HY-WP1A视频天气现象仪故障处理方法*

陈立峰，何邦太，胡园春

(1.枣庄市气象局，山东 枣庄 277100;2.郓城区气象局，山东 郓城 274700；3.峄城区气象局，山东 峄城 277300)

HY-WP1A视频天气现象仪是一款通过图像识别、深度学习、数据融合等技术进行天气现象自动观测识别的气象仪器，实现了云量、云状、地面凝结现象(霜、露、雨凇、雾凇)、结冰、积雪和雪深等天气现象(或气象要素)的自动观测[1]。目前，由中国气象局统一部署，在全国范围完成了国家级台站的视频天气现象观测仪安装建设工作，有效提高了天气现象观测数据的质量和频率[2]。由于视频天气现象仪刚投入业务应用，台站业务人员对其了解相对较少，而且其系统结构复杂程度相对较高，不容易排查故障，另外缺乏视频天气现象仪故障排查处理的相关文献。本文以HY-WP1A视频天气现象仪为研究对象，给出了较为合理的维护维修方法，有利于业务人员尽快掌握和提升视频天气现象仪故障处理技术，保障气象观测自动化业务的稳定运行。

1 系统结构

HY-WP1A视频天气现象仪由视频采集器、数据处理单元、通信单元、供电系统和附件等组成[3]，其整体结构示意图如图1所示。视频采集器由1个鱼眼高清摄像机、1个长焦高清摄像机和1个短焦高清摄像机组成，并将采集的视频提交控制处理器。其中鱼眼摄像机对天空方向进行拍摄，用于观测总云量与云状；长焦摄像机对准水盆与草地，用于观测水面结冰、霜、露、是否积雪；短焦摄像机对准雪尺与电线，用于观测雪深、雨凇、雾凇。数据处理单元由控制处理器和存储单元组成，控制处理器内置了嵌入式识别软件和控制管理软件，用于天气现象(或气象要素)的自动观测识别和设备控制管理，负责处理采集的视频和图片等信息，进行数据质量控制、数据运算处理和记录存储。通信单元是主要完成数据发送、接收以及通信方式转换等功能的部件，采用RS-232串口通信和光纤通信。视频和图片数据采用光纤通信传输到室内通信终端，识别结果通过RS-232串口通信线经综合集成硬件控制器与业务电脑ISOS软件连接。供电单元主要由交直流转换器、浪涌保护器、空气开关等部件组成，将220 V交流电压转换为12 V/24 V直流电压，为视频天气现象观测仪供电。附件包括立柱以及观测识别所必须的辅助观测目标物(电线积冰架、水盆、雪尺)等。

图1 视频天气现象仪整体结构示意图

2 故障检测方法

视频天气现象仪可分为供电系统、高清摄像机、主控器、通信链路及业务终端5大部分。当视频天气现象仪观测数据全部缺测时，业务人员应根据设备运行原理和接线图进行逻辑分析，采用测试法和替代法逐步排查确定故障部位[4-6]，一般性流程图如图2所示。首先检查业务电脑及ISOS软件参数是否正常，若正常，则转到观测场检查供电系统、高清摄像机、主控器是否正常，最后检查工业交换机、综合集成硬件控制器、光电转换单元、室内交换机、通讯线缆等通信系统部件是否正常。注意，更换故障设备时严禁带电操作，避免损坏设备。

2.1 业务电脑检查

1) 对业务电脑进行检查，用PING 127.0.0.1来检查网卡情况，如果能PING通，说明网卡正常；查看网线接口灯光是否正常，用测线仪检查网线是否中断。

2) 检查ISOS软件参数设置是否正确，突然断电易造成SMOPORT软件中挂接参数(RS232方式，9600 N 81)丢失；校对业务电脑日期、时间。

2.2 供电系统检查

1) 打开视频天气现象仪机箱，按接线图依次检测电压，接线图如图3所示。用万用表检查空气开关处电压是否220 V左右；若正常则检查电源转换器输出电压，正常情况下12 V电源转换器电压在12～14 V左右，24 V电源转换器电压在24～28 V左右。

图3 HY-WP1A视频天气现象仪接线图

2) 检查两个保险座内保险丝有无跳闸情况，有跳闸情况不可急于更换保险管，应检查相关线路是否有短路情况，无短路情况下方可更换保险管(12 V对应5 A保险管、24 V对应10 A保险管)；检查各线路连接处是否出现松动、生锈等引起的断路情况。

3) 检查交流防雷器是否正常，若脱扣报警窗变为红色则说明交流防雷器发生故障；检测设备接地是否良好。

2.3 高清摄像机检查

若供电电压正常，用网线将笔记本电脑与摄像机网线接口连接，笔记本电脑IP设置成与摄像机在同一局域网内，用局域网查看工具(LanSee)搜索摄像机IP，搜索不到，说明高清摄像机故障；若能搜索到，说明高清摄像机正常。然后在网页浏览器中输入摄像机IP进入管理页面，查看参数设置是否正确。

2.4 主控器检查

1) 查看主控器指示灯状态。当主控器正常工作时，“电源”和“控制”指示灯状态表现为红色常亮，“工作”指示灯状态表现为绿色常亮，“通讯”指示灯在RS232-1或RS232-2有数据输出时表现为绿色常亮。

2) 用网线将笔记本电脑与主控器网线接口连接，笔记本电脑IP设置成与摄像机在同一局域网内，用局域网查看工具(LanSee)搜索主控器IP，若搜索不到，说明主控器故障或网线接口故障；若能搜索到，说明主控器正常。然后在网页浏览器中输入主控器IP进入管理页面，查看站点信息设置、更新设置、视频FTP上传设置、图像FTP上传设置、采集频率设置、摄像机是否补光等主控器的关键参数设置是否正确。

3) 当主控管理页面登录正常时，用笔记本电脑通过串口调试线、USB转串口线接入主控RS232-2通道，通过串口调试助手发送命令READDATA读取分钟数据，若返回结果异常，说明RS232-2通道故障[7]；若返回结果正常，说明主控器正常。

2.5 通信链路检查

视频天气现象仪包含网线-光纤通信、串口-光纤通信2种通信方式，网线-光纤通信输出数据处理单元处理后的图像、视频数据，串口-光纤通信输出数据字典字符串(包含图像识别结果、观测仪的状态信息等)。

2.5.1 网线-光纤通信链路检查

1) 检查工业交换机。查看交换机网线接口灯光是否正常；用网线将笔记本电脑连接到主控器网线接口，笔记本电脑IP设置成与摄像机在同一局域网内，用局域网查看工具(LanSee)搜索主控器、摄像机IP，若能搜索到，说明交换机网线接口正常；检查工业交换机光纤接口指示灯是否正常(正常情况下TX灯常亮，RX灯闪烁)。

2) 检查通信转换单元及光纤。在供电正常情况下，结合工业交换机光纤接口指示灯，检查通信转换单元RX、TX状态指示灯来判断数据是否处于传输状态；用激光笔打光检测光纤是否正常；检查网线接口状态指示灯是否正常。

3) 检查室内交换机及网线。在供电正常情况下，结合通信转换单元网线接口状态指示灯，检查交换机网线接口指示灯是否正常；用测线仪检查网线是否正常。

2.5.2 串口-光纤通信链路故障

1) 检查串口防雷器。当系统工作出现故障怀疑防雷器时，可直接拔下防雷器上端后再检查，若还原到使用前的状态后系统恢复正常，则说明内防雷器损坏，应更换防雷器。

2) 检查串口线是否正常。串口线连接主控器和综合集成硬件控制器，将一端RX线与TX线短接，用万用表蜂鸣档在另一端检测串口线是否正常。

3) 检测综合集成硬件控制器。综合集成硬件控制器检测方法比较复杂，且已有专门文章讨论[8-10]，本文不做研究。

4) 检查通信转换单元及光纤。在供电正常情况下，结合综合集成硬件控制器状态指示灯，检查通信转换单元RX、TX状态指示灯来判断数据是否处于传输状态；若不正常，用激光笔打光检测光纤是否正常；检查网线接口状态指示灯是否正常。

5) 检查室内交换机及网线。方法同2.5.1中3)。

3 故障实例分析

视频天气现象仪出现故障时，应根据设备工作原理和故障现象综合考虑，不必完全按照2中的流程全部检测，排除非故障部位，着重检查关键部位，以尽量缩短维修时间保障业务质量。以下搜集了一些工作中遇到的故障实例及解决办法。

3.1 视频或图像数据间断性缺测

检修过程：1) 登录摄像机页面，选择配置-网络-高级配置-集成协议，检查启动ONVIF协议前面是否勾选，正常为勾选状态。选中管理员账户点击删除按钮删除管理员账户，然后点击添加按钮重新添加管理员账户，用户名密码和原来保持一致，用户类型选择管理员。2) 登录主控器页面，点击设备管理，再点击对应摄像机的编辑图标，检查参数和摄像机中设置的参数是否一致，若一致点击确定按钮，不一致则修改后点击确定按钮。3) 去观测场主控机箱关闭空气开关5～10 s，重新上电。

3.2 ISOS软件中观测数据无法采集

检修过程：1) 检查主控参数部分的串口号是否正确，另外检查主控232接口，可以替换成232-1试试。2) 用笔记本电脑和调试线直连主控232-2通道，通过串口调试软件发READDATA命令读取分钟数据，查看主控本身通道是否正常。3) 更换串口服务器的PORT口，并检查SMOPORT中对应串口的参数。

3.3 天气现象无法识别

检修过程：1) 查看摄像机镜头上是否有污染物附着或遮挡，若为冰堆积需查看摄像机系统-系统配置-加热是否勾选。若为其他泥点的污染物附着，则需要及时用无纺棉酒精清理。2) 查看主控时间是否与观测平台电脑时间有延迟，若有延迟则需要在观测平台给主控制器参数设置——主控参数设置上方的手动校时，点击设置。则可同步到电脑时间，进行摄像机实时观测。

3.4 雪深数据偏差量较大

检修过程：1) 查看雪深标尺是否正对短焦摄像机，且周边没有蓝、红、黄、及不属于天气现象观测的白色。2) 查看雪深尺是否垂直于地面，且零度刻度线在土面以上。3) 最后查看摄像机对焦情况，调整角度与网页内进行准确对焦。

3.5 电线结冰数值偏差量较大

检修过程：1) 首先近处有无遮挡，或后侧有无立面情况。若有立面情况会出现电线结冰厚度数值偏大的现象。2) 查看摄像机对焦情况，调整角度与网页内进行准确对焦。

4 结束语

1) 文章从视频天气现象仪系统结构出发，归纳总结了视频天气现象仪系统各部分故障检测方法，形成一套完整的故障排查流程，并针对一些常见的故障现象提出了有效的解决办法，供台站业务人员参考，以求能快速找准故障点，及时排除故障，确保采集数据的及时性和有效性，提高维护维修的质量。

2) 视频天气现象仪采用图像识别、深度学习、数据融合等技术进行天气现象自动观测识别，加强对视频天气现象仪的日常维护，有助于减少天气现象识别误差。建议每周定时检查摄像机镜头的遮挡和污染情况，若有遮挡或污染应在日出前或日落后及时清理，遇沙尘、降雪等影响观测时，应及时清洁；每月定期检查摄像机的水平、方位和倾角，检查立柱是否稳固，发现问题及时纠正，避免振动等对摄像机产生的不良影响；每月检查地面集中观测区自然下垫面及露、霜目标物草地状况，保持平整；结冰容器应尽可能使用代表当地自然水体(江、河、湖)的水，器内水量不足时需及时添加；专用雪尺应保持竖直，刻度零线与地面集中观测区自然下垫面齐平。