱內檢查電源控制器，發現輸入為220 V，負載輸出卻為直流3.7 V，判斷電源控制器被雷擊損壞，更換一個備份電源控制器后，ISOS正常獲取日照計實時數據。

2.3 數據處理

因在故障處理期間，關閉過ISOS軟件及傳輸客戶端，導致有些分鐘數據未下載和上傳、有些小時正點數據使用的是備份站數據，需要重新下載數據，補發分鐘數據和更正編發小時正點數據。下載完成歷史數據后，先進行分鐘數據補發，再補發小時正點數據。補發小時正點數據時，在自定義觀測界面，選擇時次，點擊自動補調分鐘和自動補調小時，核對正點數據是否正確(與備份站數據對比)，檢查小時極值是否正確(從分鐘數據查找)，修改為正確值后保存，直至在MDOS平臺查看到CCA或CCB標志。數據處理需在MDOS平臺備注。

3 結束語

1)雷電是影響國家自動氣象站穩定運行的重要因素，對采集器、通信、地溫分采干擾較大，因此國家自動氣象站需要做好日常的防雷防護檢查和防雷裝置定期檢測；

2)國家自動氣象站遭遇雷擊產生故障時應該按照故障產生的現象，結合國家自動氣象站通信結構逐一排查，理清排查故障思路能有效提供故障處理時效，保證氣象觀測數據及時傳輸。