民航自动气象观测系统故障处理与思考

民航自动气象观测系统故障处理与思考

安征 

民航中南空管局气象中心  广东省广州市  510800

摘要：自动气象观测系统在民航空管气象业务中起到了愈发重要的作用，对自动气象观测设备的运行保障工作也提出了更高的要求。本文从外部和内部因素两方面对自动气象观测设备的典型故障案例进行分析，以故障现象、故障定位处理以及思考与经验三个环节为主线，详细介绍了故障处理与恢复过程，并将获得的经验进行分享，希望为从事气象设备保障的同行提供一些参考。

关键词：自动气象观测设备，民航，气象，故障处理

引言

民航气象观测作为保障航空运行的关键环节，对民航运输具有极大的影响。近年来，随着智慧民航的发展，先进的探测设备极大地助力了航空气象的发展，其中自动气象观测系统在气象观测业务中起到了重要的作用，为气象观测员提供多重气象参数、辅助编发报等，为管制员实时提供关键位置的天气要素数据，为气象业务的智能化、信息化升级产生了积极影响。

1 系统简介

广州白云机场自动气象观测系统采用了维萨拉公司AVIMET系统，其中室内部分包含中央数据单元(CDU)、用户终端、信号传输设备等，室外传感器部分包含测量跑道视程（RVR）的前向散射仪FS11、背景光亮度计LM21、测量常规气象要素的自动气象站AWS310 和MAWS301、测量云底高的云高仪CL31以及现时天气现象传感器FS11P，此外还配备了便携式自动站、振筒气压仪等以供应急使用。自动气象观测系统通过采集气象要素、数据处理分发、集成显示、存储与检索、互联各类气象信息，向管制、气象观测、气象预报等用户提供实时气象数据。

2 外部因素导致的设备故障

2.1 雷击导致供电、传输中断

进入雷雨季节后，中南地区各地机场陆续出现雷雨天气，其中五月有一气象部门的自动气象观测系统遭遇雷击，导致跑道中段的风和能见度探测设备出现故障。为贯彻落实双重预防工作机制要求，应加强自动气象观测设备防雷保护。

现象及分析：值班员监控发现西南温湿传感器、气压传感器、雨量传感器、西中超声风传感器数据中断，立即按规定进行信息上报，随后又发现东内南温湿传感器数据中断，随即再次上报。结合当时天气状况和以往工作经验，判断此次故障可能是由雷击导致，携带防雷器和传感器备件前往室外抢修。

定位与处理：由于西中气象设备的供电和传输线路均引接自西南下滑，因此技术人员先前往西南下滑检查，到达后发现方舱内主UPS配电箱的“西中”空开跳闸，室外配电箱的“自动站与传输”和“FS11”空开跳闸，复位后西南温湿传感器、气压传感器、雨量传感器恢复正常。

然后前往西中设备点检查，发现室外配电箱中的“总开关””、“FS11”和“独立风”空开均跳闸，复位后，独立风依旧中断，更换QSP431防浪涌器件后仍未恢复，怀疑超声风传感器损坏。用笔记本电脑连接机箱内线缆，发现无数据回传，即可确认线缆、接头或是传感器本身损坏。QSP431的结构如图1所示，正常情况下1-6口分别连通，对换下的QSP431用万用表通断档测试发现1-1和3-3不通，可以确认其已损坏。更换风传感器后，数据恢复正常。

图1  QSP431防浪涌器

随后到东内南检查，发现室内配电箱和室外配电箱开关均未跳闸，初步怀疑防雷器损坏，更换温湿传感器的防浪涌器件后未能恢复，怀疑温湿传感器损坏，对其更换后数据恢复正常。对换下的传感器检查发现，探头处有烧焦的痕迹，可以确认是因雷击损坏。

思考与经验：1）在日常的设备保障工作中，定期巡视维护是及时发现防雷装置失效的主要手段，根据最新的自动气象观测设备维护规程，制定巡视维护方案，在本场强雷暴天气过后检查防雷装置是否正常，重点落实专项维护的要求。此外，每年至少委托有资质的检测单位开展一次室外设备防雷接地检测，根据检测结果及时整改所发现的问题。

2）由于防雷器件属于损耗件，随着经历雷雨频次增加，其出现失效的风险增大，可以通过记录防雷器的使用时长、经历雷雨天气的次数、器件性能参数等信息，总结经验和规律，合理预估各类型防雷器的使用寿命，及时更换即将失效的防雷器。

3）当出现设备遭雷击损坏时，技术保障人员在修复设备后，还应当全面排查整套防雷系统，查出隐藏的防雷失效风险，及时更换降级的防雷装置。

4）根据本地机场的自动气象观测系统运行保障需求，储备适当数量的防雷器备件，并且定期进行检测，以确保备用防雷装置可靠有效。

5）在项目建设前做好防雷设计是有效发挥防雷保护作用的基础，在初步设计阶段注意关注供电传输防雷的设计方案，实地落实多级防雷配置，从源头加强设备的防雷保护。

2.2 虫蚁影响设备运行

近年来，多地机场出现飞虫、蚂蚁等原因引起的自动气象观测设备运行异常的事件，例如蚂蚁咬损线缆导致线路短路，造成设备供电中断，昆虫阻挡光路导致RVR数据中断等不正常情况。

现象及分析：值班员监控到东外南和东外中的自动气象观测数据丢失，立即通过监控软件查看设备状态以及UPS

状态，发现相关点的数据和UPS监控数据没有传回室内，初步怀疑为供电或网络传输故障，按规定进行故障信息上报后前往现场抢修。

定位与处理：到达东外南方舱机房后，检查发现UPS告警，市电输入正常，UPS输出中断，逐一排查负载情况。经排查确认故障点为自动气象站，由于其风杆障碍灯的供电线破损造成了短路，破损线缆如图2所示。断开其对应的UPS输出开关，由自带的电池供电，恢复UPS为其它传感器供电，数据全部恢复。现场对破损线缆进行了处理，确认完好后重新恢复UPS供电。此故障的直接原因是电线被红火蚁啃咬以及细小微生物腐蚀线皮，导致供电线铜丝裸露造成短路。

图2  风杆障碍灯破损的供电线 

思考与经验：1）由于自动气象观测系统的传感器均安装在室外，因此自然环境中的风吹日晒、虫蚁蛇鸟、壁虎杂草等因素对设备运行有一定的影响。因此在例行巡视维护工作中，增加相关检查项，重点关注室外设备的线缆管孔、缝隙，机箱密封性等，防范虫害进入内部的风险。关注设备附近有无蚂蚁洞、鼠洞、虫卵、土蜂窝等，及时采取撒蚂蚁药、涂抹黄油等措施，联系机场生态部门灭鼠、杀虫等。

2）及时完善巡视维护规章，根据具体情况增加巡视项目，明确巡视内容及要求。在虫蚁繁殖旺盛的季节，适当增加巡视频次。针对性开展应急演练，确保全员熟练掌握应急处置技能。

3）加强对室外设备状态和数据的监视，针对虫害蚁害影响线缆导致供电中断的现象，开发监控告警软件，应用技防手段辅助发现数据异常情况。

4）配置备份自动气象观测设备、备份UPS供电系统，及时调整技术方案，主用和备用传感器设备分别独立供电运行，提高系统自动气象观测的供电保障等级。

2.3 高温影响设备正常运行

随着夏季持续的高温天气，机房、室外方舱内的空调、风扇等散热装置连续高负荷运转，如果出现工作异常，将导致机柜内部温度过高，造成设备性能降级甚至出现故障。此外，连续的高温将对室外设备设施的防水防渗保护造成伤害，加速供电传输电缆等的老化。

故障现象：值班员监控到一个室外方舱机房中温度较之前有小幅度升高，立即通过视频监控查看空调的电源指示灯及开启状态，发现有一台空调已停机，一台正常运行。经过现场检查后，可以确认是因空调因老化而停止运行，导致机房环境温度升高，但还未对设备运行造成影响。

分析与处理：为防范高温天气对气象设备运行的风险，部门内对全部气象设备、机柜、机房、方舱、配电箱等开展自查。

1）对FS11、FS11P、LM21等配备有光学镜头及保护加热罩的传感器，检查其加热功能是否能够正常开启和关闭，避免高温下误开启加热造成设备故障或告警

2）检查室外机箱内设备或板卡表面是出现过热，检查室外配电箱的空调和散热风扇的工作状态，如有风机噪声明显增大、散热孔堵塞等情况及时处理。

3）检查并评估室外使用的电源、传输模块工作温度范围是否适用，尽量使用工业级模块。

思考与经验：1）在自动气象观测系统室外设备巡视维护过程中，注意检查室外传感器、电气机箱以及室外配电箱内的温度和空调状态。

2）对机房内的自动气象观测系统设备进行维护时，检查各机柜散热风扇、电脑主机和交换机内部风扇，按照维护计划定期做好清洁。

3）加强对运行环境温度的监控能力，通过加装温度采集监控器等，远程监控温度、相对湿度等，以技术手段辅助值班员发现和处置温度异常的情况。

4）完善相关规定制度，加强规范化要求，结合季节特点以及设备运行情况，加强对机房机柜温度或设备散热性能的检查。

5）加强人员工作作风建设的管理，严格按照规定设置空调温度，及时关闭机房门、方舱门及电气机箱盖，并执行交叉检查，确认关闭完好。

3 设备内部故障

3.1 UPS电池老化

故障现象：值班员在对自动气象观测系统 UPS 开展季度维护时，通过测试发现有个别台站的UPS 电池性能下降、内阻过大。其中：型号为 LC-P12100ST的蓄电池，出厂内阻基数为 4.5mΩ，现测量均超过8.2 mΩ；型号为 LC-P1238ST的蓄电池，出厂内阻基数为 8.2mΩ，现测量均超过15 mΩ。

分析与处理：根据《自动气象观测系统运行维护规程》要求，以上蓄电池实际测量值超出出厂时内阻基数82%，需要进行更换。

思考与经验：在自动气象观测系统的维护保障工作中，可能会忽视对偏远台站UPS蓄电池性能的监控和管理，而蓄电池性能下降将会对设备运行带来风险。按照《自动气象观测系统运行维护规程》要求，应定期对UPS、蓄电池组进行带载功能性放电测试，开展表面清洁、检查UPS输入、输出接头紧固，外观是否存在鼓包、漏液现象，测量蓄电池的电压、内阻，确保自动气象观测系统 UPS 电池处于较高的性能状态。

3.2 板件故障

故障现象：值班员发现东内南FS11有电源告警，提示正使用电池供电，查看设备状态信息后，推断故障点应该在电源板或电源开关，随后按照规定程序进行信息上报，考虑到设备自带电池只能提供运行2小时左右，告知用户FS11可能因为电池耗尽造成RVR数据中断，信息上报后前往外场检查设备情况。

分析与处理：到达现场后检查FS11，打开机箱闻到有烧焦味，电源板有轻微的异响，疑似从板上的大电容发出。在检查过程中，电源板指示灯突然熄灭，大约1分钟后收到告警信息，东内南和东内中的自观数据中断，抢修人员立刻前往方舱检查UPS的状态，发现UPS正在蜂鸣报警，此时输出中断，市电输入和电池电压正常。抢修人员认为极大可能是电源板故障导致了UPS输出跳闸，为防止对设备造成二次伤害，立刻前往FS11将其供电开关关闭。随后重启UPS，大约2分钟后输出恢复正常，东内南、东内中数据开始恢复，但FS11已无UPS输出供电，仍由自带电池供电。更换FS11的电源板和变压线圈后上电，检查电源工作正常，设备运行状态正常，数据全部恢复。通报故障已排除，自动气象观测数据恢复正常使用。

思考与经验：1）本次故障的直接原因，是FS11电源板故障，有异味和异响的大电容工作异常，致使工作电流过大，变压线圈异常发热，导致UPS输出跳闸。

2）虽然为传感器设备配备了无线传输的备份路由，但由于采用的是220V交流供电，存在其伴随UPS共同掉电的缺陷，技术人员正在进行无线传输的改造，让无线传输的供电由设备自带的电池提供。

3）近年来随着设备的升级更新，故障发生率逐年下降，可能出现维修人员参与故障处理的机会减少，动手操作技能生疏的情况，因此可加强人员在更换板件方面的实操培训，使保障人员保持高水平的实操能力。

3.3 操作软件运行异常

故障现象：值班员接到用户反映，塔台两台自动气象观测终端显示异常，在用跑道方向数据显示变灰，立即前往现场检查，其中一台显示终端已自动恢复正常，另一台在用跑道方向数据显示依然呈现灰色，与非在用跑道方向数据的显示状态相似。在做好备份措施后，重启这台终端上的WeatherView软件，随后数据显示恢复正常。

分析与处理：在事后进行故障复盘时，得知在塔台终端显示异常发生前，观测发报主班机出现过系统卡死的情况，观测员重启主机后恢复正常。在正常情况下，观测发报主班机关闭发报软件后，副班机会自动连接上，继续输出主用跑道方向的数据。由于当时发报主班机处于卡死状态，直接重启主机导致主班机并没有释放连接，进而没有输出主用跑道方向数据。

思考与经验：在遇到发报主班机系统异常需要关机或重启的情况时，观测员应该在OWS的WeatherView软件“MANUAL RUNWAY in use”中设置主用跑道方向，该设置的优先级比发报机输出更高，保证在处理主副班机故障时不影响塔台用户对自动气象观测数据的使用。

4 总结

本文对广州白云机场自动气象观测系统的配备情况进行了介绍，然后根据日常维护工作经验，对自动气象观测系统出现的故障进行了总结。选取了雷击导致供电传输中断、虫蚁影响设备运行高温影响设备正常运行、UPS电池老化、软件运行异常等多起典型故障案例，对发生故障的现象、故障分析和定位的思路、由故障引发的思考和经验进行了介绍，期望能够通过分享自身经验，助力民航气象设备保障发展。