国家级地面气象无人值守业务运行故障及处理方法

樊万珍 孙超 高翔 盛嘉荣

摘 要：【目的】通过分析国家级地面气象无人值守业务运行故障，提出各类故障应急处理方法。【方法】收集整理青海海西无人值守业务运行故障记录，分析原因、处理方法，并进行归纳总结。【结果】得出国家级地面气象无人值守业务电源故障、仪器设备故障、软件故障应急处理方法。【结论】方便业务人员查阅、掌握各类故障应急处理方法，及时排除故障，提高维护保障能力，确保无人值守业务稳定运行，为气候分析、科学研究和气象服务工作提供可靠的数据支撑。

关键词：地面气象观测；无人值守业务；运行故障；处理方法

中图分类号：P413.2                      文献标志码：A                 文章编号：1003-5168（2023）06-0105-08

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.06.021

Operation Faults and Treatment Methods of National Unattended Ground Meteorological Service

FAN Wanzhen1   SUN Chao3   GAO Xiang2   SHENG Jiarong2

（1. Haixi Meteorological Bureau of Qinghai Province， Delingha 817000， China; 2. Mangya Meteorological Bureau of Qinghai Province， Huatugou 816499， China; 3. Gangcha Meteorological Bureau of Qinghai Province， Gangcha 812300， China）

Abstract： [Purposes] Through analyzing the failure of unattended ground meteorological operation at national level， the emergency treatment methods of various kinds of failure are proposed. [Methods] The operation failure records of unattended service in Haixi of Qinghai Province were collected and sorted out， the causes and treatment methods were analyzed and summarized. [Findings] The emergency treatment methods of power failure， instrument failure and software failure of unattended ground meteorological service at national level were obtained. [Conclusions] It is convenient for business personnel to consult and master various emergency treatment methods of faults， troubleshoot faults in time， improve maintenance and support ability， ensure the stable operation of unattended business， and provide reliable data support for climate analysis， scientific research and meteorological services.

Keywords： surface meteorological observation; unattended service; running failure; treatment method

0 引言

地面氣象观测无人值守采用双套自动站同时观测、同时上传，双条链路热备，实现国家地面气象站观测资料的自动传输与实时监控［1］，通过优化业务流程，提升气象观测业务质量和工作效率，推动地面气象观测自动化发展。青海省气象局于2017年、2018年探索实现了青海高海拔地区艰苦台站地面气象观测无人值守业务运行［2］。

随着无人值守业务的开展和业务化运行，气象观测设备的维护保障工作成为工作重心［3］。保障观测数据及时传输，是提高业务质量的关键［4］。国内许多研究表明，观测设备自动化运行、保证网络畅通是无人值守的关键，保证供电正常是无人值守的重要条件，高清实景监控系统是无人值守的必要手段，设备正常稳定运行是无人值守的基础［5-10］。青海高海拔无人值守业务运行中也出现了电源系统、观测仪器设备或网络等方面的故障，造成了观测数据准确性差、传输不及时等问题，本研究通过收集整理分析冷湖、茶卡、小灶火、五道梁等国家级无人值守业务运行故障，提出故障应急处理方法，方便故障排查中查询参考，及时排除故障，确保无人值守业务稳定运行，提升保障能力、业务质量和工作效率。

1 国家级地面气象观测无人值守业务

青海省气象局于2017年、2018年按照“一流装备、一流技术、一流人才、一流台站”的要求，在艰苦台址通过布设太阳能和市电双路双电源自动切换电源系统、双套DZZ4型自动气象站观测设备、双链路数据传输网络、远程管控系统实现无人值守业务［2-3］。自2020年4月1日起，无人值守业务实现了常规气象要素自动观测、部分要素国家级业务单位自动综合判识、视程障碍现象ISOS软件自动判识，通过视频监控系统观测最大冰雹最大直径。天气现象视频智能观测仪于2021年1月16日起开展业务试运行，实现部分综合判识观测项目自动观测。按照《地面气象观测规范气压》（GB/T 35225—2017）和《地面气象观测场规范化建设图册》进行无人值守站业务标准化建设，无人值守站观测场仪器布局如图1所示。业务人员通过终端ISOS软件（运行截图如图2所示）、MDOS平台和天元系统进行数据质控、实时监控和疑误数据处理；通过实景监控和多源观测资料综合分析开展天气监控预报预警服务工作。

2 国家级无人值守气象站业务运行故障应急处理方法

2.1 电源故障应急处理方法

2.1.1 电源系统故障应急处理方法。①电源系统故障不能正常输出时，及时用油机发电保障网络传输设备和观测场供电箱供电。观测场闪电定位仪和视频智能现象仪不带蓄电池，电源箱停电会导致数据采集传输中断。②太阳能电站故障时，应及时联系厂家技术人员排查故障，并及时汇报上级业务管理部门，逆变器故障及时申请更换。蓄电池电压低于48 V或欠压灯亮，及时用市电或大功率油机充电（5 kW或更大功率的油机，首选10 kW油机），太阳能欠压关机后再用油机充电比较困难。

2.1.2 设备电源故障应急处理方法。①DZZ4自动气象站主采集器电源箱故障不能给主采集器供电时，整个采集器断电，压温湿度、风向风速、降水量、地温（包括草温）设备均会中断数据采集和传输。应及时连接蓄电池给主采集器和RS232/光纤模块供电，蓄电池供电电压12～15 V或用能见度、雪深、天气现象仪、日照等设备蓄电池电源应急供电，其中雪深传感器连接比较简单。DZZ4主采集箱和雪深采集器电源连接口如图3所示。②综合集成硬件控制器通过一根光纤将所有观测数据实时传输到终端计算机，发挥串口服务功能。发现数据缺测时，应首先确认串口服务控制运行是否正常。PWR1灯亮表示供电正常（正常供电电压在9～15 V之间）;link灯亮表示多串口网络输出正常。若电压正常，电源灯不亮，则可能是电源控制故障。③能见度传感器、雪深观测仪、降水类天气现象仪、日照计设备自带蓄电池，当太阳能和市电、UPS供电系统故障不能供电时，蓄电池电源供电。供电系统故障期间及时检查蓄电池供电电压是否12～15 V，设备运行状态是否正常；若不正常需及时更换蓄电池。

2.2 设备故障应急处理方法

2.2.1 终端计算机故障应急处理方法。当终端计算机故障时在正点前及时启动备份计算机或备份自动站，操作步骤如下：①连接备份计算机或启动备份站，清理备份计算机或备份站ISOS软件待发的历史BUFR数据文件“...＼ISOS＼bin＼Send＼Data”文件夹下的文件；②右键点击备份计算机或备份站显示器任务栏“传输客户端”图标，选择并点击“打开高级配置”，“省级服务器IP地址”配置本省信息中心服务器地址（青海省10.181.72.65），其他项均保持原来的设置，点击“确定”按钮（台站消息传输客户端参数配置如图4所示）；③右键点击任务栏“传输客户端”图标，选择并点击“重启收发程序”，运行消息客户端；④启动备份机或备份自动站ISOS软件，数据传输；⑤因视频智能现象仪只有单套挂接在主站串口服务器上，主站故障排除后应及时切换到主站；⑥同时及时人工质控处理ISOS软件和MDOS正点数据与小时内分钟及极值、极值出现时间等矛盾。

以上操作需要注意：切忌备份计算机或备份站ISOS软件待发的历史BUFR数据文件“D：＼ISOS＼bin＼Send＼Data”文件夹下的文件；日常维护做好备份计算机或备份站终端计算机天擎软件运行及杀毒，备份计算机ISOS软件参数文件、数据文件备份；备份计算机或备份站不启用时“台站消息客户端”不啟用或将“省级服务器IP地址”清空，其他配置与主站参数配置保持一致。

2.2.2 综合硬件控制器故障应急处理方法。正点前完成串口服务器故障排除或启用备份自动站，及时联系DZZ4型厂家技术指导。故障应急处理操作步骤：①检查串口服务器电源灯PWR应常亮，Ready灯应常亮，网络Link灯闪烁，Fault灯设备正常情况下不亮；若Fault灯亮表示故障告警，按终端计算机故障应急处理流程及时启用备份自动站传输，串口服务器指示灯标示及功能描述见表1；②关闭空气开关、断开蓄电池，重新连接蓄电池、打开空气开关，重启串口服务器设备，检查运行状态（台站串口服务器电源结构如图5所示）；③所有数据都不能传输到终端计算机时，需要检查排除串口服务器控制模块和光纤故障，光纤转换模块正常Tx灯常亮，Rx灯闪烁，灯都不亮，光电转换模块及光纤连接出现故障；④所有数据传输时断时续时。需要检查IP地址是否有冲突，串口服务器等方面的原因（如2020年10—11月冷湖主站每天01时07分后数据传输中断，查杀主控机没有病毒，串口服务器IP地址无冲突、供电正常，现场调换备份站串口服务器通信控制模块，重新映射串口服务器通信口，配置自动站、日照、天气现象仪、智能视频观测仪等通信参数设置后数据传输正常）；⑤天气现象、自动站、视频智能现象仪、日照数据有缺测时，需要检查排除串口服务器光纤转换器故障（串口光纤转换模块如图6所示），正常情况下光纤转换器电源PWR等常亮，对应的Rx、Tx指示灯状态收发时亮（串口光纤转换器指示灯及描述见表2），如光电式数字日照计运行正常情况下ISOS软件日照无数据，检查DPZ1型综合集成硬件控制器内日照光电转换模块是否正常，更换箱底部耦合器至日照光电转换模块的短光纤后数据传输正常；⑥因视频智能现象仪只有单套挂接在主站串口服务器上。主站串口服务器故障排除后及时切换到主站。

2.2.3 采集器故障应急处理方法。采集器包括主采集器、温湿度分采集器、地温分采集器。分采集器通过CAN总线接到主采集器，雪深观测仪接到主采集器GPRS口或雪深口，称重降水传感器接到主采集器RS-485口上。主采集器上有气压、温湿度、风向风速、雪深、称重降水、地温、能见度。视频智能观测仪、天气现象仪、光电式数字日照计通过光纤转换器接到串口服务器上。无人值守站是常年称重式雨量传感器观测降水量的，主站温湿分采集器是多温雨控制器（三温），备份站温湿分采集器是单温。

2.2.3.1 主采集器故障应急处理方法。主采集器故障时气压、温湿度、风向风速、雪深、称重降水、地温、能见度均无数据。故障排查步骤如下：①检查主采集器供电是否正常，正常情况下主采集器和RS232/光纤模块供电电压12～15 V，主采集器运行状态灯闪烁是否正常，若供电不正常则按采集器电源故障排查，若主采集器供电正常运行状态不正常，需考虑更换采集器；②采集器运行正常，检查串口服务器自动站光纤转换器是否正常，自动站光纤转换器更换备件测试（建议用天气现象或智能现象仪或日照光纤转换器调换测试），排查光纤转换器故障还是主采集器与串口服务器之间的连接故障；③串口服务器自动站光纤转换器正常但终端计算机自动站无数据，检查主采集器CF卡数据是否已满；④临近正点及时启用备份自动气象站，备份站运行正常后，及时联系州局信息技术与保障、厂家技术指导，进一步排查主站主采集器故障；⑤故障排除及时切回主站运行，并及时质控处理ISOS软件和MDOS正点、分钟及极值、极值出现时间等矛盾疑误数据。

2.2.3.2 温湿分采集器故障应急处理步骤：①检查气温多传感器标准控制器供电是否正常，正常情况下供电电压12～15 V，分采集器运行状态是否正常，若供电不正常则按电源故障排查；②温湿度分采集器运行正常，检查CAN总线连接是否正常，温湿度分采集器运行不正常需要更换备件；③气温多传感器标准控制器运行正常，气温、湿度数据缺测，检查主采集器参数配置是否正确，通过ISOS软件“维护终端”输入命令STLX（主站STLX M 三温三雨，备份站STLX S 单温单雨）。

2.2.3.3 地温分采集器故障应急处理步骤：①检查地温分采集器供电电压是否在12～15 V之间，运行状态是否正常，若供电不正常则按电源故障排查；②地温分采集器运行正常，检查CAN总线连接是否正常，温湿度分采集器运行不正常需要更换备件；③地温分采集器运行正常，地温数据缺测，检查CAN总线与主采集器连接是否破损。

2.2.4 传感器故障应急处理方法。传感器故障影响正点要素值时，及时按《青海省地面气象观测自动化改革运行机制和运行规定（2021修订）》进行异常记录处理。气压、气温、相对湿度、风向、风速、地温、草温正点记录异常时，用正点前51-00分内接近正点的正常记录代替，或正点后01-10分内接近正点的正常记录代替，或备份自动站正点记录代替，或前后正点数据内插记录顺序代替（风向、风速、降水量、能见度、日照不能内插）。

2.2.4.1 能见度传感器故障排查步骤：①检查供电电压是否在12～15 V之间，检查传感器的外观有无破损，能见度数据是否有缺测或异常，若供电不正常则按电源故障排查；②关闭空气开关、断开蓄电池供电，待1～2 min后重新连接蓄电池供电、打开空气开关对传感器进行重启，通过ISOS软件“维护终端”输入命令QCPS VI和QCPM VI查看能见度传感器测量范围和质量控制参数，当SAMPLES命令读取的能见度实时数据大于35 000，甚至更大可能是能见度镜头受污染；③判断能见度传感器是否正常工作时，首先对传感器的外观检查有无破损，随后用RS232信号线（绿-TX、黄-RX灰-GND）连接计算机与能见度传感器，用串口调试软件查看状态信息是否正常，传感器正常则软件显示如“VAISALA PWD50 V 2.05 2012-03-27 SN：M0220406”的传感器设备信息，输入STA，状态信息中 HARDWARE项返回为“OK”，表示传感器正常，若信息末尾显示一列或多条警告、报警信息，需更换能见度传感器。

2.2.4.2 天气现象仪故障排查步骤：①检查供电电压是否在12～15 V之间，天气现象仪运行状态是否正常，若供电不正常则按电源故障排查；②断电重启设备；③ISOS软件中查看“降水现象综合判识参数”是否正确，雨滴谱状态及数据是否正常。

2.2.4.3 气压传感器故障排查步骤：①检查指示灯是否常亮，测量主采集器气压接线板“+12 V”和“GND”电压是否为12 V左右（气压传感器连线如表3所示）；②检查传感器连接串口线是否正常连接，对照气压信号线连接，利用万用表测连接线通断；③通过ISOS软件“维护终端”输入命令QCPS P和QCPM P查看能见度传感器测量范围和质量控制参数。

2.2.4.4 温度传感器故障排查步骤：①避开正点，用替代法将正常与异常的传感器互换接线判断故障，温度传感器故障及时更换，并关注后续数据采集传输；②测量气温传感器1与2（3与4）同端电阻（正常电阻值为1～8 Ω），1（2）与3（4）异端电阻（正常电阻值为80～120 Ω），气温传感器接线如图7所示。

2.2.4.5 湿度传感器故障排查步骤：①测量信号电压，应为直流0～1V（对应相对湿度0%RH～100%RH）；②测量电缆是否断路；③线路、电压均正常，数据缺测或异常，则及时更换传感器。

2.2.4.6 风向风速传感器故障排查步骤：①风向风速均无数据，测量接口板“+5 V”和“GND”或者风横臂接线盒的1和2端口的电压是否为5 V左右，测量屏蔽线接地是否正常；②依次检查风横臂接线盒与主采集器接线端之间信号线是否有短路或断路故障；③风向數据明显异常或缺失，及时更换传感器。

2.2.4.7 雪深传感器故障排查步骤：①检查供电是否正常（供电电压12～15 V）；②及时检查清洁基准面，平整基准面，现场重新校准。如冷湖无积雪时雪深采集数据多次出现了“雪深为1厘米”的错误数据。重新安装雪深观测基准点使其水平、清洁，重新标定后数据正常。

2.2.4.8 称重式降水传感器故障排查步骤：①检查承水口是否有蛛网及其他堵塞异物，检查桶内液面高度；②打开外壳检查传感器的工作状态，运行指示灯正常工作1秒亮，1秒暗；③测量电源电压是否为DC12 V±20%。

2.2.4.9 地温传感器故障排查步骤：①个别地温数据异常，用替换法排查是传感器故障还是开关转换电路故障。如40 cm地温出现异常，用正常的80 cm地温传感器替换，若仍不正常，则说明40 cm开关转换电路可能故障，若替代后正常则40 cm地温传感器故障，需要更换；②用命令读取测量范围和质量控制参数。TG草温，ST0地面温度，ST1……ST8依次为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、80 cm、160 cm、320 cm地温。

2.2.4.10 智能视频观测仪传感器故障排查步骤：①检查供电是否正常，正常情况下供电电压12～15 V；②浏览器直接登录天气现象智能观测仪，查看设备运行状态、各摄像头图像是否正常；③查看ISOS软件中实际观测次数和观测成功率，每分钟观测数据；④及时联系厂家技术指导排除故障。

2.2.4.11 光电式数字日照计故障排查步骤：①ISOS软件无日照数据。检查ISOS软件日照的串口号及串口参数（9600，8，N，1）、台站号、数据传输方式、日期、时间是否设置正确；②检查日照计的航空插头是否松动、接触不良。检查从日照传感器到串口服务器的通讯是否正常；③通过ISOS软件“维护终端”向日照传感器发送READDATA命令，返回EXCARD NONE，日照传感器内部存储卡故障、无响应，日照传感器故障；④日照数据误差偏大，检查传感器是否遮挡，光污染，安装是否指向北，纬度是否正确；⑤发送LAT和LONG命令检查经纬度设置是否正确；⑥发送GCD命令查看日照传感器内部加热状态信息（正常情况能显示日照信号电压、日照腔内电压等信息），若存在故障，需更换传感器。

2.2.4.12 闪电定位仪故障排查步骤：①检查室内NPORT传输运行状态灯是否正常（闪电定位仪NPORT传输模块指示灯如图8所示），TX/RX灯没有30 s闪一次，检查观测场闪电定位仪运行状态；②观测场闪电定位仪电源板上LED指示灯，读取数据（RD）指示、发送数据（TD）指示、闪电数据（FL）指示、状态显示（ST）指示；+12 V、-15 V、+15 V、+5 V电源指示灯。电源指示灯全亮，则电源供电正常；FL灯闪烁，表示正在进行GPS定位；定位成功进入自检ST灯和FL灯亮；ST灯常亮自检正常，ST灯周期闪烁自检不正常；正常工作TD灯30 s闪烁一下；当接收到闪电信号时FL灯会闪烁一下。闪电定位仪电源板指示灯如图9所示。

2.2.4.13 GNSS/MET水汽站故障排查步骤：①检查室内接收机设备、网络连线是否正常，供电（AC220V）、运行状态灯是否正常；②重启接收机，检查搜星数，ping水汽站网络IP地址是否畅通，及时联系省测绘局技术指导排查故障。

2.3 软件故障应急处理方法。

2.3.1 采集器软件故障应急处理。①及时联系厂家技术指导，更新采集器采集软件；②启用三温三雨设备，检查ISOS软件与自动站设备是否匹配（STLX S单温单雨，STLX M三温三雨）。

2.3.2 ISOS地面综合观测业务软件故障应急处理：①软件卡死、ISOS软件异常退出，计算机老化或配置运行环境达不到要求；②台站端数据传输不成功，重启串口服务器、ISOS软件；③降水、沙尘天气过程中降水相态、视程障碍天气现象及起止时间自动判识出现明显错误，检查台站自动判识参数，结合实况、雷达、自动站数据、视频监控等多源观测数据进行综合判定质控，及时编发更正数据文件；④降水量正点小时数据与分钟数据不一致，滞后、疑误降水数据台站级编发正点更正数据文件后，分钟数据文件修改不了，MDOS中会出现小时和分钟降水量不一致的矛盾，及时电话联系省信息中心数据控制科修改分钟降水量；⑤降水现象时间和分钟降水量矛盾，按天气实况，结合视频智能仪、雨滴谱分钟数据、备份站数据综合判断，降水现象时间错误及时修改正点和20时数据并编发更正数据文件，影响到日数据时及时编发次日00时数据文件来更正日数据；⑥小时日照数据缺测，ISOS软件中重新下载当日00时至次日00日日照数据，下载完成后“日照数据编报”界面查看各小时日照数据统计正确，“保存”后，重新编发次日00时数据文件，及时查看MDOS中日照数据文件更正数据入库情况；⑦台站端主站故障临时启用备份站运行后，要素小时数据与分钟数据矛盾，及时处理正点数据降水量、要素极值及其出现时间等疑误数据；⑧台站端ISOS软件中小时数据中出现要素极值或极值出现时间缺测，使用命令QCPS设置或读取各传感器测量范围，QCOM设置或读取各要素质量控制参数。

2.4 网络故障应急处理方法：①通过视频监控、联系看护员检查网络设备供电、运行状态是否正常；②ISOS软件运行端无人值守采集数据传输显示是否正常，若不正常ping串口服务器网络是否畅通；③及时启动无人值守端北斗应急通信传输系统上传数据文件。

3 结语

目前地面气象观测设备已基本实现自动化，业务流程不断优化完善，无人值守站供电、网络备份无缝衔接，设备运行稳定，故障较少。无人值守站通常比较偏远，一旦出现故障，将会严重影响数据质量、传输及时率，因此，综合观测业务人员和看护人员要加强业务培训，熟练掌握业务流程及故障排查、异常数据处理方法。值班期间认真做好供电、网络、观测仪器设备和软件运行状态监控，联系看护人员做好周围探测环境每日巡视和设备日常维护，保障设备状态良好、运行稳定、网络畅通，备份电源、设备、网络实时热备份，出现异常情况能及时启動。上级业务部门（省州大探、省信息中心）应加强供电系统、网络通信社会化保障工作，确保无人值守站供电设备、网络设备稳定运行。建议建立故障查询信息库，方便故障排查及查询参考，同时应积极推进气象观测质量管理体系建设和运行合理性、有效性，考虑是否布设冻土、蒸发自动观测，加强综合判识数据业务应用，推进综合气象观测业务高质量发展，为气候分析、科学研究和气象服务工作提供可靠的数据支撑。

参考文献：

［1］任晓伟，马军，李静峰，等.地面气象观测无人值守系统地设计与应用［J］.气象与环境科学，2019，42（3）：129-135.

［2］李进虎，杨永寿，铁吉新等.青海省国家地面气象观测站无人值守模式探讨［J］.青海气象，2018（2）：47-50.

［3］王震.浅谈无人值守自动气象站的维护保障［J］.环境资源，2020.06（1）：27-34.

［4］沈玉亮，方海涛，陆斌，等.DPZ1型综合集成硬件控制器系统组成及故障判断方法［J］.气象水文海洋仪器，2017（3）：88-92.

［5］覃爱金，陈韦菊，胡祖权.广西地面气象观测站无人值守运行模式探讨［J］.气象研究与应用，2017（4）：58-61.

［6］丁志平，丘志华，方英城.局站分离测报无人值守班的业务流程简介［J］.广东气象，2017，39（3）：63-64.

［7］朱一正，朱玉新，严忠国，等.国家级气象观测站“局站分离”业务运行技术研究与实现［J］.气象水文海洋仪器，2017（4）：31-33.

［8］申虹.地面气象观测业务无人值守运行模式改革探析［J］.科技经济与资源环境，2019，27（8）：121.

［9］沈瑱，王冰梅，邹超，等.无人值守地面气象观测站的设计与实现［J］.信息技术与信息化，2020（5）：212-216.

［10］骆世娟，卢美玲.江西省自动气象站无人值守运行模式的问题分析［J］.气象水文海洋仪器，2021（1）：112-114.