上海地区DZZ4新型自动站日常维护及故障解决分析

徐建华

(上海市气象局，上海 200030)

0 引言

气象观测是气象工作的基础，地面气象观测是气象观测的重要组成部分，可以为天气预报、气候分析、科学研究和气象服务提供重要信息。从上世纪90年代开始，我国开展地面气象观测自动化，2020年4月开始，全国地面气象观测自动化正式业务运行。这意味着，我国各气象台站的人工定时观测和日常守班等观测任务取消，地面气象观测实现全面自动化。相比人工观测，自动化气象观测的观测能力明显增强，观测频次较人工观测提高4～8倍。

上海自2014年开始使用DZZ4新型自动气象站，目前，地面综合观测站在软件、硬件结构、数据处理以及存储方面均有了极大的进步，气象观测人员的劳动强度明显降低，气象观测质量显著提升，增强了气象要素的观测能力，提高了对灾害性天气观测的准确率水平。但是，由于技术人员操作局限以及其他因素的影响，DZZ4新型自动气象站在运行过程中往往会出现各种各样的问题，影响了气象观测工作的顺利开展。本文总结了DZZ4新型自动站应用以来的维护和故障解决经验，给出相应的分析意见，提供给气象观测工作人员参考，以便及时发现故障并采取有效的解决措施。

表1 上海国家气象观测站自动观测站型号示意表

1 DZZ4新型自动气象站主要构成

1.1 结构设计

DZZ4新型自动气象站是由江苏无线电科学研究所以多年的自动站专业设计经验为基础生产的，实现实时远程监控，具有较高的准确性、可靠性等特点，易于维护与扩展。DZZ4新型自动气象站扩展了业务软件运行监控功能，在数据采集、分析、储存、编发报、传输等方面均比传统气象站有明显进步[1]。

1.2 硬件组成

DZZ4自动气象站由硬件及软件两部分组成。硬件由气象传感器、数据采集器、外围设备(电源、通信设备等)组成。软件主要实现观测数据的采集、监控管理及数据应用等功能。DZZ4型自动气象站系统结构详见图1。

图1 DZZ4型自动气象站系统结构

采集器主要由若干个分采集器及1个主采集器组成，并使用CAN总线将各个采集器之间进行相互连接。主采集器主要用于采集气压、雨量、风向风速、蒸发量及降水等要素；而分采集器主要用于采集地温、温湿度及辐射值等要素。

传感器主要有智能传感器、数字传感器与模拟传感器等几大类。智能传感器主要包括温湿度传感器、能见度传感器、称重式降水传感器、气压传感器等。数字传感器包括风向风速传感器、翻斗式雨量计。模拟传感器主要包括高精度气温传感器、地温传感器、蒸发传感器与湿度传感器等。

外围设备主要有计算机、电源、外存储器与通信接口等。

1.3 优势分析

1.3.1 采集器优势

DZZ4新型自动站运用的是新一代数据采集器WUSH-BH，WUSH-BH数据采集器作为新型自动气象站的核心，主要是在嵌入式LINUX实时多任务操作系统以及ARM9平台上设计。主采集器的主要优势是能够采集本身与分采集器上连接的各类传感器的气象要素数据，依据一定的规范进行传输、存储和处理。具备高准确性、易维护以及易扩展等优点，支持运行状态监控，具备较强的存储能力以及自动校时功能，通信传输功能更强。

1.3.2 传感器优势

DZZ4新型自动气象站的温湿度智能传感器为WUSH-BTH，是一种能够对温度、湿度进行检测的智能化传感器，具备自检、自校以及运行状态监测等功能。气压传感器型号为DYC1，具备较高的准确性、可靠性、稳定性、免维护等特征。风向、风速传感器的型号为ZQZ-TF型，传感器的风杯主要由特种工程塑料注塑成型，该类传感器大幅增强了抗风性以及观测的精度。雨量计为SL3-1双翻斗雨量传感器，主要涵盖集水器、翻斗、干簧管以及调节螺钉等部分。地温传感器主要采取ZQZ-TW1高精度的铂电阻传感器，具备较强的稳定性、良好的可互换性等特征，能够应用于土壤亦或不同下垫面的地温的测量工作。

2 DZZ4型新型自动站日常维护

2.1 电源维护

为了使太阳能电池板更好地为蓄电池充电，须定期擦拭其表面灰层、鸟粪等异杂物。电池的更换周期一般为2年，到期需更换电池。

2.2 采集器维护

定期检查采集器与传感器、计算机等设备的连接情况，主要检查连接处是否松动。定期清理采集器上的灰尘。

2.3 传感器维护

风向风速传感器维护需定期校准风向标，以确保位于正北方向。定期清洗风向风速传感器的滚动轴承。

温湿度传感器需定期清理百叶箱。

雨量传感器维护需每月至少定期检查一次，清除过滤网上的尘沙、小虫等，以免堵塞承水口漏斗。翻斗内壁禁止用手或其它物体抹试，以免沾上油污。定期检查器身是否稳定、器口是否水平，发现不符合规范要求时，应及时纠正。定期检查翻斗翻转的灵活性。

3 DZZ4型新型自动站故障解决

3.1 电源故障解决

DZZ4新型自动气象站基本采用标称的12V蓄电池供电，太阳能电池板为蓄电池充电。太阳能电池板发生供电故障的主要原因有：①夏天太阳能电池板被高大树木遮挡(主要为内环内市区公园自动站此类情况较严重)，影响阳光直接照射到太阳能电池板上，降低了太阳能的利用效能，致使蓄电池充电不足，(尤其是后半夜)无法正常供电。须清除长高的树枝。②蓄电池陈旧、未及时更换，导致性能下降或损坏而充不进电，晚上蓄电池不起作用。须更换新的蓄电池。③连续下雨，太阳能板停止工作，须更换新的蓄电池。④蓄电池电压太低，致使充电控制器自保护关断负载，蓄电池充足电后故障会自行解除。

3.2 通信故障解决

数据收不到，数据传输模块指示灯显示工作状态不正常的可能原因：①无线信号弱，主要表现为东部和东南沿江沿海地区(浦东、奉贤、金山)中国电信故障频率高，北部、西部(嘉定、青浦)中国移动故障频率高。②4G模块安2G卡，主要是自动站安装时间长远，未及时更换4G卡造成。更换升级4G卡就可以。③SIM卡损坏。④SIM卡欠费，通过手机上网方式检查SIM卡是否可以上网，确定SIM卡是否欠费。⑤模块质量问题，重新更换模块。⑥数据传输模块配置有误，通过数据传输模块设置电缆，现场查看数据传输模块的配置。

3.3 采集器故障解决

DZZ4新型自动气象站在运行过程中，采集单元时常会出现一些问题，主要表现为数据无法正常卸载到计算机内，监控软件异常、整点观测信息缺失，温度、湿度、风向风速、雨量、气压以及地面温度等气象要素发生缺测或者乱码现象[2]。通常情况下，故障的原因可能是连接出现问题或者采集单元、采集器主板、控制面板的损害(雷电)和电磁干扰影响数据的正常采集等。

解决步骤：先检查采集器及各个传感器的连接状况，判断其是否正常。再对采集通信软件参数的设置情况进行检查，通过手工方式卸载数据，并对采集器进行复位。若采集器指示灯闪烁间隔异常，而此时的交流输入灯和直流输出灯均正常，则可能是采集器通道出现问题，检修或更换主采集器。

3.4 传感器故障解决

3.4.1 雨量传感器故障解决

出现降雨而雨量传感器中无降水数据显示时，原因可能是：①雨量传感器电缆与数据采集器连接不正确。②通道参数配置禁用该传感器，需重新配置。③如果不是以上两种原因，则有可能是杂物堵塞雨量传感器的翻斗及漏斗。④若上述均正常，可能数据采集器或雨量传感器故障。解决方法：①正确连接雨量传感器与数据采集器。②重新设置数据采集器配置，不禁用该传感器。③依据操作规范对传感器的翻斗与漏斗进行清理与维护。④更换雨量传感器或数据采集器。

3.4.2 风向风速传感器故障解决

风速传感器缺测，可能原因有：①风电缆与数据采集器连接不正确。②数据采集器配置禁用该传感器。③风速传感器电缆损坏。④若上述均正常，可能数据采集器或风速传感器故障。解决方法：①正确连接风电缆与数据采集器。②正确配置数据采集器。③修复风传感器电缆。④更换数据采集器或风速传感器。

风速数据偏小，可能原因有：①数据采集器配置不正确。②若上述正常，可能数据采集器或风速传感器故障。解决方法：①重新配置数据采集器风速传感器系数。②更换数据采集器或风速传感器。

风向数据缺测，可能原因有：①数据采集器配置禁用该传感器。②风传感器电缆损坏。③若上述均正常，可能数据采集器或风向传感器故障。解决方法：①重新配置数据采集器。②更换数据采集器或风向传感器。

3.4.3 温湿度传感器故障解决

采集器获取温湿度数据与实际数据之间的差距较大时，可能原因有：①传感器电缆与数据采集器连接不正常。②传感器污染。③采集器配置不正确。④若上述正常，可能数据采集器或温度传感器故障。解决方法：①检查传感器电缆与数据采集器连接，恢复正常。②清洁传感器。③重新配置数据采集器。④更换数据采集器或温度传感器。

3.4.4 地面温度传感器故障解决

当测得地面温度气象要素一成不变时，或者测得地面气象要素与其他的5、10、15、20cm相比较，数据偏大或偏小时，可能原因有：①地面温度感应器被水浸湿。②地温传感器的连接出现问题。解决方法：①处理积水。②进行换线或者将接头处拧紧。

3.4.5 全部数据缺测故障解决

当全部数据缺测时，可能原因有：①采集器故障。②供电故障。③通讯模块及手机卡问题。解决方法：①更换采集器。②检查维护并恢复供电。③重新设置模块参数或更换模块，手机卡有欠费则缴费或更换手机卡。

4 结束语

DZZ4新型自动气象站具有高准确性、易维护以及易扩展等优点，它还能够对自动站运行状态进行实时监控，且存储能力、自动校时功能、通信传输功能更强。DZZ4新型自动气象站的投入使用，不仅大幅增强了气象观测数据的准确性和完整性，更提升了气象要素数据传输效率。但是，DZZ4新型自动气象站在长期运行过程中也时常会发生一些故障，工作中需认真分析故障原因，找出科学有效的解决措施，以确保新型自动气象站稳定、高效运行。