自動氣象站天氣現象智能觀測儀故障分析及維護

嚴忠國，姚 楊，黃高平，張仕清

（1.石臺縣氣象局，安徽 池州 245100；2.東至縣氣象局，安徽 池州 247200；3.池州市氣象局，安徽 池州 247000）

1 研究背景

自動氣象站天氣現象智能觀測儀是一款通過不同角度的多個攝像機采集圖像和視頻數據，利用圖像識別、深度學習、數據融合等技術[1]，實現對天氣現象自動識別和觀測的專業氣象儀器。它充分考慮現有國家級地面氣象觀測站和區域氣象觀測站的特點情況，無縫接入視頻圖像天氣現象儀，充分擴展了對低云量、電線積冰、云高、視覺障礙現象（輕霧、霧、霾、浮塵、揚沙、沙塵暴）等其他要素自動觀測能力。它的運用對于目前尚未實現器測的天氣現象（或氣象要素）觀測項目，進一步推進氣象觀測自動化，有效提高觀測數據的頻率和質量[2]，減輕臺站業務人員勞動強度有著積極的意義。

2 天氣現象視頻智能觀測儀的組成結構和工作原理

現階段，全國大部分氣象臺站配備了HY-WP1A天氣現象智能觀測儀，該儀器整體結構由圖像采集、圖像處理、通信、供電4個單元及附件（防雷單元、自潔儀、安裝預埋件以及輔助觀測目標物等）組成。圖像采集由魚眼攝像機垂直拍攝天空方向，觀測總云量和云狀；長焦高清攝像機拍攝地面上的蒸發皿、地面植物目標物（草地），負責觀測結冰、霜、露、積雪；短焦高清攝像機對準電纜和雪尺，負責觀測雨凇、霧凇和積雪深度。由圖像采集單元采集的圖片和視頻數據經圖像處理單元的質量控制，數據處理，記錄和存儲后，由通信單元采用RS-232串口通信和光纖通信方式完成數據發送、接收以及通訊方式轉換，識別結果通過RS-232串口通信線經過綜合集成硬件控制器與ISOS軟件連接，視頻和圖片數據采用光纖通信傳輸到室內通信終端，再通過業務內網上傳至省級或國家級氣象信息中心。

3 常見故障及處理方法

天氣現象智能觀測儀常見故障有硬件和軟件原因，主要表現在供電故障、網絡故障、設備故障和軟件版本等方面。

3.1 硬件故障及處理方法

3.1.1 供電故障

因供電不正常造成的無圖像時，可用萬用表測試攝像頭的供電是否正常。魚眼攝像機和長焦攝像機的供電電壓都為24 V，短焦攝像機的供電電壓為12 V，如果沒有電壓或時有時無，檢查保險管、線路連接是否有接觸不良和松動的情況，如正常再檢查供電模塊和市電是否正常。

魚眼攝像機（其他攝像機檢查方式類似）直連時無法從網頁登錄時，需要從以下方面進行檢查：首先查看魚眼攝像機機箱內接線排下端供電是否滿足24 V供電要求，若下端未有供電或電流微弱則檢查左側保險座內保險絲有無跳閘情況，有跳閘情況不可急于更換保險（10 A），應檢查相關電路是否有短路，著重檢查攝像機線纜連接處（若鏈接處存在短路顯現可先用防水絕緣膠帶纏繞），線路無短路斷路情況下進行更換對應10A保險；其次檢查魚眼攝像機線纜連接情況，確保連接在DC24V雙芯插口上；最后查看魚眼攝像機網線是否正常及卡死，可以更換網線進行嘗試。

3.1.2 網絡故障

網絡故障常見的是問題攝像機的IP地址與內網中其他設備IP沖突，造成圖像時有時無或者攝像機不連續采集圖片或視頻。此時，通過查看圖像采集日志，圖像采集報錯誤代碼為28。解決辦法：修改問題攝像機IP地址為空閑IP即可。另外，魚眼攝像機網線質量原因也可能造成的無圖像，可以更換網線進行嘗試；而如果是網絡參數設置不合理原因造成的故障，需重新配置攝像機的協議、碼流、密碼，將攝相機的IP重新設置成同一網段。

3.1.3 設備故障

通過網頁無法訪問到主控與攝像機時，可能原因是供電問題或者室內交換機壞。解決方法：查看室內交換機指示燈狀態，若供電正常的情況下，交換機上所有指示燈都不亮，則嘗試斷電重啟一下交換機，若仍無法正常訪問主控與攝像機，再看一下接到室內交換機的光纖頭是否能看到紅色光點，若2個光纖接頭一個有光點常亮，一個沒有光，則可確認天臉室外設備部分信號傳輸正常，此時需要聯系廠家，更換室內交換機。

3.2 軟件故障及處理方法

3.2.1 數據采集成功率低及處理方法

天臉數據采集成功率低，故障可能是由于ISOS軟件與天臉主控的時間不一致引起的。因此，可以通過嘗試將天臉主控的時間改為與ISOS軟件時間一致來解決（注意：是以ISOS軟件時間為標準）。解決方法：使用業務電腦上的瀏覽器訪問主控頁面。選擇“參數設置”，檢查手動校時后面的時間是否正確，若正確則點擊后面的設置按鈕。顯示同步成功，則校時完畢，此時返回ISOS觀察數據采集成功率是否正常。

主控頁面中，查看到天臉視頻或圖像采集成功率不是100%；天臉只有視頻采集無圖像采集或只有圖像采集無視頻采集。問題原因通常是修改攝像機密碼后主控與攝像機之間未成功建立連接導致的。

解決方法：第一步，通過瀏覽器訪問攝像機的IP地址，管理員登錄，進入攝像機頁面后，選擇配置—網絡—高級配置—集成協議，檢查啟動ONVIF協議前面是否勾選，正常為勾選狀態。選中管理員賬戶點擊刪除按鈕刪除管理員賬戶，然后點擊添加按鈕重新添加管理員賬戶，用戶名密碼和原來保持一致，用戶類型選擇管理員。點擊確定，最后點擊保存按鈕（3個攝像機均需按照上述步驟重新設置）。第二步，訪問主控制器，在瀏覽器中輸入主控制器IP地址（輸入的字符必須全為半角字符）。“用戶類型”選擇管理員賬戶，輸入密碼，登錄。點擊設備管理，此時能看到3個攝像機，點擊攝像機的編輯圖標，檢查參數和攝像機中設置的參數是否一致，若一致點擊確定按鈕，不一致則修改后點擊確定按鈕（設備管理下的3個攝像機設備均需做上述操作）。最后去觀測場主控機箱關閉空氣開關5～10 s，重新上電。

天臉魚眼攝像機圖像異常或無法正常采集視頻。圖像顯示異常多數是因為安裝方式和顯示方式選擇不正確或視頻編碼選擇錯誤導致的。魚眼攝像機鏡頭安裝方式應選擇桌面，顯示方式應選擇魚眼。

解決方法：首先，瀏覽器訪問出現異常現象攝像機頁面，輸入用戶名密碼登錄。點擊配置—視音頻—視頻，設置中要注意視頻編碼只能選擇H.264，目前視頻編碼不支持H.265，若選錯則視頻不能正常采集。其次，現場調試電腦的IE瀏覽器中插件需要安裝，在有網絡的環境中打開網頁，網頁下端彈出黃色插件進行安裝。安裝完成后重啟瀏覽器輸入魚眼攝像機查看圖片顯示。

3.2.2 數據不采集及處理方法

天臉數據不采集的原因可能是主控內存滿了或者是觀測項選擇有誤導致的。

解決方法：首先使用一鍵清除功能，然后檢查參數設置—主控參數設置—圖像/視頻采集頻率，需要將圖像采集頻率設為1（min），視頻采集頻率設為10（min）。其次如果發送READDATA有返回值，有可能是觀測項選擇有誤導致的。這時需要通過主控網頁—設備管理菜單下查看3個攝像機的觀測項，查看是否有少勾選或者重復勾選的項目。如魚眼攝像頭名稱為“云狀云量”，觀測項選擇類型中只能勾選“云狀”“云量”，不能勾選其他觀測項。其他2個攝像機的觀測項選擇操作類似。

3.2.3 判識結果異常及處理方法

ISOS軟件中天臉判識結果缺失。解決方法：瀏覽器訪問主控頁面，輸入用戶名密碼登錄，選擇數據查詢，選擇想要導出數據的時間，點擊導出按鈕，點擊確定，此時會彈出存儲路徑，選擇存儲路徑后下載即可（一次只能導出一天的數據，若需多天數據則需重復上述操作）。導出文件如何進行上傳需聯系ISOS相關開發人員。

攝像機能正常采集圖片和視頻，但識別不了天氣狀況。解決方法：首先檢查攝像機鏡頭上是否有污染物附著或遮擋，若為冰堆積，需查看攝像機系統—系統配置—加熱是否共勾選。若為其他泥點的污染物附著，則需要用無紡棉酒精清理。其次查看主控時間是否與觀測平臺電腦時間有延遲，若有延遲則需要在觀測平臺給主控制器手動校時，同步到電腦時間。最后查看主控是否為最新版本。

云狀識別結果為紅色。解決方法：用管理員賬戶和密碼登錄主控，在“設備管理”—“云狀云量”中，點編輯符號，進入編輯頁面后勾選“云高”“云量”“云狀”。

雪深、電線結冰數值偏差量較大。問題可能是由于輔助觀測目標物設置不規范、攝像機對焦不準確等原因造成的。解決方法：首先查看雪深標尺是否正對短焦攝像機，且周邊沒有藍、紅、黃及不屬于天氣現象觀測的白色；其次雪深尺是否垂直與地面，且零度刻度線在土面以上；然后電線結冰電纜近處有無遮擋，或后側有無立面情況；最后是調整攝像機角度與網頁內進行準確對焦。

判識結果錯誤。未及時升級最新版本可能導致判識結果錯誤以及觀測成功率偏低，如實際未下雪（雪尺等參照物正常），ISOS軟件中出現雪深記錄，這是主控程序問題。解決方法：目前主控程序AI識別部分還在匯總調整，算法正在升級迭代，因此，應及時從華云升達的官方網站下載設備程序最新版本。

4 日常維護

為保證天氣現象智能觀測儀長期可靠運行，做好儀器日常維護工作尤為重要，具體維護工作如下。

4.1 加強儀器巡視

每周檢查攝像機鏡頭的遮擋和污染情況，若有遮擋或污染應及時清理，清理應在日出前或日落后進行。清潔攝像機鏡頭時，護罩式鏡頭可用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉沾無水乙醇直接擦試鏡頭玻璃，魚眼鏡頭可先用清水沖洗表面浮塵與沙粒，再用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉沾無水乙醇擦試鏡頭，注意不要劃傷玻璃表面，如果窗口加熱功能良好，其表面將很快變干，勿用其他物品清潔。可根據設備附近環境的情況，延長或縮短維護的時間間隔（遇沙塵、降雪等影響觀測時，應及時清潔）。

4.2 保證可靠供電

每月檢查供電設施，保證供電安全。

4.3 定期檢查校準

每月定期檢查攝像機的水平、方位和傾角，檢查立柱是否穩固，發現問題及時糾正。檢查地面集中觀測區自然下墊面及露、霜目標物草地狀況，保持平整。檢查輔助觀測目標物設置是否規范，專用雪尺應保持豎直，刻度零線與地面集中觀測區自然下墊面齊平；結冰容器應盡可能使用代表當地自然水體的水，器內水量不足時需及時添加。

4.4 開展防雷檢測

每年春季應對防雷設施、設備接地狀況進行一次全面檢查，復測接地電阻值，使其符合氣象設施防雷技術要求，避免直擊雷或感應雷損壞儀器設備。

5 結語

目前，天氣現象視頻智能觀測儀業務尚處在試運行階段，業務人員對新設備尚處于了解和熟悉階段，新設備在日常運行過程中難免會出現一些故障和不穩定現象，因此，業務人員有必要了解儀器的工作原理，在實際工作中快速分析軟硬件故障原因，并能夠找到解決問題的辦法，進行簡單的維修和日常維護，確保視頻智能觀測儀正常運行，有效提高天氣現象觀測數據質量。