北京市地面气象观测业务常见故障分析及处理.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 1 北京市地面气象观测业务常见故障分析及处理 卢一皎1 李 博2 王海龙1 王继明1 孙雪琪1 1.北京市气象探测中心，北京 100089 2.赤峰市气象局，内蒙古 赤峰 024000 摘要：摘要：地面气象观测是综合气象观测重要组成部分之一，地面气象观测所探测到的温度、气压、湿度、风向、风速、雨量等多个气象观测要素为天气预报和气象服务保障提供了有效的数据支撑。本文通过从国家级站点常见故障排除与诊断、通讯及网络传输异常处理流程、ISOS 业务软件工作异常处理流程、地面观测维修工作流程和元数据填写格式举例等五个方面介绍北京地区地面气象观测业务中常见的软、硬件故障及相应处理方法，可供各台站地面气象观测业务人员学习参考，提高地面观测业务质量。关键词：关键词：地面气象；观测业务；常见故障 中图分类号：中图分类号：P412 1 国家级站点常见故障排除与诊断 1.1 所有数据缺测 当出现数据缺测情况时，应先查看是所有数据缺测还是单一数据缺测。当所有数据缺测时，应先检查串口服务器状态。首先观察串口服务器 PWR 灯是否常亮，如果 PWR灯不亮，则需利用万用表测量串口服务器电源箱空气开关 220V 交流电是否正常。如果空气开关不正常，则检查观测场配电箱。如果观测场配电箱工作正常，则检查充电控制器 220V 交流电输入是否正常，12V 左右蓄电池充电电压是否正常，采集器 12V 左右供电电压是否正常。如果充电控制器不正常，则需更换充电控制器。检查刀片开关 12V 供电是否正常，如果开关闭合后供电不正常，则需用通断档检查保险管通断，如果保险管出现问题，则需更换保险管。当设备正常供电后，先观察 L1 灯是否闪亮。如果L1 灯不亮，则串口服务器工作状态不正常，需重新启动串口服务器，重启串口服务器需同时重启室内转换单元。检查串口服务器短网线是否松动，是否插紧接好。检查光纤是否连接正常，光纤连接好后正常情况TX 灯应当常亮，RX 灯闪亮。如果 TX 或 RX 灯不亮，则需重新插拔光纤，如果重新插拔仍无法正常连接，则需检查光纤本身是否存在问题。SMOPORT 连接串口服务器正常后，如果 ISOS 软件仍无法正常接收数据，则需检查业务计算机 nettocom、comtonet 两个服务是否启动并运行正常。杀毒软件误隔离或重启电脑等原因均可导致两个服务关闭。建议先重启 nettocom 服务，再重启 comtonet 服务。串口服务器工作正常后，需对逐一对各设备进行故障排查。光电转换模块正常通信状态下为 T 灯常亮，R 灯闪亮。对设备重启同时需同时重启光电转换模块。当新型自动站数据缺测时，应按照串口服务器供电相同顺序先检查设备供电情况。正常供电情况下采集器 RUN 灯秒闪。如果供电正常仍无数据，需对主采集器进行重启。（重启主采集器时，需对主采集器光电转换模块、串口服务器、新型自动站光电转换模块同时进行重启，避免光电转换模块数据堵塞导致通信异常）。利用笔记本电脑接主采集器 RS232-1 口，通过串口调试助手输入命令 DMGD 查看主采集器是否正常。1.2 单一要素数据缺测（1）温度、湿度数据同时缺测 当温度、湿度数据同时缺测时，应先检查温度、湿度分采集器工作是否正常。查看温湿分采供电情况，如果 SYS 灯秒闪时，则分采为正常运行状态。检查 CAN线供电，如果 CAN-R 灯闪烁，则 CAN 线通讯正常。可通过指示灯工作情况判断故障节点。当温度数据异常或缺测时，可断电测量传感器同端、异端电阻。温度传感器为 4 线制测温，从左到右编号 1、2、3、4，其中 12、34 为同端电阻（1-10 欧姆），13、14、23、24 为异端电阻（80-120 欧姆）。测量后用铂电阻计算公式：中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2 检验传感器是否故障。当湿度数据异常或缺测时，可测量供电电压是否为 12V，输出信号电压为 0-1V。测量后用相对湿度计算公式为：检验传感器是否故障。（2）草面温度、地表温度、深层温度、浅层温度数据缺测 当草温、地温数据同时缺测应先检查地温分采集器，查看分采集器供电情况。如果 SYS 灯秒闪时，则分采集器正常运行，否则应检查CAN线供电是否正常。如果 CAN-R 灯不闪则 CAN 线故障。单一要素缺测时，应检查每支地温、草温传感器工作是否正常。断电测量传感器同端、异端电阻，检验传感器是否故障。电阻测量办法与温度数据异常电阻测量办法相同。（3）气压数据缺测 当气压数据异常或缺测时，可先检查静压管内是否有异物。如果没有异物，则重点检查供电情况。气压传感器由 4 根线接入主采集器，线序为粉绿灰蓝，粉色线为 12V 供电，蓝色线为地线。正常工作时 RX、TX之间应为5.4V左右电压，RX与地线之间为0V电压，TX 与地线之间为 5.4V 左右电压。（4）蒸发数据缺测 当蒸发数据缺测时，应先检查供电情况。蒸发传感器有 3 根线，信号线测量电流应为 4-20mA 之间，对应 0-100mm 水位，1mA=6.25mm。测量后用计算公式：检查传感器或通道是否故障。（5）雨量数据一直为 0 当有明显降水却无降水量数据时，应使用万用表蜂鸣档检查翻斗雨量传感器干簧管的通断及雨量线的通断情况，通断正常时可听到万用表短路提示音，否则可判断故障为干簧管或雨量线故障。检查主采集器内雨量线之间电压是否为 5V 左右。（6）风向、风速数据缺测 当风向、风速传感器共用 1 根线接入主采集器，风向、风速缺测时可检查供电电压是否为 5V。风杯正常转动时风速信号电压为 2.5V 左右，静止时为 0.7V 或 4.5V，若风速信号电压与风杯转动情况不符时，可判断为传感器故障。风向数据缺测时，风向数值显示为 239（个别批次主采集器显示 237）。应依次测量并记录格雷码信号 D6-D0 电压值，电压在 4.0-4.5V 之间为高电平 1，在 0-0.7V 为低电平 0，使用二进制格雷码计算对应风向角度。（7）能见度数据缺测 按照与串口服务器供电相同顺序先检查充电控制器电源供电是否正常，还需检查升压模块是否工作正常，12V 供电升压为 24V，给能见度传感器供电。检查1100 采集器 12V 供电电压。（重启 1100 分采集器时，应同时对分采光电转换模块、串口服务器能见度光电转换模块同时进行重启。避免光电转换模块数据堵塞导致通信异常）。利用笔记本电脑接 1100 采集器 RS232-1 口，通过串口调试助手输入命令 GETDEBUG10!获取当前采样实时数据命令。输入 GETSECDATA!获取秒数据，输入GETMINDATA!获取分钟数据，输入 GETHOURDATA!获取小时数据。输入以上命令查看返回数据，判断分采集器是否正常。用 USB 转串口线直连能见度传感器，输入STA 命令查看能见度仪状态。（8）降水现象仪缺测 按照串口服务器供电相同顺序先检查充电控制器电源供电情况。用手放到降水现象仪器发射端与接收端中间看手上是否有红线，有红线则供电正常。（对降水现象仪光电转换模块、串口服务器降水现象仪光电转换模块同时进行重启。避免光电转换模块数据堵塞导致通信异常）。用 USB 转串口线直连降水现象仪传感器，输入 READDATA、READMDATA、RDSP 命令查看降水现象仪工作状况。（9）日照缺测 用万用表先检查日照接线排 9 红 10 黑供电是否正常。用 USB 转串口线直连日照传感器，输入 READDATA、AUTOCHECK 命令查看日照传感器工作状况。2 通讯及网络传输异常处理流程 2.1 观测场通讯故障 云高仪、能见度仪、降水类天气现象仪、辐射、主采集器、分采集器与综合集成硬件控制器通讯故障，应先检查各设备指示灯状态是否正常，如不正常应重中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 3 启相关设备，观察数据收、发指示灯状态和软件数据读取状态。如故障未解决，应更改设备连接综合集成硬件控制器的串口，在软件中同步匹配相应串口，再次观察通讯是否恢复正常。如故障仍未解决，应及时联系探测中心综合保障科技术人员维修，并配合完成后续工作。各主采集器、分采集器与传感器通讯故障时，应检查相关主、分采集器指示灯状态。使用万用表检查设备供电，确定供电故障节点。如非供电故障，检查传感器的输出信号，确定故障节点后进行相应组件的维修、更换等工作。以上各项具体操作应及时在ISOS软件、值班日记、天元平台中规范填写报修、维修等记录。故障解决后应保证更换后各设备安装高度、水平、方位等符合要求，同步更新现用仪器记录表检定证等信息。2.2 数据传输故障 应明确是本单位内部网络故障还是本单位网络与市局信息中心网络通讯故障，及时确认故障原因及可能影响时长。若为本单位网络故障，应联系本单位网络管理员解决故障。若为本单位与市局信息中心网络通讯故障，应联系信息中心技术人员解决故障。并在值班日记中作好记录。3 ISOS 业务软件工作异常处理流程 根据中国气象局气象探测中心要求，需做好主、备站 ISOS 软件升级，做好各类参数、观测数据和日志及时备份，定期重启计算机。当业务计算机出现故障无法解决时，应及时更换备份计算机。更换时应注意核对备份计算机的软件版本、参数设置、业务计算机与综合集成硬件控制器中虚拟串口是否匹配，查看网络连接 IP 地址、数据上传目录等项目是否正确。同时应注意备份计算机观测数据是否正常更新。按要求升级业务软件，升级过程中如果遇到软件运行故障，应暂停升级操作，将业务软件退回升级前的版本，保证数据上传。随后将软件升级故障情况及时上报观测预报处负责人员，待故障解决后再完成软件升级。以上各项具体操作完成后应确保数据正常采集、数据文件正常生成、BUFR 数据正常生成与传输。软件升级完成后需按规定填写各类日志、备注。4 地面观测维修工作流程 4.1 常规要素传感器故障 温度、湿度、气压、风向、风速、地温、草（雪）面温度、E-601B 型蒸发、雨量传感器及各辐射表等设备发生故障时，应按相关操作流程更换备件。为节省时间，雨量传感器可只更换备件的翻斗装置。深层地温、草（雪）面温度备件更换穿线时应注意保护草层。如果需更换备件本站无相应备件时，应及时联系探测中心综合保障科技术人员维修，并配合完成后续工作。4.2 云能天、称重降水、雪深观测仪器故障 云高仪、能见度仪、降水类天气现象仪、称重式降水传感器、雪深仪以及各主、分采集器、综合集成硬件控制器等设备发生故障时，应按相关操作流程更换备件。如果需更换备件本站无相应备件时，应及时联系探测中心综合保障科技术人员维修，并配合完成后续工作。以上各项具体操作应及时在ISOS软件、值班日记、天元平台中规范填写报修、维修等记录。故障解决后应保证更换后各设备安装高度、水平、方位等符合要求，同步更新现用仪器记录表检定证等信息。4.3 辐射仪器故障 当所有辐射数据均出现异常时，一般是辐射分采集器、辐射分采到综合集成硬件控制器的 CAN 线或防雷板出现故障，应及时联系探测中心综合保障科技术人员维修，并配合完成后续工作。当某一个辐射数据出现异常时，需考虑是否是辐射表故障或者辐射表到分采集器信号线的故障，应及时联系探测中心综合保障科技术人员更换传感器。4.4 业务计算机故障 业务用计算机应定期重启和除尘，不可随意连接移动存储设备，拷贝数据使用专用移动存储设备完成。如果遇到计算机故障时，应及时更换备份计算机，保证数据正常上传。业务数据应定期备份（至少每个月备份一次，建议每周备份一次）。更换业务计算机时，应至少保证更换前两日的完整数据。5 元数据填写格式举例 5.1 滞后降水（1）滞后未超 2 小时 例：8 时 10 分降水现象停止,因传感器翻斗滞后，中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 4 8 时 30 分有 0.1 毫米的降水量，将该量累加到 8 时 10分。（2）滞后超过 2 小时 例：因传感器滞后，16时05分有0.1毫米降水量，因滞后时间超过 2 小时，将该量删除。5.2 小时蒸发量异常（1）因降水，XX 时蒸发量异常，按 0.0 处理。（2）XX 时蒸发量异常偏大，用备份站数据代替。（3）XX 时蒸发量异常偏大，备份站数据也异常，用前后两小时数据内插求得。5.3 清洁仪器 温度、湿度、雨量、能见度镜头、天气现象仪附属能见度镜头。（1）若未影响时极值 例：9 时 20 分-9 时 50 分清洁仪器。9 时 30 分-9时 31 分维护温、湿度传感器，影响 9 时 31 分-9 时 44分温度,9 时 32 分-9 时 45 分湿度分钟数据不正常，按缺测处理，小时极值及出现时间从实有记录挑取，不影响日极值；9 时 22 分-9 时 27 分清洁能见度仪镜头、9 时 26 分-9 时 28 分清洁天气现象仪，期间分钟数据缺测，不影响正点值，小时最小能见度及出现时间缺测处理。例：9 时 10 分-10 时 20 分清洁（或校准）翻斗雨量传感器，期间无降水，缺测时段分钟、小时数据处理为空白。（如不跨小时，不用写小时数据）（2）若影响时极值 例：9 时 20 分-9 分 50 分清洁仪器。9 时 30 分-9时 31 分维护温、湿度传感器，影响 9 时 31 分-9 时 44分温度，9 时 32 分-9 时 45 分湿度分钟数据不正常，按缺测处理，影响小时最高温度、最小相对湿度及出现时间，缺测处理，不影响日极值。例：9 时 40 分-9 时 50 分清洁能见度仪镜头和清洁天气现象仪附属能见度镜头，期间分钟数据缺测，影响 10 时能见度异常，按缺测处理，不影响日极值。例：10 时 10 分-11 时 20 分能见度故障，11 时能见度用备份站观测值代替。若无自动记录代替，按缺测处理。5.4 数据替代 例：8 日 9 时 160CM 地温数据异常，用 08:55 记录代替；14 时 160CM 地温数据异常，用 14:02 记录代替；9 日 10 时 160CM 地温数据异常，用备份站记录代替；15 时 160CM 地温数据异常，因备份站数据也异常，用前后两定时数据内插求得。5.5 地面温度传感器被积雪覆盖，草雪面温度观测切换的备注 例：20 日 8 时 20 分-22 日 13 时 40 分地面温度传感器被积雪覆盖。例：21 日 9 时 20 分-18 时 50 分草面温度传感器置于雪面观测；或 2 日 8 时 10 分-5 日 12 时 20 分草面温度传感器置于雪面观测。5.6 高能耗设备断电致数据缺测的备注 例：10 时 23 分-10 时 40 分观测场切换市电，影响云、能见度、天气现象分钟数据，按缺测处理，不影响定时数据。5.7 更换仪器设备的备注 需备注更换时间，仪器号码、型号、检定日期、生产厂家，以及影响时段数据的处理方法。例：14 时 09 分-14 时 51 分更换 E601B 型蒸发传感器探头，换下 NO.12010，换上 NO.15101220271，型号 AG2.0，检定日期 2015 年 10 月 14 日，厂家：中环天仪（天津）气象仪器有限公司。15 时蒸发量用备份站代替。5.8 观测场设备每两年定期检定的备注 原则“详细清楚，同类合并，简洁概括”。例：10 时 08 分-11 时 29 分检定自动站，影响 10时 08 分-10 时 43 分气温、湿度，11 时 17 分-11 时 29分风向、风速，10 时 09 分-11 时 36 分 40cm、80cm、160cm、10 时 10 分-11 时 36 分 320cm 深层地温分钟数据不正常,按缺测处理，11 时最高气温、最小相对湿度、12 时最大极大风向风速及出现时间从实有记录挑取，11 时深层地温用备份站数据代替，不影响日极值；现场调校气压传感器，在标准值范围内。具体更换仪器为：湿度，换下 NO.H18110035，换上 NO.TK4920027，型号 HMP155A，检定日期 2016 年 4 月 20 日，厂家:华云升达（北京）气象科技有限责任公司；风向，换下NO.14030270287，换上NO.14030270308，型号EL15-2C,检定日期 2016 年 4 月 19 日，厂家：中环天仪股份有限公司；风速，换下 NO.14020760090，换上 NO.17229，型号 EL15-1C,检定日期 2016 年 4 月 19 日，厂家：天津气象仪器厂；深层地温 40-320cm 依次为换下中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 5 NO.150005、150008、150049、150061，换上 NO.TKA51176、TKA51193、TKA51374、TKA51206，型号 HY-T25，检定日期 2016 年 4 月 21 日，厂家：华云升达（北京）气象科技有限责任公司。5.9 冻土器安装停用的备注 例：今日安装并开始使用冻土器观测冻土。例：今日停止使用冻土器。5.10 换季降水、蒸发设备切换的备注 例：例：夏冬：今日停止使用 E-601B 型蒸发传感器，停止使用 SL3-1 型翻斗式雨量传感器，改用称重式雨量传感器测量自记降水量。冬夏：今日启动 E-601B 型蒸发传感器进行蒸发量观测；启用 SL3-1 型翻斗式雨量传感器测量自记降水量，称重式雨量传感器作为备份。注：降水设备切换时，还需填写“仪器距地或平台高度”，此项在 MDOS元数据信息处理台站变动登记仪器，栏目按页面填写说明具体填写。5.11 备注填写 清洁仪器、仪器切换、设备启用停用等除填写 MDOS元数据备注，仍须在 MOI 值班日志中记录。6 结束语 地面气象观测技术为全国各省市监测天气变化、预防气象灾害以及分析气候变化规律提供了重要的依据,同时也为天气预报和重大气象服务保障提供了有效的数据支撑。因此,确保观测设备不带病运行、及时排除设备故障、定时定期进行设备维护等措施对于提升地面气象观测数据的可用率和观测设备的稳定运行率至关重要。请各位观测员在今后的日常工作中务必做好观测设备的维护维修工作，共同促进地面观测业务早日实现自动化，全力保障气象事业高质量发展。参考文献 1张峻鋮.地面气象观测仪器常见问题及管理维护方法J.现代农业科技,2015(17).2张明,于宛男,邢丽元.地面气象观测仪器常见故障诊断及日常维护J.河北农机,2021(12).3郭雪霞.地面气象观测仪器常见故障及维修维护J.农业开发与装备,2019(06):45-50.