景德镇市区域自动气象站故障分析及处理流程

俞景璞

摘 要：为提高区域自动气象站的气象观测质量，结合2020年江西省景德镇区域自动气象站共107次维护维修工作，总结故障原因，完善處理流程。景德镇区域自动气象站型号驳杂，共有7种型号，分别来自3个厂家;大部分设备已使用超过10年，老化严重，给维修维护、备件采购与备件管理等工作带来了很大困难;另有25套自动气象站未落地，影响气温等数据的准确性;主要有电量不足、通信卡欠费、雨量异常、通信模块死机和采集器故障5种故障情况。针对这种情况，可以从客户识别模块（Subscriber Identity Module，SIM）物联卡的管理机制、改造供电系统、改善设备老化情况、建立调试平台以及设定故障处理流程等途径来进行有效解决，从而提升气象监测质量，为气象防灾减灾工作提供更加准确、及时的数据支撑。

关键词：区域自动气象站;气象服务;故障;维修

中图分类号：P415.12 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）18-0135-04

Abstract： In order to improve the observation quality of regional automatic weather station， this paper summarizes the fault causes and puts forward the treatment process combined with the maintenance work of 107 Jingdezhen regional automatic weather station in 2020. The main conclusions are as follows： the models of Jingdezhen regional automatic weather station are diverse， including 3 manufacturers and 6 models， most of which have been used for more than 10 years， and are seriously aging， which seriously affects maintenance， spare parts procurement and spare parts management. The accuracy of 25 sets of landing temperature data is not affected. The failure causes mainly include battery power shortage， communication card arrears， abnormal rainfall， communication module crash and collector failure， which can be effectively solved from the management mechanism of SIM IOT card， transformation of power supply system， transformation of equipment aging， establishment of commissioning platform and setting of fault handling process， so as to improve the monitoring quality and provide accurate Timely data support.

Keywords： regional automatic weather station;meteorological services;fault;repair

景德镇市位于江西省东北部，坐落于黄山、怀玉山余脉与鄱阳湖平原过渡地带，是江西省的暴雨中心之一，且强冷空气、大雪、大风以及冰雹等灾害性天气时有发生。为了满足防灾减灾的需求，景德镇市气象局在辖区内设有区域自动气象站61个。区域自动气象站是国家气象观测站网的重要补充，多年来由于仪器、天气、人为等因素，仪器故障或数据异常情况时有发生，对数据传输和数据质量造成了较大的负面影响。特别是近3年来，数据传输率和数据可用性明显偏低，已经影响到景德镇市防灾减灾工作的正常开展。分析原因，采取相应的解决措施，提高区域自动气象站的观测数据质量，是景德镇气象人当前的重要工作。

对于区域自动气象站的维修、维护，国内许多专家都进行了研究。杨万忠等阐述了自动气象站仪器设备故障分析及处理方法，总结了管护建议及日常维护流程[1]。田世芹等利用山东省123个国家级新型自动气象站2016年1—12月的故障记录资料，对新型自动气象站常见故障情况进行了统计分析[2]。沈玉亮详细介绍了DZZ3型自动气象站的故障处理流程和方法以及设备的维护方法，并指出主采集器与地温分采集器接地点之间存在电位差会导致气象站地温数据异常的问题[3-5]。夏元彩等汇总分析了综合气象观测系统运行监控平台的维修记录，简单介绍了DZZ4型自动气象站系统结构，说明了系统及各个传感器的日常维护工作和需要注意的事项，并针对采集器、电源、传感器等方面出现的故障提出了相应的解决方法[6]。以上研究都为自动气象站维修、维护工作提供了参考和依据。本文尝试对景德镇市区域气象站的维护、维修过程进行分析、总结，破解当前的难题，提出解决方案，全面提高监测数据的可用性、传输率和准确率。

1 资料来源与研究方法

一是通过收集站点基本信息、全景照片、备件情况以及设备参数等，建立本辖区内区域自动气象站信息档案。二是对2020年景德镇市区域自动气象站故障信息进行分类收集，统计分析区域自动气象站故障特征，分析时间、环境、设备以及网络对自动站故障产生的影响，建立完善的区域自动气象站故障判断、修理、处理与维护的管理制度和工作流程。

2 景德镇区域自动气象站的现状

2.1 类型驳杂

景德镇市共有区域自动气象站61套，其中7套华云CAWS100，29套CAWS600-RT（RE），19套上海长望DZZ3，2套江苏无锡DZZ3，2套ZQZ-A，2套ZQZ-BH。区域站型号分类统计，如表1所示。表2为景德镇市区域自动气象站各种备件的制造厂家分布。从表2可以看到，景德镇市区域自动气象站型号驳杂，共有来自3个不同厂家的7种型号，给维修维护、备件采购、备件管理等方面造成了较大困难。

随着区域自动气象站使用时间的增加，区域自动气象站型号驳杂的弊端凸显，并逐步成为区域自动气象站维护维修、备件采购、备件管理的一大顽症。景德镇市气象局曾多次采取措施解决这一问题，但收效甚微。

2.2 气象自动站老化情况严重

表3为景德镇市区域自动气象站的建设年份情况统计。2010年以前建成并投入使用的自动气象站共计30套，占全部站点数的49.18%;2010—2015年建成并投入使用的自动气象站共计20套，占全部站点数的32.79%;2015年以后建成并投入使用的自动气象站共计11套，占全部站点数的18.03%。

由表3可以看出，景德镇市区域自动气象站大部分都建成使用超过10年，有的站点甚至已经使用超过15年，数据采集器、传感器、电子元件等部件存在严重的老化情况，对数据的采集传输和准确性影响较大。

2.3 自动站落地情况

图1为景德镇市区域自动气象站的安装地点（地面、楼顶）分布。从图1可以看到，全市61套自动气象站中36套安装在地面，其余25套安装在楼顶。通过对比几个距离较近、地理环境类似的站点在同一时间段（2020年内）观测到的气温数据发现，安装在楼顶的站点比安装在地面的站点观测的平均气温明显偏高。如表4所示：位于楼顶的荷塘乡自动气象站的年平均气温为18.9 ℃，较同一地点的地面站高出1.22 ℃;位于楼顶的吕蒙乡站较官庄村站平均气温高出1.77 ℃;山田水库站位于温差较小的湖面附近，但平均气温也高于月亮湖站0.32 ℃。

可见，过去为了安装管理的方便，部分区域自动气象站直接安装在了乡镇府大楼的楼顶，导致这些站点的气温观测值明顯偏高，一定程度上影响了观测质量。所以，对这些自动气象站进行落地改造，将会成为今后一段时间的工作重点。

3 景德镇区域自动气象站故障判断与分析

2020年，景德镇市铁塔公司运维人员全年共计完成107次对各个自动气象站的站点维护维修工作。图2为景德镇市区域自动气象站的故障原因统计，主要有供电不足、通信卡欠费、雨量异常、通信模块死机和采集器故障5种情况。

电源故障即电池缺电情况占故障总数的27%。电源系统由太阳能板、蓄电池、充电控制器等部分构成。目前，所有站点所用的太阳能板供电功率均为18～36 W，而使用的电池都是铅酸电池，电池容量为72 Wh（6 V、12 Ah）～900 Wh（12 V、75 Ah），因此充电时间一般需要6～25 h。长时间阴雨天气将导致设备供电不足，无法正常使用。

通信卡欠费情况占故障总数的24%，主要是由于SIM物联卡管理混乱而导致的。很多站点与SIM物联卡信息不匹配，未能将正确的SIM物联卡纳入移动红名单，从而导致物联卡欠费，使得数据无法正常传输。不能正常获取站点所使用SIM物联卡的资费信息，也就无法向SIM物联卡发送远程参数设置指令，解决通信模块参数跳变的情况。近年来发现SIM物联卡往往会发生自然损坏的情况，因此需要定期更换新的物联卡来保持正常通信。

雨量异常的情况占故障总数的22%。雨量传感器中的计数翻斗每积累0.1 mm的雨水会自动翻转一次。翻斗中间的磁铁划过干簧管接点出现瞬间闭合，发射出一个电信号，计数为1。雨量异常分为雨量偏小和雨量偏大两种情况。与周边区域自动气象站比较，雨量偏小时，应当先检查计数翻斗以上的部件是否有堵塞情况，再用万用表检查干簧管是否损坏。如果有堵塞情况，及时进行清理即可正常工作。如果是干簧管或连接线路出现断路或短路，需及时维修或直接更换干簧管和传感器延长线。

通信模块死机的情况占故障总数的20%。通信模块主要由天线、通信模组和SIM卡组成。仪器、设备的长时间运行，导致该故障的发生频率有上升趋势。

采集器故障的情况占故障总数的7%，主要是区域自动气象站设置区域的自然环境恶劣导致的。随着运行时间的延长，日晒、雨淋等因素会导致设备线路老化、焊点脱锡、元件生锈等。此外，雷击也会造成采集器故障。

4 景德镇市区域自动气象站故障解决办法

根据以上分析，在处理区域自动气象站的各种问题与故障时，建议采用如下方式解决。

4.1 加强SIM物联卡的管理

建立SIM物联卡管理机制。一是更换现有的所有SIM卡;二是确保每个站点对应一张SIM物联卡;三是确保所有SIM物联卡都开启必要的短信、网络等功能;四是每年完成一次SIM物联卡登记管理工作，向移动公司提供正确的SIM物联卡红名单，保证所有在用的SIM卡都能够正常使用;五是保证有2～3张备用的SIM物联卡，在SIM物联卡损坏时可以及时更换调试，便于维护工作的开展。

4.2 改造供电系统

更换现有设备的太阳能供电系统，采用功率更大的太阳能供电系统。更换站点所使用的铅酸电池，使用蓄电量更大、体积更小、寿命更长的锂电池。

4.3 改善设备老化情况

电子元件的老化现象比较严重，建议在站点的原基础上，根据具体情况，对采集器、裸露在外的电子元件、数据传输线等进行更换。

4.4 加强备件管理

建立并完善区域自动气象站备件管理制度，建设备件仓库并安排专职人员进行管理，做出详细的月度、季度、年度备件管理报告，做到备件数量、型号明确，出入库登记清晰。

4.5 建立调试平台

建立市局区域自动气象站调试平台，在平台上先行调试好区域自动气象站设备。当故障发生时，直接使用调试好的设备直接进行替换，大大加快故障处理速度，提高设备运行效率。

4.6 加强维护、维修等工作的登记

现场维护时间短，若没有做好对设备更换时间、具体故障原因、探测环境保护情况、出现故障的具体站点以及设备配件具体的使用运行时间等数据的记录，后期会出现无法分辨的问题。针对这种现象，可以利用互联网等技术，在现场及时采集相关数据并录入数据库进行分类保存，以确保维护要素、信息的全面、准确。

4.7 完善故障处理基本流程

4.7.1 监控与报警。现有工作人员应对全市站点进行监控，于每日09：00、15：00對所有站点情况进行通报，并对故障报警信息进行甄别，及时向维护维修人员提供详细信息，便于维修人员快速对故障进行排查、分析。

4.7.2 故障分析与排查。根据前期故障及维修记录，可将故障分为3大类：①设备未上线;②设备已上线，但无数据上传;③要素缺测或异常。针对设备未上线的情况，排查流程为：①SIM物联卡是否欠费;②电池供电是否充足;③通信模块是否死机或参数跳变等。针对设备已上线但无数据上传的情况，排查流程为：①SIM物联卡短信功能能否正常使用;②网络功能是否开启;③采集器是否故障;④各传感器数据是否正常传输给采集器等。针对要素缺测或异常的情况，需排查传感器是否故障、传感器的现场环境是否正常等。

5 结论

结合2020年景德镇区域自动气象站点共107次维护维修工作，分析故障原因，总结处理流程，主要结论如下。

①景德镇市区域自动气象站型号驳杂，共有来自3个不同厂家的7种型号。设备老化现象严重，大部分都建成使用超过10年，对数据的采集传输和准确性有很大影响。

②景德镇区域自动气象站的故障主要有供电不足、通信卡欠费、雨量异常、通信模块死机和采集器故障5种情况。

③可以从加强SIM物联卡的管理机制、改造供电系统、改善设备老化情况、建立调试平台、完善故障基本处理流程等方面，解决区域自动气象站的故障情况。

区域自动气象站正常运行时可以精密监测到所在区域的气象灾害发生情况，对保障人民的正常生活、生产起到了关键作用。对于运维人员，要提升其业务素质和技能水平，提高工作要求和责任意识，加强自动气象站巡检力度，做好区域自动气象站的日常维护与保障工作，才能确保气象监测数据的准确性和有效性，为防灾减灾提供及时、准确的信息支撑。

参考文献：

[1]杨万忠，周志鹏.自动气象站仪器设备保障及维护技术研究[J].农村实用技术，2021（2）：174-175.

[2]田世芹，王峰.新型自动气象站常见故障统计分析与日常维护[J].广东气象，2018（3）：65-67.

[3]沈玉亮，方海涛，陆斌，等.DZZ3型自动气象站常见故障的处理方法[J].气象水文海洋仪器，2018（2）：80-86.

[4]沈玉亮，张元刚，陆斌，等.DZZ3型自动气象站一次地温数据异常的处理过程[J].成都信息工程大学学报，2018（2）：149-154.

[5]沈玉亮，方海涛，陆斌，等.浅谈DZZ3型自动气象站的设备维护[J].气象水文海洋仪器，2018（1）：86-92.

[6]夏元彩，李峰，徐鸣一，等.自动气象站的故障维修与日常维护[J].气象水文海洋仪器，2018（1）：93-96.