区域自动气象观测站信息系统检测维修分析

汪 军,李泽梅，饶传新，陈 星

(宜昌市气象局，湖北 宜昌 443000)

1 引言

区域自动气象观测站(以下简称区域站)作为地面气象监测手段之一，在人们的日常生产生活中发挥着越来越显著的作用，及时检测维修保证区域站的正常运行，是使其发生重要作用的前提，也是每个维修人员的职责所在。本文以ZQZ-A型为例，总结了一些简单易行的故障判断方法，可为快速排除区域站故障提供借鉴。

2 区域站概况

2.1 区域站的概念

因国家原有气象观测网越来越不能满足频繁发生于中小河流的洪涝及山丘区山洪灾害以及易灾地区生态环境综合治理气象监测需求。作为国家地面气象观测网的补充，同时为了满足气象服务的需要，全国各地相继建成了很多以不同观测要素自动气象站布设的区域气象观测站，简称区域站。

2.2 我国区域站的现状分析

2.2.1 数量庞大，分布较广

据国家气象业务内网数据显示，截至2020年2月全国建成各类站点(设施)总数量为90122个，其中区域站就有80086个，占全部站点数量的比例达到了88.86%；2016年底31个省(区、市)城乡覆盖率达到了96%。高覆盖率为社会生产生活提供了更精密的气象监测，特别在暴雨、山洪、滑坡、泥石流的预警上作用尤为显著。

2.2.2 型号多，生产厂家多，标准不统一

据不完全统计全国主要区域站型号达到了20种，生产厂家达到12个。区域站型号多，生产厂家多，技术离散，通用性差，检测维修方法各异。诸多的不同，虽然数据上传到中心站解码后能形成统一数据格式，但是给广大一线检测维修人员带来不小难度。检测维修人员必须撑握不同厂家不同型号的检测维修方法，所幸的是，一个省一般主要采用一两个厂家的产品。

2.3 及时维修区域站保证正常运行的意义

区域站能全天候24 h在线提供分钟级的实时温度、湿度、风向、风速、降水、气压等常规气象数据，高密度区域站的建成组网运行为气候分析、天气预报、气象服务提供了更有力的支撑，特别在局部地区天气监测、防灾减灾中发挥着不可或缺的作用，所以保证区域站正常的运行显得尤为重要。

3 检测维修思路分析

从终端构成上看区域站基本由传感器部分、数据采集部分、通信部分、供电部分组成。只要能简单有效地分别判断出4个部分是否存在故障，就能针对性地采取措施排除故障，恢复正常运行。湖北省主要使用无锡和华云生产的设备。无锡的主要有ZQZ-A和DZZ4型，华云主要有HY-321和HY-361型，本文以湖北省使用数量最多的无锡ZQZ-A型为例,分别介绍4个部分的故障判断检测维修方法。

4 ZQZ-A型区域站检测维修

ZQZ-A型区域自动气象站结构分为四大部分：传感器、数据采集器、通信模块、电源和安装结构件等组成。整机(含传感器、采集器、GPRS 通信模块)平均功耗：二要素以下0.6 W、四要素0.7 W、六要素1 W。系统构成见图1。

图1 系统构成示意

4.1 电源部分

供电系统主要由太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池、保险和防雷设备。充放电控制器是整个供电部分的关键。ZQZ-A型早期多采用德国伏科控制器，该控制器具有充电显示、蓄电池电压显示、负载状态显示和充放电保护等功能，正常的负载输出直流电压应该在11.8～13.8 V之间。供电部分的故障可从充放电控制器运行状态指示灯进行判断。如表1所示。

表1 充放电控制器运行指示灯状态说明

需要特别强调的是当电池电压达到11.5 V时，控制器为了保护蓄电池过度放电，切断正常负载输出(负载灯亮)，当蓄电池电压达到12.5 V时，负载将重新接通(负载灯灭)。过放保护生产的现象是资料间歇性缺失，可通过采集器整点数据读取命令查询。过放保护的原因多数是长时间阴雨天气或蓄电池老化续航时间变短。过放严重的蓄电池，接在太阳能充电控制器里，负载灯也会亮，这与正常的过载保护的区别是，控制器与蓄电池之间没有充电电流。

4.2 通信部分

ZQZ-A型区域站采用CDMA DTU或GPRS DTU构建全透明传输、永远在线的无线数字数据专用网络，早期多采用宏电7118模块，现在有8118和9118模块。更换通信模块前需要进行正确的配置，主要是DTU识别号、DSC的ip地址和端口号。7118模块还要进行通信端口波特率的匹配。通信模块正不正常可通过表2判断。

表2 各通信模块运行指示灯的状态及意义

造成通信不正常除了参数配置错误外，还有通信卡欠费停机、注销、损坏，通信信号弱和不稳定，可在现场把通信卡插到带有上网功能的手机上在2G模式下进行上网和发短信测试排查。短期单纯通信故障不会造成采集器中数据文件间歇性缺失，通信恢复后系统也会补传在中断期间未传的数据。排除以上主要原因如果通信还是不正常，多数是通信模块问题，需要更换模块。

4.3 采集器部分

ZQZ-A数据采集器是一个具有多个数据通道的连续测量系统，可存贮1个月的正点数据及7 d以上的加密数据。采集器部分现场故障排查，请先将通信模块的连接扁线脱开，然后再通过笔记本或手机连接采集器调试端口(通信参数为4800,e,8,1)读取采集器里的小时数据和分钟数据,这是判断采集器乃至通信、电源、传感器故障最有效的手段。ZQZ-A读取小时和分钟数据的命令是pre，只要有完整正确的数据基本可排除采集器故障。详见图2。

图2 pre命令及返回数据格式说明

4.4 传感器部分

ZQZ-A可选接温度、湿度、风向、风速、雨量、气压常规6要素。翻斗雨量传感器使用比较普遍，现场可在承水漏斗处加适量的水，检查各层翻斗是否灵活翻转。同时可用万用表蜂鸣档在两个接线柱上检查干簧管是否工作正常，计数翻斗每翻动1次，万用表应发出1次蜂鸣声。风向风速在现场主要看是否转动灵活。铂电阻温度传感器使用也比较普遍，现场可用万用表200 Ω电阻档测量四线中电阻最大的一对线，其电阻值应在80～140 Ω之间，分别对应温度-50～80 ℃，然后用公式T=(R-100)/0.385计算出测量的温度与现场实时温度估计值进行比较，如果相差特别大，就需要更换温度传感器。以上方法只针对在现场进行初略的检测判断，各传感器比较精密的检测需用专业的仪器进行检定。

5 结语

我国区域站虽然型号众多，运用的技术和规格各异，但从终端构成上看基本由传感器、数据采集器、通信和供电部分组成。在日常检测维修时首先对有指示灯的部分注意观察指示灯不同的状态及其代表的意义，这是最简单最直接最有效的方法，如果问题比较复杂就借助万用表和笔记本电脑以及相关命令进一步判断。只要借鉴本文中检测维修思路，无论何种型号的区域自动气象站，基本上都能迅速排除绝大多数故障。