花紅霞　章瑞清　李朝暉　田曦

摘 要：本文簡述了HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安裝、應(yīng)用及日常維護(hù)方法，并對(duì)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障提出合理的處理建議，供氣象臺(tái)站技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：天氣現(xiàn)象智能觀測儀;安裝;維護(hù)

中圖分類號(hào)：P414.95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）31-0006-03

Installation， Application and Maintenance of HY-WP1 Intelligent

Weather Observation Instrument

HUA Hongxia ZHANG Ruiqing LI Zhaohui TIAN Xi

（Enshi Prefecture Meteorological Service， Enshi Hubei 445300）

Absrtact： This paper briefly describes the system structure， installation， application and routine maintenance of HY-WP1 intelligent observatory for weather phenomena， and puts forward reasonable treatment suggestions for possible faults in actual operation， which can be used as a reference for technicians of meteorological station.

Keywords： intelligent weather observation instrument;installation;maintenance

以往云量、云狀及地面凝結(jié)現(xiàn)象等觀測采用人工記錄的方式，存在主觀性強(qiáng)、觀測誤差大、觀測頻次低以及觀測數(shù)據(jù)不夠連續(xù)等缺點(diǎn)，已無法滿足氣象觀測越來越高的要求[1]。HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀是一款通過圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測識(shí)別的氣象儀器，可對(duì)總云量、云狀、地面凝結(jié)現(xiàn)象（霜、露、雨凇、霧?。?、結(jié)冰、積雪和雪深等天氣現(xiàn)象（或氣象要素）進(jìn)行自動(dòng)觀測識(shí)別，并具備擴(kuò)展電線積冰、視程障礙現(xiàn)象（輕霧、霧、霾、浮塵、揚(yáng)沙和沙塵暴）的自動(dòng)觀測識(shí)別能力。該觀測儀的使用能有效提高觀測自動(dòng)化程度，減少觀測人員的工作量，為氣象服務(wù)提供更有效的觀測資料。

1 HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀的組成

HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀主要由圖像采集單元、圖像處理單元、通信單元、供電單元和附件等組成，實(shí)物如圖1所示。

1.1 圖像采集單元

圖像采集單元一般由1個(gè)獨(dú)立魚眼鏡頭高清攝像機(jī)、1個(gè)長焦鏡頭高清攝像機(jī)和1個(gè)短焦鏡頭高清攝像機(jī)組成。魚眼鏡頭高清攝像機(jī)可水平180°觀測，用于觀測總云量與云狀。長焦鏡頭高清攝像機(jī)用于觀測水面結(jié)冰、霜、露以及是否積雪等情況。短焦鏡頭高清攝像機(jī)用于觀測雪深、雨凇和霧凇。

1.2 圖像處理單元

圖像處理單元由控制處理器和存儲(chǔ)單元組成?？刂铺幚砥魇怯芍醒胩幚砥鳎–entral Processing Unit，CPU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）、內(nèi)存等組成的嵌入式AI（Artificial Infelligence，人工智能）計(jì)算機(jī)。

1.3 通信單元

通信單元包括3種通信方式，分別為RS-232串口通信、光纖-網(wǎng)線通信和可擴(kuò)展無線4G通信。

1.4 供電單元

供電單元主要由交直流轉(zhuǎn)換器、交流防雷器、空氣開關(guān)及保險(xiǎn)管等組成。其中，交直流轉(zhuǎn)換器輸出有24 V和12 V兩路電源。直流24 V電源為魚眼鏡頭高清攝像機(jī)和長焦鏡頭高清攝像機(jī)提供電源，所配備的保險(xiǎn)管規(guī)格為10 A。直流12 V電源為主控制器、工業(yè)交換機(jī)及短焦鏡頭高清攝像機(jī)提供電源，所配備的保險(xiǎn)管規(guī)格為5 A。

1.5 附件

附件包括防雷單元、自潔儀、立柱、安裝底座、基礎(chǔ)預(yù)埋件及觀測識(shí)別所必需的輔助觀測目標(biāo)物等。

2 HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀的安裝

天氣現(xiàn)象智能觀測儀應(yīng)安裝在觀測場內(nèi)西北角。觀測場內(nèi)無法安裝時(shí)，它可安裝在觀測場外開闊區(qū)域。它的布設(shè)區(qū)域約為2 m（東西向）×4 m（南北向）。

2.1 主立桿的安裝

將3個(gè)攝像機(jī)分別安裝到對(duì)應(yīng)橫臂上，魚眼鏡頭高清攝像機(jī)橫臂帶托盤，長焦鏡頭高清攝像機(jī)使用小橫臂，短焦鏡頭高清攝像機(jī)使用大橫臂。將3個(gè)橫臂安裝到立桿上，再將攝像機(jī)初步固定在橫臂上，先不用完全擰緊，在后續(xù)上電環(huán)節(jié)需要結(jié)合攝像機(jī)畫面調(diào)節(jié)安裝方向，以便正確觀測對(duì)象。

魚眼鏡頭高清攝像機(jī)距地面約2.8 m，安裝時(shí)注意指北標(biāo)志對(duì)北，注意接入直流電壓為24 V的接線端子，未使用的接線羰子用膠帶纏繞密封。

長焦鏡頭高清攝像機(jī)距地約2.1 m，對(duì)地夾角約30°，安裝時(shí)應(yīng)注意接線的正負(fù)極、線序，同時(shí)要取下鏡頭上的固定泡沫。

短焦鏡頭高清攝像機(jī)距地約1.8 m，對(duì)地夾角約70°，安裝時(shí)應(yīng)注意接入直流電壓為12 V的接線端子，注意線序和密封。

走線共有串口線、光纖和交流電源線3根。信號(hào)線纜與交流電源線纜須分開走線，所有走線不得裸露，穿在波紋管中，且連接處需要進(jìn)行密封。

2.2 機(jī)箱的安裝

機(jī)箱距地高度1.5 m，用抱箍固定在出線孔位上面的位置，并將攝像機(jī)的網(wǎng)線與電源線接入機(jī)箱底部指定位置。機(jī)箱內(nèi)供電單元見圖2。

2.3 觀測目標(biāo)物的安裝

電線積冰架距立桿中心約1.6 m，高1.5 m，電纜大致水平。蒸發(fā)皿放置于結(jié)冰架的左下角。雪尺距立桿中心約3.3 m，必須垂直于地面，傾斜角度小于3°，雪尺零刻度線要與地面平齊，紅線與二維碼要正對(duì)短焦鏡頭高清攝像頭[2]。

3.1 魚眼鏡頭高清攝像機(jī)

將計(jì)算機(jī)本地連接IP地址修改為192.168.200，IP地址不能與設(shè)備的出廠默認(rèn)地址相同。用谷歌瀏覽器訪問192.168.1.64，默認(rèn)用戶名為admin，密碼為Admin123。

開啟ONVIF協(xié)議：配置—網(wǎng)絡(luò)—高級(jí)配置—集成協(xié)議—勾選啟動(dòng)ONVIF—點(diǎn)擊添加—保存。

設(shè)置時(shí)間：配置—系統(tǒng)—系統(tǒng)設(shè)置—時(shí)間配置—時(shí)間配置—勾選NTP校對(duì)—勾選手動(dòng)校時(shí)—勾選與計(jì)算機(jī)同步—保存。

設(shè)置魚眼鏡頭高清攝像機(jī)IP地址：配置—網(wǎng)絡(luò)—基本配置—TCP/IP—修改IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、DNS—保存。

啟動(dòng)加熱：配置—系統(tǒng)—系統(tǒng)設(shè)置—加熱—勾選啟動(dòng)—保存。

魚眼鏡頭高清攝像機(jī)碼流：需要分別設(shè)置主碼流和子碼流。

主碼流：配置—視音頻—視頻—碼流類型選擇主碼流—視頻類型選擇視頻流—分辨率選擇4 000×3 000—碼率類型選擇定碼率—視頻幀率選擇20 f/s—碼率上限選擇12 288 kb/s—視頻編碼選擇H.264—Smart264選擇關(guān)閉—編碼復(fù)雜度選擇中—1幀間隔選擇20—SVC選擇關(guān)閉—碼流平滑選擇50—保存[3]。

子碼流：配置—視音頻—視頻—碼流類型選擇子碼流—視頻類型選擇視頻流—碼率類型選擇變碼率—圖像質(zhì)量選擇中—視頻幀率選擇20 f/s—碼率上限選擇1 024 kb/s—視頻編碼選擇H.264—編碼復(fù)雜度選擇低—1幀間隔選擇20—SVC選擇關(guān)閉—碼流平滑選擇50—保存[3]。

3.2 長焦鏡頭高清攝像機(jī)

長焦鏡頭高清攝像機(jī)修改計(jì)算機(jī)IP地址，設(shè)置用戶名、密碼，開啟ONVIF協(xié)議，設(shè)置時(shí)間，設(shè)置長焦鏡頭高清攝像機(jī)IP地址與魚眼鏡頭高清攝像機(jī)IP地址相同。

長焦鏡頭高清攝像機(jī)焦距需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)部兩個(gè)調(diào)焦旋鈕，配合觀測畫面調(diào)節(jié)，使蒸發(fā)皿占據(jù)圖像左半大部分面積，而右半部分有較多的草。

補(bǔ)光設(shè)置：長焦鏡頭高清攝像機(jī)采用白光補(bǔ)光，近光燈亮度為5，遠(yuǎn)光燈亮度為0。針對(duì)補(bǔ)光時(shí)間，按照臺(tái)站的經(jīng)度查出當(dāng)?shù)氐娜章渥钤鐣r(shí)間和日出最晚時(shí)間，日落最早時(shí)間提前30 min，日出最晚時(shí)間延后30 min，算出定時(shí)開啟與關(guān)閉補(bǔ)光時(shí)間。

機(jī)碼流按說明書進(jìn)行設(shè)置[4]。

3.3 短焦鏡頭高清攝像機(jī)

短焦鏡頭高清攝像機(jī)采用白光補(bǔ)光，近光燈亮度為8，遠(yuǎn)光燈亮度為10，開啟與結(jié)束補(bǔ)光時(shí)間，其余設(shè)置與長焦攝像機(jī)基本相同。

3.4 參數(shù)設(shè)置

3.4.1 鏡頭參數(shù)配置。第一，登錄http：//192.168.1.100：8080，密碼為123456。第二，進(jìn)入設(shè)備管理進(jìn)行編輯。地面凝結(jié)—長焦—編號(hào)22;電線結(jié)冰—短焦—編號(hào)21;云量云高—魚眼—編號(hào)10。第三，輸入對(duì)應(yīng)攝像機(jī)的用戶名密碼及IP。第四，設(shè)置手動(dòng)校時(shí)及站點(diǎn)信息，設(shè)備ID默認(rèn)為000，無須修改。

3.4.2 主控參數(shù)設(shè)置。第一，圖像采集頻率設(shè)置為1 min;視頻采集頻率設(shè)置為10 min;波特率為9 600 Baud;判識(shí)接口只需將IP改為主控制器IP，主控制器IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)根據(jù)實(shí)際分配IP設(shè)置。第二，自潔儀頻率設(shè)置為10，模式為1。第三，上位機(jī)IP和實(shí)況IP均為ISOS服務(wù)器主機(jī)IP，實(shí)況端口為8082。第四，攝像機(jī)參數(shù)設(shè)置補(bǔ)光均選擇OFF，在攝像機(jī)手動(dòng)設(shè)置補(bǔ)光時(shí)間。

4 HY-WP1型天氣現(xiàn)象智能觀測儀的維護(hù)

4.1 運(yùn)輸存儲(chǔ)

天氣現(xiàn)象智能觀測儀在包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)中應(yīng)存放在包裝箱內(nèi)，包裝箱應(yīng)牢固，內(nèi)有防潮、防振措施，并用充填物充填空隙，以保證在正常儲(chǔ)運(yùn)、裝卸條件下不因包裝不善而引起產(chǎn)品損壞、散失、銹蝕、長霉和精度降低等[5]。

4.2 攝像機(jī)維護(hù)

根據(jù)設(shè)備附近的環(huán)境情況，定期在日出前或日落后檢查攝像機(jī)鏡頭的遮擋和污染情況，若發(fā)現(xiàn)存在遮擋或污染，應(yīng)及時(shí)清理。清潔魚眼鏡頭時(shí)，可先用清水沖洗表面浮塵與沙粒，再用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉無水乙醇擦拭，注意不要?jiǎng)潅ＡП砻妗Ｇ鍧嶉L、短焦攝像機(jī)鏡頭時(shí)，應(yīng)使用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉無水乙醇擦拭。

每月定期檢查攝像機(jī)的水平、方位和傾角，檢查立柱是否穩(wěn)固，避免振動(dòng)對(duì)攝像機(jī)產(chǎn)生不良影響。

4.3 目標(biāo)物維護(hù)

第一，結(jié)冰容器應(yīng)盡可能使用代表當(dāng)?shù)刈匀凰w的水，器內(nèi)水量不足時(shí)需要及時(shí)添加。第二，雪尺應(yīng)保持豎直，刻度零線與地面集中觀測區(qū)自然下墊面齊平。第三，每月檢查地面集中觀測區(qū)自然下墊面及露、霜目標(biāo)物草地狀況，保持平整。

5 結(jié)語

天氣降水現(xiàn)象智能觀測儀屬于新型儀器，業(yè)務(wù)人員需要熟悉其系統(tǒng)組成及工作原理，加強(qiáng)日常維護(hù)，總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，確保觀測自動(dòng)化工作的順利開展，為相關(guān)部門開展氣象防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王芬芬.降水現(xiàn)象久的應(yīng)用及故障分析[J].農(nóng)業(yè)氣象研究，2019（1）：223-226.

[2]黃德華，黃雄.淺談DSG4型降水現(xiàn)象儀的故障處理方法[J].河北農(nóng)機(jī)，2020（7）：66.

[3]魏寬.DSG5型降水現(xiàn)象儀運(yùn)行維護(hù)與故障處理[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2019（16）：96.

[4]馬林，孫艷云，苗傳海，等.天氣現(xiàn)象視頻智能觀測儀技術(shù)要求分析[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020（4）：69-70.

[5]王宏昌，張孝峰，章火寶.一次因觀測室搬遷引起天氣現(xiàn)象儀故障的維修過程[J].電子世界，2019（21）：162-163.