嚴(yán)忠國(guó)，姚 楊，黃高平，張仕清

（1.石臺(tái)縣氣象局，安徽 池州 245100；2.東至縣氣象局，安徽 池州 247200；3.池州市氣象局，安徽 池州 247000）

1 研究背景

自動(dòng)氣象站天氣現(xiàn)象智能觀測(cè)儀是一款通過(guò)不同角度的多個(gè)攝像機(jī)采集圖像和視頻數(shù)據(jù)，利用圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣現(xiàn)象自動(dòng)識(shí)別和觀測(cè)的專(zhuān)業(yè)氣象儀器。它充分考慮現(xiàn)有國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站和區(qū)域氣象觀測(cè)站的特點(diǎn)情況，無(wú)縫接入視頻圖像天氣現(xiàn)象儀，充分?jǐn)U展了對(duì)低云量、電線積冰、云高、視覺(jué)障礙現(xiàn)象（輕霧、霧、霾、浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴）等其他要素自動(dòng)觀測(cè)能力。它的運(yùn)用對(duì)于目前尚未實(shí)現(xiàn)器測(cè)的天氣現(xiàn)象（或氣象要素）觀測(cè)項(xiàng)目，進(jìn)一步推進(jìn)氣象觀測(cè)自動(dòng)化，有效提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的頻率和質(zhì)量[2]，減輕臺(tái)站業(yè)務(wù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度有著積極的意義。

2 天氣現(xiàn)象視頻智能觀測(cè)儀的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

現(xiàn)階段，全國(guó)大部分氣象臺(tái)站配備了HY-WP1A天氣現(xiàn)象智能觀測(cè)儀，該儀器整體結(jié)構(gòu)由圖像采集、圖像處理、通信、供電4個(gè)單元及附件（防雷單元、自潔儀、安裝預(yù)埋件以及輔助觀測(cè)目標(biāo)物等）組成。圖像采集由魚(yú)眼攝像機(jī)垂直拍攝天空方向，觀測(cè)總云量和云狀；長(zhǎng)焦高清攝像機(jī)拍攝地面上的蒸發(fā)皿、地面植物目標(biāo)物（草地），負(fù)責(zé)觀測(cè)結(jié)冰、霜、露、積雪；短焦高清攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)電纜和雪尺，負(fù)責(zé)觀測(cè)雨凇、霧凇和積雪深度。由圖像采集單元采集的圖片和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)圖像處理單元的質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)處理，記錄和存儲(chǔ)后，由通信單元采用RS-232串口通信和光纖通信方式完成數(shù)據(jù)發(fā)送、接收以及通訊方式轉(zhuǎn)換，識(shí)別結(jié)果通過(guò)RS-232串口通信線經(jīng)過(guò)綜合集成硬件控制器與ISOS軟件連接，視頻和圖片數(shù)據(jù)采用光纖通信傳輸?shù)绞覂?nèi)通信終端，再通過(guò)業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)上傳至省級(jí)或國(guó)家級(jí)氣象信息中心。

3 常見(jiàn)故障及處理方法

天氣現(xiàn)象智能觀測(cè)儀常見(jiàn)故障有硬件和軟件原因，主要表現(xiàn)在供電故障、網(wǎng)絡(luò)故障、設(shè)備故障和軟件版本等方面。

3.1 硬件故障及處理方法

3.1.1 供電故障

因供電不正常造成的無(wú)圖像時(shí)，可用萬(wàn)用表測(cè)試攝像頭的供電是否正常。魚(yú)眼攝像機(jī)和長(zhǎng)焦攝像機(jī)的供電電壓都為24 V，短焦攝像機(jī)的供電電壓為12 V，如果沒(méi)有電壓或時(shí)有時(shí)無(wú)，檢查保險(xiǎn)管、線路連接是否有接觸不良和松動(dòng)的情況，如正常再檢查供電模塊和市電是否正常。

魚(yú)眼攝像機(jī)（其他攝像機(jī)檢查方式類(lèi)似）直連時(shí)無(wú)法從網(wǎng)頁(yè)登錄時(shí)，需要從以下方面進(jìn)行檢查：首先查看魚(yú)眼攝像機(jī)機(jī)箱內(nèi)接線排下端供電是否滿足24 V供電要求，若下端未有供電或電流微弱則檢查左側(cè)保險(xiǎn)座內(nèi)保險(xiǎn)絲有無(wú)跳閘情況，有跳閘情況不可急于更換保險(xiǎn)（10 A），應(yīng)檢查相關(guān)電路是否有短路，著重檢查攝像機(jī)線纜連接處（若鏈接處存在短路顯現(xiàn)可先用防水絕緣膠帶纏繞），線路無(wú)短路斷路情況下進(jìn)行更換對(duì)應(yīng)10A保險(xiǎn)；其次檢查魚(yú)眼攝像機(jī)線纜連接情況，確保連接在DC24V雙芯插口上；最后查看魚(yú)眼攝像機(jī)網(wǎng)線是否正常及卡死，可以更換網(wǎng)線進(jìn)行嘗試。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)故障

網(wǎng)絡(luò)故障常見(jiàn)的是問(wèn)題攝像機(jī)的IP地址與內(nèi)網(wǎng)中其他設(shè)備IP沖突，造成圖像時(shí)有時(shí)無(wú)或者攝像機(jī)不連續(xù)采集圖片或視頻。此時(shí)，通過(guò)查看圖像采集日志，圖像采集報(bào)錯(cuò)誤代碼為28。解決辦法：修改問(wèn)題攝像機(jī)IP地址為空閑IP即可。另外，魚(yú)眼攝像機(jī)網(wǎng)線質(zhì)量原因也可能造成的無(wú)圖像，可以更換網(wǎng)線進(jìn)行嘗試；而如果是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置不合理原因造成的故障，需重新配置攝像機(jī)的協(xié)議、碼流、密碼，將攝相機(jī)的IP重新設(shè)置成同一網(wǎng)段。

3.1.3 設(shè)備故障

通過(guò)網(wǎng)頁(yè)無(wú)法訪問(wèn)到主控與攝像機(jī)時(shí)，可能原因是供電問(wèn)題或者室內(nèi)交換機(jī)壞。解決方法：查看室內(nèi)交換機(jī)指示燈狀態(tài)，若供電正常的情況下，交換機(jī)上所有指示燈都不亮，則嘗試斷電重啟一下交換機(jī)，若仍無(wú)法正常訪問(wèn)主控與攝像機(jī)，再看一下接到室內(nèi)交換機(jī)的光纖頭是否能看到紅色光點(diǎn)，若2個(gè)光纖接頭一個(gè)有光點(diǎn)常亮，一個(gè)沒(méi)有光，則可確認(rèn)天臉室外設(shè)備部分信號(hào)傳輸正常，此時(shí)需要聯(lián)系廠家，更換室內(nèi)交換機(jī)。

3.2 軟件故障及處理方法

3.2.1 數(shù)據(jù)采集成功率低及處理方法

天臉數(shù)據(jù)采集成功率低，故障可能是由于ISOS軟件與天臉主控的時(shí)間不一致引起的。因此，可以通過(guò)嘗試將天臉主控的時(shí)間改為與ISOS軟件時(shí)間一致來(lái)解決（注意：是以ISOS軟件時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)）。解決方法：使用業(yè)務(wù)電腦上的瀏覽器訪問(wèn)主控頁(yè)面。選擇“參數(shù)設(shè)置”，檢查手動(dòng)校時(shí)后面的時(shí)間是否正確，若正確則點(diǎn)擊后面的設(shè)置按鈕。顯示同步成功，則校時(shí)完畢，此時(shí)返回ISOS觀察數(shù)據(jù)采集成功率是否正常。

主控頁(yè)面中，查看到天臉視頻或圖像采集成功率不是100%；天臉只有視頻采集無(wú)圖像采集或只有圖像采集無(wú)視頻采集。問(wèn)題原因通常是修改攝像機(jī)密碼后主控與攝像機(jī)之間未成功建立連接導(dǎo)致的。

解決方法：第一步，通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)攝像機(jī)的IP地址，管理員登錄，進(jìn)入攝像機(jī)頁(yè)面后，選擇配置—網(wǎng)絡(luò)—高級(jí)配置—集成協(xié)議，檢查啟動(dòng)ONVIF協(xié)議前面是否勾選，正常為勾選狀態(tài)。選中管理員賬戶(hù)點(diǎn)擊刪除按鈕刪除管理員賬戶(hù)，然后點(diǎn)擊添加按鈕重新添加管理員賬戶(hù)，用戶(hù)名密碼和原來(lái)保持一致，用戶(hù)類(lèi)型選擇管理員。點(diǎn)擊確定，最后點(diǎn)擊保存按鈕（3個(gè)攝像機(jī)均需按照上述步驟重新設(shè)置）。第二步，訪問(wèn)主控制器，在瀏覽器中輸入主控制器IP地址（輸入的字符必須全為半角字符）?！坝脩?hù)類(lèi)型”選擇管理員賬戶(hù)，輸入密碼，登錄。點(diǎn)擊設(shè)備管理，此時(shí)能看到3個(gè)攝像機(jī)，點(diǎn)擊攝像機(jī)的編輯圖標(biāo)，檢查參數(shù)和攝像機(jī)中設(shè)置的參數(shù)是否一致，若一致點(diǎn)擊確定按鈕，不一致則修改后點(diǎn)擊確定按鈕（設(shè)備管理下的3個(gè)攝像機(jī)設(shè)備均需做上述操作）。最后去觀測(cè)場(chǎng)主控機(jī)箱關(guān)閉空氣開(kāi)關(guān)5～10 s，重新上電。

天臉魚(yú)眼攝像機(jī)圖像異?；驘o(wú)法正常采集視頻。圖像顯示異常多數(shù)是因?yàn)榘惭b方式和顯示方式選擇不正確或視頻編碼選擇錯(cuò)誤導(dǎo)致的。魚(yú)眼攝像機(jī)鏡頭安裝方式應(yīng)選擇桌面，顯示方式應(yīng)選擇魚(yú)眼。

解決方法：首先，瀏覽器訪問(wèn)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象攝像機(jī)頁(yè)面，輸入用戶(hù)名密碼登錄。點(diǎn)擊配置—視音頻—視頻，設(shè)置中要注意視頻編碼只能選擇H.264，目前視頻編碼不支持H.265，若選錯(cuò)則視頻不能正常采集。其次，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試電腦的IE瀏覽器中插件需要安裝，在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)頁(yè)下端彈出黃色插件進(jìn)行安裝。安裝完成后重啟瀏覽器輸入魚(yú)眼攝像機(jī)查看圖片顯示。

3.2.2 數(shù)據(jù)不采集及處理方法

天臉數(shù)據(jù)不采集的原因可能是主控內(nèi)存滿了或者是觀測(cè)項(xiàng)選擇有誤導(dǎo)致的。

解決方法：首先使用一鍵清除功能，然后檢查參數(shù)設(shè)置—主控參數(shù)設(shè)置—圖像/視頻采集頻率，需要將圖像采集頻率設(shè)為1（min），視頻采集頻率設(shè)為10（min）。其次如果發(fā)送READDATA有返回值，有可能是觀測(cè)項(xiàng)選擇有誤導(dǎo)致的。這時(shí)需要通過(guò)主控網(wǎng)頁(yè)—設(shè)備管理菜單下查看3個(gè)攝像機(jī)的觀測(cè)項(xiàng)，查看是否有少勾選或者重復(fù)勾選的項(xiàng)目。如魚(yú)眼攝像頭名稱(chēng)為“云狀云量”，觀測(cè)項(xiàng)選擇類(lèi)型中只能勾選“云狀”“云量”，不能勾選其他觀測(cè)項(xiàng)。其他2個(gè)攝像機(jī)的觀測(cè)項(xiàng)選擇操作類(lèi)似。

3.2.3 判識(shí)結(jié)果異常及處理方法

ISOS軟件中天臉判識(shí)結(jié)果缺失。解決方法：瀏覽器訪問(wèn)主控頁(yè)面，輸入用戶(hù)名密碼登錄，選擇數(shù)據(jù)查詢(xún)，選擇想要導(dǎo)出數(shù)據(jù)的時(shí)間，點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕，點(diǎn)擊確定，此時(shí)會(huì)彈出存儲(chǔ)路徑，選擇存儲(chǔ)路徑后下載即可（一次只能導(dǎo)出一天的數(shù)據(jù)，若需多天數(shù)據(jù)則需重復(fù)上述操作）。導(dǎo)出文件如何進(jìn)行上傳需聯(lián)系ISOS相關(guān)開(kāi)發(fā)人員。

攝像機(jī)能正常采集圖片和視頻，但識(shí)別不了天氣狀況。解決方法：首先檢查攝像機(jī)鏡頭上是否有污染物附著或遮擋，若為冰堆積，需查看攝像機(jī)系統(tǒng)—系統(tǒng)配置—加熱是否共勾選。若為其他泥點(diǎn)的污染物附著，則需要用無(wú)紡棉酒精清理。其次查看主控時(shí)間是否與觀測(cè)平臺(tái)電腦時(shí)間有延遲，若有延遲則需要在觀測(cè)平臺(tái)給主控制器手動(dòng)校時(shí)，同步到電腦時(shí)間。最后查看主控是否為最新版本。

云狀識(shí)別結(jié)果為紅色。解決方法：用管理員賬戶(hù)和密碼登錄主控，在“設(shè)備管理”—“云狀云量”中，點(diǎn)編輯符號(hào)，進(jìn)入編輯頁(yè)面后勾選“云高”“云量”“云狀”。

雪深、電線結(jié)冰數(shù)值偏差量較大。問(wèn)題可能是由于輔助觀測(cè)目標(biāo)物設(shè)置不規(guī)范、攝像機(jī)對(duì)焦不準(zhǔn)確等原因造成的。解決方法：首先查看雪深標(biāo)尺是否正對(duì)短焦攝像機(jī)，且周邊沒(méi)有藍(lán)、紅、黃及不屬于天氣現(xiàn)象觀測(cè)的白色；其次雪深尺是否垂直與地面，且零度刻度線在土面以上；然后電線結(jié)冰電纜近處有無(wú)遮擋，或后側(cè)有無(wú)立面情況；最后是調(diào)整攝像機(jī)角度與網(wǎng)頁(yè)內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確對(duì)焦。

判識(shí)結(jié)果錯(cuò)誤。未及時(shí)升級(jí)最新版本可能導(dǎo)致判識(shí)結(jié)果錯(cuò)誤以及觀測(cè)成功率偏低，如實(shí)際未下雪（雪尺等參照物正常），ISOS軟件中出現(xiàn)雪深記錄，這是主控程序問(wèn)題。解決方法：目前主控程序AI識(shí)別部分還在匯總調(diào)整，算法正在升級(jí)迭代，因此，應(yīng)及時(shí)從華云升達(dá)的官方網(wǎng)站下載設(shè)備程序最新版本。

4 日常維護(hù)

為保證天氣現(xiàn)象智能觀測(cè)儀長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，做好儀器日常維護(hù)工作尤為重要，具體維護(hù)工作如下。

4.1 加強(qiáng)儀器巡視

每周檢查攝像機(jī)鏡頭的遮擋和污染情況，若有遮擋或污染應(yīng)及時(shí)清理，清理應(yīng)在日出前或日落后進(jìn)行。清潔攝像機(jī)鏡頭時(shí)，護(hù)罩式鏡頭可用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉沾無(wú)水乙醇直接擦試鏡頭玻璃，魚(yú)眼鏡頭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沾無(wú)水乙醇擦試鏡頭，注意不要?jiǎng)潅ＡП砻?，如果窗口加熱功能良好，其表面將很快變干，勿用其他物品清潔。可根?jù)設(shè)備附近環(huán)境的情況，延長(zhǎng)或縮短維護(hù)的時(shí)間間隔（遇沙塵、降雪等影響觀測(cè)時(shí)，應(yīng)及時(shí)清潔）。

4.2 保證可靠供電

每月檢查供電設(shè)施，保證供電安全。

4.3 定期檢查校準(zhǔn)

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，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正。檢查地面集中觀測(cè)區(qū)自然下墊面及露、霜目標(biāo)物草地狀況，保持平整。檢查輔助觀測(cè)目標(biāo)物設(shè)置是否規(guī)范，專(zhuān)用雪尺應(yīng)保持豎直，刻度零線與地面集中觀測(cè)區(qū)自然下墊面齊平；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)需及時(shí)添加。

4.4 開(kāi)展防雷檢測(cè)

每年春季應(yīng)對(duì)防雷設(shè)施、設(shè)備接地狀況進(jìn)行一次全面檢查，復(fù)測(cè)接地電阻值，使其符合氣象設(shè)施防雷技術(shù)要求，避免直擊雷或感應(yīng)雷損壞儀器設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，天氣現(xiàn)象視頻智能觀測(cè)儀業(yè)務(wù)尚處在試運(yùn)行階段，業(yè)務(wù)人員對(duì)新設(shè)備尚處于了解和熟悉階段，新設(shè)備在日常運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些故障和不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此，業(yè)務(wù)人員有必要了解儀器的工作原理，在實(shí)際工作中快速分析軟硬件故障原因，并能夠找到解決問(wèn)題的辦法，進(jìn)行簡(jiǎn)單的維修和日常維護(hù)，確保視頻智能觀測(cè)儀正常運(yùn)行，有效提高天氣現(xiàn)象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。