薛風(fēng)國(guó)，隋 丹，楊智濤，高 峰，趙忠凱，魏新華

（1.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，黑龍江 哈爾濱 150030；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇省氣象探測(cè)與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；3.南京信息工程大學(xué)大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044）

綜合氣象觀測(cè)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)（ASOM）是中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心于2010年完成設(shè)計(jì)和建設(shè)的集運(yùn)行監(jiān)控、維護(hù)維修、裝備供應(yīng)保障、站網(wǎng)信息、綜合分析評(píng)估、綜合顯示、信息服務(wù)和系統(tǒng)管理于一體的中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)系統(tǒng)[1-3]。其中，運(yùn)行監(jiān)控部分主要是對(duì)新一代天氣雷達(dá)、探空系統(tǒng)、自動(dòng)氣象站、自動(dòng)土壤水分站和閃電定位儀的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，如圖1所示。維護(hù)維修部分對(duì)各種設(shè)備故障情況、停機(jī)情況、巡檢情況、維護(hù)維修情況進(jìn)行跟蹤，如圖2所示。對(duì)各種氣象觀測(cè)設(shè)備常見(jiàn)故障進(jìn)行歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，可以更好地指導(dǎo)臺(tái)站人員進(jìn)行氣象觀測(cè)設(shè)備的維護(hù)維修，這具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

ASOM注重氣象設(shè)備的運(yùn)行可靠性，采用業(yè)務(wù)可用性作為業(yè)務(wù)考核指標(biāo)。除了新一代天氣雷達(dá)之外，其他觀測(cè)設(shè)備以數(shù)據(jù)到報(bào)及數(shù)據(jù)質(zhì)量作為設(shè)備運(yùn)行狀況的判定依據(jù)。這難免會(huì)受到通訊傳輸和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法的影響，在體現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)方面存在很大的局限性。

圖1 ASOM監(jiān)控部分

近年來(lái)，我國(guó)氣象觀測(cè)設(shè)備的運(yùn)行保障工作在技術(shù)手段、體制機(jī)制上得到了快速發(fā)展，在氣象設(shè)備生產(chǎn)定型上更加注重設(shè)備的可監(jiān)控性設(shè)計(jì)。運(yùn)行監(jiān)控作為全國(guó)性的業(yè)務(wù)工作，通過(guò)設(shè)立專(zhuān)門(mén)運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)、多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)等使其在內(nèi)涵和外延上發(fā)生了變化。監(jiān)控的范疇由單一向綜合方向轉(zhuǎn)變，由最初對(duì)數(shù)據(jù)傳輸情況的監(jiān)控向設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、觀測(cè)站網(wǎng)、運(yùn)行保障和探測(cè)質(zhì)量等方面發(fā)展[4-5]。

圖2 ASOM維護(hù)維修部分

1 氣象觀測(cè)設(shè)備常見(jiàn)故障及分析

1.1 新一代天氣雷達(dá)

在新一代天氣雷達(dá)運(yùn)行的過(guò)程中，發(fā)生故障的類(lèi)別有發(fā)射系統(tǒng)故障、監(jiān)控系統(tǒng)故障、天線/饋線系統(tǒng)故障、接收機(jī)/信號(hào)處理機(jī)故障、光纖系統(tǒng)故障、伺服系統(tǒng)故障和數(shù)據(jù)處理與顯示終端故障[6]。這些故障會(huì)影響雷達(dá)數(shù)據(jù)的正常上傳，對(duì)氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)射系統(tǒng)常見(jiàn)的故障備件有調(diào)制器、風(fēng)機(jī)、開(kāi)關(guān)組件、觸發(fā)器、可控硅、燈絲電源、泵臺(tái)電源和磁場(chǎng)電源等。這些備件出現(xiàn)故障的原因有，全天候運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致老化磨損，高壓過(guò)流導(dǎo)致劇烈發(fā)熱而被擊穿，電壓不穩(wěn)導(dǎo)致備件被擊穿等。

接收系統(tǒng)主要故障備件有混頻/前置中放、頻綜、IF放大/限幅器。接收系統(tǒng)故障主要有，頻率源損壞或頻綜濾波器無(wú)輸出造成掃描無(wú)回波，IQ相位檢波器故障導(dǎo)致回波出現(xiàn)大量噪點(diǎn)，信號(hào)處理器損壞導(dǎo)致回波為圓餅圖，接口機(jī)接口板線纜的衰減和線性通道增益常數(shù)的設(shè)置不合理會(huì)導(dǎo)致回波強(qiáng)度的過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱等。

天饋系統(tǒng)主要故障備件有波導(dǎo)及波導(dǎo)開(kāi)關(guān)、匯流環(huán)及碳刷、周角盒等。長(zhǎng)時(shí)間工作造成的磨損會(huì)導(dǎo)致匯流環(huán)和碳刷的損害，惡劣的溫濕度環(huán)境會(huì)造成誤差電壓波動(dòng)幅度大，導(dǎo)致天線和高壓器件故障。

伺服系統(tǒng)俯仰電機(jī)和方位電機(jī)故障易多發(fā)，原因主要有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的磨損；碳刷長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致碳粉聚集，造成短路燒毀電機(jī)；漏油導(dǎo)致方位減速箱故障等。

通訊系統(tǒng)主要故障備件有上光纖線路板和光端機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)主要故障備件有監(jiān)控主板，其他故障備件有電源保險(xiǎn)、空氣開(kāi)關(guān)等。

另外，經(jīng)常出現(xiàn)虛假報(bào)警、狀態(tài)文件/產(chǎn)品文件未到報(bào)（狀態(tài)文件上傳軟件故障/產(chǎn)品文件上傳軟件故障）等情況。部分臺(tái)站人員單據(jù)填寫(xiě)不規(guī)范特別是停機(jī)時(shí)間和維護(hù)時(shí)間填寫(xiě)不規(guī)范也會(huì)影響業(yè)務(wù)可用性。

1.2 探空雷達(dá)

在探空雷達(dá)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的主要是雷達(dá)附屬設(shè)備，視頻攝像頭故障、俯仰電機(jī)皮帶老化、WT9線纜破損、天線控制盒故障等是常見(jiàn)故障[7]。部分雷達(dá)在大修后器件耐老化程度和硬件質(zhì)量與大修前相比有所下降，尤其是攝像頭，影響到的臺(tái)站比較多。

1.3 自動(dòng)氣象站

黑龍江省在網(wǎng)運(yùn)行的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站共84部，當(dāng)前，全省各臺(tái)站都處于雙套站并軌運(yùn)行狀態(tài)，一代站以長(zhǎng)春氣象儀器廠生產(chǎn)的系列產(chǎn)品為主、華創(chuàng)產(chǎn)品為輔，二代站為中國(guó)華云技術(shù)開(kāi)發(fā)公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)氣象站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的類(lèi)別有傳感器故障、供電系統(tǒng)故障、軟件和業(yè)務(wù)終端設(shè)備故障、采集器故障和通訊傳輸設(shè)備故障等[8-10]。

全省各部自動(dòng)站的到報(bào)率均接近100%，業(yè)務(wù)可用性在每年5月和6月最低，這是由于汛期前自動(dòng)站年度現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定工作中因工作需要對(duì)被檢定自動(dòng)站斷電，從而產(chǎn)生了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，以及傳感器更換過(guò)程中環(huán)境改變，導(dǎo)致一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化，并且各類(lèi)要素?cái)?shù)據(jù)回歸到真實(shí)數(shù)據(jù)需要一定的時(shí)間。另外，地溫傳感器故障和線路調(diào)整也是造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的常見(jiàn)原因。同時(shí)，在新軟件的應(yīng)用過(guò)程中，軟件不太穩(wěn)定以及臺(tái)站觀測(cè)人員操作不熟練也會(huì)造成部分臺(tái)站要素缺測(cè)和部分要素?cái)?shù)據(jù)跳變[11-13]。

線纜損壞和地溫傳感器故障也是常見(jiàn)故障，臺(tái)站線纜已經(jīng)在2015年更換為鎧裝電纜，問(wèn)題得到一定程度的解決?，F(xiàn)已對(duì)各觀測(cè)站配備了足夠的備份地溫傳感器，故障出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)更換。

2套站并軌運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)中心會(huì)收到2份報(bào)文，一代站有時(shí)候傳輸快先入庫(kù)，二代站報(bào)文無(wú)法覆蓋一代站報(bào)文，還是會(huì)造成能見(jiàn)度、固態(tài)降水等要素的缺測(cè)。臺(tái)站計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心授時(shí)時(shí)間不一致時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲傳輸。二代站發(fā)生故障未及時(shí)切換到一代站，觀測(cè)員沒(méi)有用一代站數(shù)據(jù)訂正，會(huì)造成全要素缺測(cè)；在及時(shí)切換到一代站的情況下，因一代站沒(méi)有能見(jiàn)度、固態(tài)降水等要素，會(huì)造成這些要素缺測(cè)。此外，采集器故障也會(huì)導(dǎo)致報(bào)文內(nèi)容為空。

1.4 土壤水分自動(dòng)觀測(cè)站

土壤水分站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的類(lèi)別有傳感器故障、數(shù)據(jù)采集器故障、供電單元故障、氣象專(zhuān)網(wǎng)通訊傳輸模塊故障和GPRS模塊故障[14]。臺(tái)站使用宏電模塊進(jìn)行無(wú)線通訊，部分臺(tái)站所處地?zé)o線信號(hào)差、信號(hào)不穩(wěn)定，均會(huì)造成數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無(wú)。

1.5 閃電定位儀

在閃電定位儀運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障類(lèi)型有，電子盒故障、信號(hào)線破損、接收器故障、AC/DC轉(zhuǎn)換器故障、UPS故障和通訊設(shè)備故障等[15-16]。

在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，國(guó)家級(jí)ASOM與省級(jí)ASOM的結(jié)果不一致的情況時(shí)有出現(xiàn)，個(gè)別臺(tái)站有時(shí)國(guó)家級(jí)監(jiān)控平臺(tái)有數(shù)據(jù)，但省級(jí)平臺(tái)無(wú)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸存在較大問(wèn)題，外網(wǎng)通信故障比較多，影響數(shù)據(jù)上傳。設(shè)備從2006年啟用至今，部分臺(tái)站出現(xiàn)設(shè)備芯片老化現(xiàn)象，導(dǎo)致一些臺(tái)站出現(xiàn)通訊設(shè)備故障。進(jìn)入冬季后，我省北部林區(qū)夜晚氣溫極低，經(jīng)常導(dǎo)致一些臺(tái)站設(shè)備運(yùn)行異常。

2 氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行保障建議

全省新一代天氣雷達(dá)站建站時(shí)間分布跨度大，問(wèn)題主要體現(xiàn)在部分臺(tái)站的設(shè)備老化和新建臺(tái)站的設(shè)備磨合方面。部分臺(tái)站已運(yùn)行10年以上，雷達(dá)主機(jī)設(shè)備開(kāi)始顯現(xiàn)老化狀態(tài)。按國(guó)家局相關(guān)主管部門(mén)要求，現(xiàn)已開(kāi)始對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制。

部分自動(dòng)站備件沒(méi)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)保管，不能及時(shí)將損壞的備件交付省數(shù)據(jù)中心更換，在這方面需要加強(qiáng)管理。

土壤水分站多數(shù)蓄電池使用時(shí)間超過(guò)5年，有些電池不能正常工作，導(dǎo)致儀器停運(yùn)，需要更換。儀器存在人為毀壞現(xiàn)象，需要臺(tái)站人員細(xì)致細(xì)心，同時(shí)應(yīng)定期巡查。設(shè)備采用太陽(yáng)能供電，黑龍江省冬季降雪時(shí)長(zhǎng)量大，積雪常將太陽(yáng)能板覆蓋，不能保證設(shè)備供電，會(huì)影響臺(tái)站的正常運(yùn)行，所以，需要臺(tái)站人員加強(qiáng)巡檢巡查，及時(shí)清理積雪。另外，長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣也會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能不足，影響設(shè)備運(yùn)行。黑龍江省按照業(yè)務(wù)規(guī)范和工作實(shí)際情況制定了全省閃電定位儀巡檢規(guī)范，每年對(duì)全省閃電定位儀進(jìn)行巡檢，為提高閃電定位儀的穩(wěn)定性和可靠性，及時(shí)排除故障隱患，提供了有力保障。

黑龍江省緯度高，冬季溫度極低，這對(duì)設(shè)備的耐寒性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要廠家在儀器耐低溫方面有所改進(jìn)，以便適應(yīng)黑龍江省高寒的天氣情況。另外，要加大臺(tái)站備件儲(chǔ)備，省級(jí)保障人員可通過(guò)遠(yuǎn)程指導(dǎo)方式解決故障問(wèn)題，這是高效快速的方法。同時(shí)，要加強(qiáng)臺(tái)站人員在維護(hù)和操作方面的培訓(xùn)，進(jìn)一步加強(qiáng)日常巡查、維護(hù)工作，從而提高設(shè)備保障能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

全省氣象觀測(cè)設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多，設(shè)備保障人員的壓力加大，需要充實(shí)和加強(qiáng)保障人員力量，加強(qiáng)對(duì)各級(jí)人員的培訓(xùn)。當(dāng)前北斗通信設(shè)備正在建設(shè)，數(shù)據(jù)傳輸途徑豐富多樣，這將會(huì)改善數(shù)據(jù)傳輸狀況。

氣象觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)要由以觀測(cè)數(shù)據(jù)到報(bào)情況及到報(bào)數(shù)據(jù)的質(zhì)量狀況為主要依據(jù)變?yōu)橐栽O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象觀測(cè)元數(shù)據(jù)、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和氣象保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)相結(jié)合等方法來(lái)推動(dòng)氣象觀測(cè)運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

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