民航自動(dòng)氣象站故障統(tǒng)計(jì)分析與維護(hù)維修

張雙偉

摘 要：本文根據(jù)中國(guó)民用航空局空中交通管理局下發(fā)的氣象運(yùn)行信息附件中的民航空管系統(tǒng)氣象裝備運(yùn)行情況，對(duì)2014年12月至2019年6月共計(jì)55個(gè)月的民航空管系統(tǒng)氣象裝備運(yùn)行情況中的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)故障情況進(jìn)行了梳理，篩選了關(guān)于自動(dòng)氣象站故障的237個(gè)條目，整理并歸納了自動(dòng)氣象站故障的現(xiàn)象和原因，并用餅狀圖方式直觀地展示了自動(dòng)氣象站故障的特點(diǎn)。最后根據(jù)這些特點(diǎn)提出了一些關(guān)于自動(dòng)氣象站維護(hù)維修的建議，為保障民航自動(dòng)氣象站正常工作提供有效支持。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站;故障;維修

中圖分類號(hào)：P415.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）29-0155-04

Abstract： According to the weather equipment operation status of the civil aviation management system in the meteorological operation information appendix issued by the Air Traffic Management Bureau of CAAC， this paper sorted out the failure of the automatic weather observation system in the operation of the weather equipment of the civil aviation management system for 55 months from December 2014 to June 2019， screened 237 items about the failure of automatic weather station， sorted out and summarized the phenomena and causes of the failure of automatic weather station， and visually demonstrated the characteristics of the failure of automatic weather station by means of a pie chart. Finally， based on these characteristics， some suggestions on the maintenance and repair of automatic weather stations were put forward to provide effective support for ensuring the normal operation of civil aviation automatic weather stations.

Keywords： automatic weather station;failure;maintenance

自動(dòng)氣象站是民航自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，主要為空管、機(jī)場(chǎng)、航空公司等用戶提供機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)時(shí)的風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、溫度、濕度、雨量等六要素?cái)?shù)據(jù)。自動(dòng)氣象站常見的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

各個(gè)用戶可以根據(jù)實(shí)時(shí)天氣狀況來調(diào)整業(yè)務(wù)。比如，塔臺(tái)用戶可以根據(jù)風(fēng)向風(fēng)速的變化，調(diào)整跑道起降方向;航空公司根據(jù)降雨大小決定是否起降等。因此，保障自動(dòng)氣象站工作正常是氣象機(jī)務(wù)人員的重要工作之一。

中國(guó)民用航空局空中交通管理局下發(fā)的氣象運(yùn)行信息附件中有民航空管系統(tǒng)氣象裝備運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，在自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)部分中列出了當(dāng)期所有上報(bào)的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的故障與異常情況。本文對(duì)自2014年12月至2019年6月共計(jì)55個(gè)月的民航空管系統(tǒng)氣象裝備運(yùn)行情況中的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)故障情況[1]進(jìn)行了梳理和篩選，挑出關(guān)于自動(dòng)氣象站的故障信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 自動(dòng)氣象站故障統(tǒng)計(jì)分析

在相關(guān)氣象運(yùn)行信息附件中，民航空管系統(tǒng)氣象裝備運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)沒有固定的格式，只是大概描述了故障的時(shí)間、地點(diǎn)、故障原因和解決方法。有的只簡(jiǎn)單寫了故障，并沒有寫故障原因和故障解決辦法。因此，筆者對(duì)這些故障進(jìn)行了初步篩選，將涉及自動(dòng)氣象站六要素?cái)?shù)據(jù)部分、全部丟失或者中斷的故障挑選出來。為使分析更有針對(duì)性，根據(jù)自動(dòng)氣象站框圖，本次統(tǒng)計(jì)丟棄了室內(nèi)交換機(jī)服務(wù)器等原因?qū)е碌淖詣?dòng)站數(shù)據(jù)中斷或者丟失（交換機(jī)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)的所有自觀數(shù)據(jù)，包括自動(dòng)站數(shù)據(jù)、能見度數(shù)據(jù)、云高儀數(shù)據(jù)等）的條目，丟棄了一些故障描述比較簡(jiǎn)單、未注明原因的條目，最后列出了55個(gè)月內(nèi)關(guān)于自動(dòng)氣象站的237個(gè)故障。

本文根據(jù)自動(dòng)氣象站框圖將故障現(xiàn)象分類如下：如果是自動(dòng)站六要素?cái)?shù)據(jù)全部中斷或者丟失的，則稱為整體故障;如果是風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)中斷、異常的，則稱為風(fēng)向風(fēng)速故障;如果是溫濕度數(shù)據(jù)中斷、異常的，則稱為溫濕度故障;如果是雨量數(shù)據(jù)中斷、異常的，則稱為雨量故障，如果是氣壓數(shù)據(jù)中斷、異常的，則稱為氣壓故障。

對(duì)各個(gè)故障數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并做成餅狀圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，自動(dòng)氣象站故障中，整體故障數(shù)量有133次，占比56%;風(fēng)向風(fēng)速故障有76次，占比為32%;雨量故障有15次，占比為6%;溫濕度故障為11次，占比為5%;氣壓故障有2次，占比為1%。從百分比可以看出，自動(dòng)站最容易出現(xiàn)的故障就是整體故障，也就是六要素?cái)?shù)據(jù)全部丟失或者中斷。在單要素故障中，風(fēng)向風(fēng)速故障次數(shù)最多，占比為32%。

接著，對(duì)133次自動(dòng)站整體故障的原因進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，在133次自動(dòng)站整體故障中，斷電引起的故障有57次，占比為43%;通信線路加上通信設(shè)備合計(jì)的通信故障有58次，占比為44%;雷擊引起的故障有10次，占比為7%;數(shù)據(jù)采集器故障引起的自動(dòng)站故障有8次，占比為6%。

在斷電原因里，有部分?jǐn)嚯娨彩且驗(yàn)槔讚粼斐傻拈_關(guān)跳閘或者雷擊造成電源模塊損壞，如果將這部分雷擊故障次數(shù)合并到雷擊原因中，則雷擊次數(shù)增加7次，共計(jì)17次雷擊引起的自動(dòng)站整體故障。

經(jīng)過仔細(xì)查看故障原因，筆者發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)因素比較特殊而且比較常見，需要引起大家重視，那就是施工導(dǎo)致的自動(dòng)站故障。近些年，很多機(jī)場(chǎng)一直忙于擴(kuò)建，施工不斷，很容易造成供電線路，通信線路被挖斷導(dǎo)致自動(dòng)站數(shù)據(jù)中斷。其中，施工挖斷供電導(dǎo)致故障5次，施工挖斷通信線纜導(dǎo)致故障15次，在整體故障中，其占比為15%。整體故障施工原因統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

自動(dòng)站故障現(xiàn)象排名第二的是風(fēng)向風(fēng)速故障，占比為32%。對(duì)其故障原因進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，風(fēng)向風(fēng)速自身傳感器故障有32次，占比為42%;由于鳥類對(duì)傳感器的干擾造成的數(shù)據(jù)中斷或者異常有14次，占比為18%;通信故障有14次，占比為18%;下雪或者凍雨導(dǎo)致的風(fēng)向風(fēng)速傳感器結(jié)冰造成的數(shù)據(jù)中斷或者異常有8次，占比為11%;雷擊導(dǎo)致的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)中斷有5次，占比為7%;機(jī)械風(fēng)處理風(fēng)向7位格雷碼的QMI118故障有2次，占比為3%。

對(duì)于雨量故障，原因比較簡(jiǎn)單，基本上是傳感器故障或者雨量筒內(nèi)有雜物堵塞，造成的雨量數(shù)據(jù)中斷或者誤差較大。

對(duì)于溫濕度故障，原因也比較簡(jiǎn)單，基本是傳感器自身的原因造成的溫濕度數(shù)據(jù)中斷或者誤差比較大。

相對(duì)來說，氣壓故障比較少，僅有兩次。一次是氣壓傳感器靜壓孔進(jìn)入蟲子導(dǎo)致氣壓數(shù)據(jù)異常，一次是服務(wù)器端軟件故障導(dǎo)致的氣壓數(shù)據(jù)中斷。但由于氣壓數(shù)據(jù)的重要性，在《空管系統(tǒng)不安全事件標(biāo)準(zhǔn)》中，氣壓值誤差在3 hPa（含）以上即為氣象嚴(yán)重差錯(cuò)，需要引起大家的重視。

2 維護(hù)維修

根據(jù)以上故障現(xiàn)象和故障原因的統(tǒng)計(jì)和分析，可以有針對(duì)性地采取措施來維護(hù)維修自動(dòng)氣象站，以保障其正常工作。

2.1 整體故障

對(duì)于整體故障，根據(jù)原因分析，其主要有四類，分別是供電、通信、雷擊和數(shù)采器。下面分別給出維護(hù)維修的建議。

針對(duì)供電原因，對(duì)于還未配置UPS（不間斷電源）的，須盡快配置，這樣在市電中斷時(shí)，可以用UPS電池來供電，為機(jī)務(wù)員聯(lián)系供電部門盡快恢復(fù)市電爭(zhēng)取時(shí)間。

對(duì)于已經(jīng)配置UPS的，須每年在自觀設(shè)備換季維護(hù)過程中進(jìn)行深度放電來檢查UPS是否能正常工作。特別是對(duì)于使用時(shí)間接近5 a的UPS電池來說，放電測(cè)試極為重要，因?yàn)殂U酸電池使用的壽命基本上為5 a左右。

針對(duì)通信原因，設(shè)備維護(hù)部門平時(shí)應(yīng)做好通信設(shè)備的備件工作，對(duì)于重要的通信設(shè)備，如光端機(jī)、串口服務(wù)器、光纖收發(fā)器等，應(yīng)購(gòu)足備件，如遇通信設(shè)備故障，直接換上備件即可。對(duì)于通信線路，維護(hù)部門應(yīng)熟知設(shè)備線路位置，并在線纜地面上設(shè)置顯著標(biāo)識(shí)，防止施工或割草等造成通信線路被挖斷或者割斷。

針對(duì)雷擊，根據(jù)民用航空機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)建設(shè)指南，風(fēng)桿高度為10 m[2]，基本上為附近設(shè)備中的最高點(diǎn)，如果避雷針安裝不合理或者位置不對(duì)，就容易造成風(fēng)向風(fēng)速傳感器被雷擊，進(jìn)而造成風(fēng)行風(fēng)速傳感器故障甚至自動(dòng)氣象站整體擊壞。所以，要仔細(xì)檢查風(fēng)桿頂部避雷針安裝是否規(guī)范，是否高于風(fēng)向風(fēng)速傳感器，同時(shí)必須請(qǐng)專業(yè)的防雷檢測(cè)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行防雷檢測(cè)，檢測(cè)防雷端子是否失效、防雷接地是否符合標(biāo)準(zhǔn)、防雷接地電阻是否大于10 Ω等[3]。

數(shù)據(jù)采集器相當(dāng)于自動(dòng)站的CPU，如果數(shù)采器故障，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)自動(dòng)站的數(shù)據(jù)中斷或者丟失[4]。所以，平時(shí)要購(gòu)買數(shù)采器的備件，如果遇到數(shù)采器死機(jī)或者故障，可以對(duì)其直接進(jìn)行重啟或者更換備件。

2.2 風(fēng)向風(fēng)速故障

根據(jù)風(fēng)向風(fēng)速故障原因統(tǒng)計(jì)，主要有傳感器自身故障、鳥擾、通信故障、結(jié)冰、雷擊等。

由于風(fēng)向風(fēng)速傳感器自身故障比較多，所以無(wú)論使用的是機(jī)械風(fēng)還是超聲風(fēng)傳感器，平時(shí)均應(yīng)備足備件，如果遇到傳感器故障，可以直接放倒風(fēng)桿進(jìn)行更換。

對(duì)于鳥擾，可以與機(jī)場(chǎng)防鳥部門聯(lián)系，增加驅(qū)鳥頻率，或者在自動(dòng)站設(shè)備旁邊增加驅(qū)鳥裝備，如空氣壓縮炮等，對(duì)鳥進(jìn)行驅(qū)趕。也可以向廠家選購(gòu)防鳥裝置，減少鳥類對(duì)風(fēng)向風(fēng)速傳感器的干擾。

對(duì)于通信故障，要做好平時(shí)的設(shè)備維護(hù)。在設(shè)備周維護(hù)、月維護(hù)或者換季維護(hù)過程中，應(yīng)重點(diǎn)檢查傳感器連接頭、連接線等是否有老化、生銹的跡象，特別是連接頭如果平時(shí)密封不嚴(yán)，極易造成里面的針腳生銹而導(dǎo)致連接中斷。

在北方地區(qū)，如果有凍雨或者連續(xù)下雪，無(wú)論是機(jī)械風(fēng)還是超聲風(fēng)，在發(fā)現(xiàn)風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)異常情況時(shí)，要放倒風(fēng)桿，檢查是否有結(jié)冰，并進(jìn)行除冰操作。不過，除冰只能治標(biāo)，不能治本。北方地區(qū)應(yīng)該選擇帶有加熱功能的風(fēng)向風(fēng)速傳感器，這樣在氣溫較低時(shí)可以通過加熱來除去傳感器表面的積冰或者積雪，保證傳感器正常工作。

2.3 其他

對(duì)于溫濕度、雨量故障，平時(shí)應(yīng)備足備件，如果出現(xiàn)故障，直接更換即可。在設(shè)備維護(hù)過程中，應(yīng)檢查雨量筒里是否有雜物，如果有樹枝、塵土等雜物，應(yīng)及時(shí)清理，避免下雨時(shí)堵塞雨水而造成測(cè)量值不準(zhǔn)。

3 結(jié)論

從以上自動(dòng)氣象站故障統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，在日常值班時(shí)，如果碰到自動(dòng)氣象站故障，不需要驚慌失措，做好信息通報(bào)后，可以根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行判斷，確定其是六要素整體故障還是單個(gè)要素故障。如果是整體故障，則依次檢查供電是否正常，數(shù)采器狀態(tài)是否正常，如果均無(wú)異常，則開始檢查通信線路是否異常，包括通信設(shè)備工作是否正常、通信線纜是否存在被挖斷等情況。如果是單個(gè)要素故障，則檢查傳感器環(huán)境是否異常，如鳥群存在、雨量筒雜物較多，然后檢查傳感器自身是否損壞、通信線纜是否老化或連接松動(dòng)等，如果傳感器出現(xiàn)故障則迅速更換備件，如果線路異常則及時(shí)重新連接線纜。平時(shí)，設(shè)備維護(hù)人員需要購(gòu)足備件，做好周維護(hù)、月維護(hù)、換季維護(hù)等，這樣才能減少自動(dòng)氣象站故障的次數(shù)，保障自動(dòng)氣象站工作正常。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中國(guó)民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用航空機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)建設(shè)指南（AP-117-TM-2012-01）[Z].2012.

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[4]姚凈.新型自動(dòng)氣象站的常見儀器故障及維修維護(hù)[J].南方農(nóng)機(jī)，2020（9）：245.