民航自动气象站故障统计分析与维护维修

张双伟

摘 要：本文根据中国民用航空局空中交通管理局下发的气象运行信息附件中的民航空管系统气象装备运行情况，对2014年12月至2019年6月共计55个月的民航空管系统气象装备运行情况中的自动气象观测系统故障情况进行了梳理，筛选了关于自动气象站故障的237个条目，整理并归纳了自动气象站故障的现象和原因，并用饼状图方式直观地展示了自动气象站故障的特点。最后根据这些特点提出了一些关于自动气象站维护维修的建议，为保障民航自动气象站正常工作提供有效支持。

关键词：自动气象站;故障;维修

中图分类号：P415.12文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）29-0155-04

Abstract： According to the weather equipment operation status of the civil aviation management system in the meteorological operation information appendix issued by the Air Traffic Management Bureau of CAAC， this paper sorted out the failure of the automatic weather observation system in the operation of the weather equipment of the civil aviation management system for 55 months from December 2014 to June 2019， screened 237 items about the failure of automatic weather station， sorted out and summarized the phenomena and causes of the failure of automatic weather station， and visually demonstrated the characteristics of the failure of automatic weather station by means of a pie chart. Finally， based on these characteristics， some suggestions on the maintenance and repair of automatic weather stations were put forward to provide effective support for ensuring the normal operation of civil aviation automatic weather stations.

Keywords： automatic weather station;failure;maintenance

自动气象站是民航自动气象观测系统的重要组成部分，主要为空管、机场、航空公司等用户提供机场范围内实时的风向、风速、气压、温度、湿度、雨量等六要素数据。自动气象站常见的结构如图1所示。

各个用户可以根据实时天气状况来调整业务。比如，塔台用户可以根据风向风速的变化，调整跑道起降方向;航空公司根据降雨大小决定是否起降等。因此，保障自动气象站工作正常是气象机务人员的重要工作之一。

中国民用航空局空中交通管理局下发的气象运行信息附件中有民航空管系统气象装备运行情况统计，在自动气象观测系统部分中列出了当期所有上报的自动气象观测系统的故障与异常情况。本文對自2014年12月至2019年6月共计55个月的民航空管系统气象装备运行情况中的自动气象观测系统故障情况[1]进行了梳理和筛选，挑出关于自动气象站的故障信息，并进行统计分析。

1 自动气象站故障统计分析

在相关气象运行信息附件中，民航空管系统气象装备运行情况统计没有固定的格式，只是大概描述了故障的时间、地点、故障原因和解决方法。有的只简单写了故障，并没有写故障原因和故障解决办法。因此，笔者对这些故障进行了初步筛选，将涉及自动气象站六要素数据部分、全部丢失或者中断的故障挑选出来。为使分析更有针对性，根据自动气象站框图，本次统计丢弃了室内交换机服务器等原因导致的自动站数据中断或者丢失（交换机服务器出现故障时的所有自观数据，包括自动站数据、能见度数据、云高仪数据等）的条目，丢弃了一些故障描述比较简单、未注明原因的条目，最后列出了55个月内关于自动气象站的237个故障。

本文根据自动气象站框图将故障现象分类如下：如果是自动站六要素数据全部中断或者丢失的，则称为整体故障;如果是风向风速数据中断、异常的，则称为风向风速故障;如果是温湿度数据中断、异常的，则称为温湿度故障;如果是雨量数据中断、异常的，则称为雨量故障，如果是气压数据中断、异常的，则称为气压故障。

对各个故障数量进行统计并做成饼状图，如图2所示。

从图2可以看出，自动气象站故障中，整体故障数量有133次，占比56%;风向风速故障有76次，占比为32%;雨量故障有15次，占比为6%;温湿度故障为11次，占比为5%;气压故障有2次，占比为1%。从百分比可以看出，自动站最容易出现的故障就是整体故障，也就是六要素数据全部丢失或者中断。在单要素故障中，风向风速故障次数最多，占比为32%。

接着，对133次自动站整体故障的原因进行分类和统计，结果如图3所示。

从图3可以看出，在133次自动站整体故障中，断电引起的故障有57次，占比为43%;通信线路加上通信设备合计的通信故障有58次，占比为44%;雷击引起的故障有10次，占比为7%;数据采集器故障引起的自动站故障有8次，占比为6%。

在断电原因里，有部分断电也是因为雷击造成的开关跳闸或者雷击造成电源模块损坏，如果将这部分雷击故障次数合并到雷击原因中，则雷击次数增加7次，共计17次雷击引起的自动站整体故障。

经过仔细查看故障原因，笔者发现，有一个因素比较特殊而且比较常见，需要引起大家重视，那就是施工导致的自动站故障。近些年，很多机场一直忙于扩建，施工不断，很容易造成供电线路，通信线路被挖断导致自动站数据中断。其中，施工挖断供电导致故障5次，施工挖断通信线缆导致故障15次，在整体故障中，其占比为15%。整体故障施工原因统计结果如图4所示。

自动站故障现象排名第二的是风向风速故障，占比为32%。对其故障原因进行分类和统计，结果如图5所示。

从图5可以看出，风向风速自身传感器故障有32次，占比为42%;由于鸟类对传感器的干扰造成的数据中断或者异常有14次，占比为18%;通信故障有14次，占比为18%;下雪或者冻雨导致的风向风速传感器结冰造成的数据中断或者异常有8次，占比为11%;雷击导致的风向风速数据中断有5次，占比为7%;机械风处理风向7位格雷码的QMI118故障有2次，占比为3%。

对于雨量故障，原因比较简单，基本上是传感器故障或者雨量筒内有杂物堵塞，造成的雨量数据中断或者误差较大。

对于温湿度故障，原因也比较简单，基本是传感器自身的原因造成的温湿度数据中断或者误差比较大。

相对来说，气压故障比较少，仅有两次。一次是气压传感器静压孔进入虫子导致气压数据异常，一次是服务器端软件故障导致的气压数据中断。但由于气压数据的重要性，在《空管系统不安全事件标准》中，气压值误差在3 hPa（含）以上即为气象严重差错，需要引起大家的重视。

2 维护维修

根据以上故障现象和故障原因的统计和分析，可以有针对性地采取措施来维护维修自动气象站，以保障其正常工作。

2.1 整体故障

对于整体故障，根据原因分析，其主要有四类，分别是供电、通信、雷击和数采器。下面分别给出维护维修的建议。

针对供电原因，对于还未配置UPS（不间断电源）的，须尽快配置，这样在市电中断时，可以用UPS电池来供电，为机务员联系供电部门尽快恢复市电争取时间。

对于已经配置UPS的，须每年在自观设备换季维护过程中进行深度放电来检查UPS是否能正常工作。特别是对于使用时间接近5 a的UPS电池来说，放电测试极为重要，因为铅酸电池使用的寿命基本上为5 a左右。

针对通信原因，设备维护部门平时应做好通信设备的备件工作，对于重要的通信设备，如光端机、串口服务器、光纤收发器等，应购足备件，如遇通信设备故障，直接换上备件即可。对于通信线路，维护部门应熟知设备线路位置，并在线缆地面上设置显著标识，防止施工或割草等造成通信线路被挖断或者割断。

针对雷击，根据民用航空机场气象台建设指南，风杆高度为10 m[2]，基本上为附近设备中的最高点，如果避雷针安装不合理或者位置不对，就容易造成风向风速传感器被雷击，进而造成风行风速传感器故障甚至自动气象站整体击坏。所以，要仔细检查风杆顶部避雷针安装是否规范，是否高于风向风速传感器，同时必须请专业的防雷检测机构定期进行防雷检测，检测防雷端子是否失效、防雷接地是否符合标准、防雷接地电阻是否大于10 Ω等[3]。

数据采集器相当于自动站的CPU，如果数采器故障，就会导致整个自动站的数据中断或者丢失[4]。所以，平时要购买数采器的备件，如果遇到数采器死机或者故障，可以对其直接进行重启或者更换备件。

2.2 风向风速故障

根据风向风速故障原因统计，主要有传感器自身故障、鸟扰、通信故障、结冰、雷击等。

由于风向风速传感器自身故障比较多，所以无论使用的是机械风还是超声风传感器，平时均应备足备件，如果遇到传感器故障，可以直接放倒风杆进行更换。

对于鸟扰，可以与机场防鸟部门联系，增加驱鸟频率，或者在自动站设备旁边增加驱鸟装备，如空气压缩炮等，对鸟进行驅赶。也可以向厂家选购防鸟装置，减少鸟类对风向风速传感器的干扰。

对于通信故障，要做好平时的设备维护。在设备周维护、月维护或者换季维护过程中，应重点检查传感器连接头、连接线等是否有老化、生锈的迹象，特别是连接头如果平时密封不严，极易造成里面的针脚生锈而导致连接中断。

在北方地区，如果有冻雨或者连续下雪，无论是机械风还是超声风，在发现风向风速数据异常情况时，要放倒风杆，检查是否有结冰，并进行除冰操作。不过，除冰只能治标，不能治本。北方地区应该选择带有加热功能的风向风速传感器，这样在气温较低时可以通过加热来除去传感器表面的积冰或者积雪，保证传感器正常工作。

2.3 其他

对于温湿度、雨量故障，平时应备足备件，如果出现故障，直接更换即可。在设备维护过程中，应检查雨量筒里是否有杂物，如果有树枝、尘土等杂物，应及时清理，避免下雨时堵塞雨水而造成测量值不准。

3 结论

从以上自动气象站故障统计分析中可以看出，在日常值班时，如果碰到自动气象站故障，不需要惊慌失措，做好信息通报后，可以根据现象进行判断，确定其是六要素整体故障还是单个要素故障。如果是整体故障，则依次检查供电是否正常，数采器状态是否正常，如果均无异常，则开始检查通信线路是否异常，包括通信设备工作是否正常、通信线缆是否存在被挖断等情况。如果是单个要素故障，则检查传感器环境是否异常，如鸟群存在、雨量筒杂物较多，然后检查传感器自身是否损坏、通信线缆是否老化或连接松动等，如果传感器出现故障则迅速更换备件，如果线路异常则及时重新连接线缆。平时，设备维护人员需要购足备件，做好周维护、月维护、换季维护等，这样才能减少自动气象站故障的次数，保障自动气象站工作正常。

参考文献：

[1]中国民用航空局空中交通管理局.民航局空管局气象运行信息（2014年12月至2019年6月）[Z].2019.

[2]中国民用航空局空管行业管理办公室.民用航空机场气象台建设指南（AP-117-TM-2012-01）[Z].2012.

[3]祁卓平.自动气象站防雷技术问题及其措施分析[J].科技风，2020（14）：30.

[4]姚净.新型自动气象站的常见仪器故障及维修维护[J].南方农机，2020（9）：245.