陳增境+李新慶+馬寧

摘要 在對(duì)多個(gè)臺(tái)站的自動(dòng)土壤水分站運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析歸納的基礎(chǔ)上，針對(duì)土壤水分站的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合其測(cè)量原理，提出日常維護(hù)及故障排查處理的方法。

關(guān)鍵詞 土壤水分站；維護(hù)；故障分析；自動(dòng)氣象站

中圖分類號(hào) P401 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）23-0201-02

Abstract On the basis of analyzing and summarizing the problems in operation of automatic soil moisture station of several automatic weather stations，the methods of daily maintenance and troubleshooting were put forward according to the structure characteristics and measurement principle of soil moisture station.

Key words soil moisture station；maintenance；fault analysis；automatic weather station

土壤水分的觀測(cè)是農(nóng)業(yè)氣象、生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)性工作之一。經(jīng)過(guò)幾年的不斷努力，全區(qū)土壤水分觀測(cè)工作初見成效，已初步建成自動(dòng)化土壤水分觀測(cè)體系。其覆蓋范圍廣、采集與分析自動(dòng)化，基于GPRS通信傳輸手段，將自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)上傳到分站的中心服務(wù)器上，對(duì)全區(qū)各地的土壤水分、墑情情況進(jìn)行全面、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的檢測(cè)，大幅提升了對(duì)自然條件變化的感知能力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水肥管理等提供了可靠數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)支撐手段。然而，由于土壤水分觀測(cè)站多地處露天野外，其觀測(cè)設(shè)備一般也常年設(shè)在野外環(huán)境之中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)吹雨打，設(shè)備故障率較高，直接影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸失敗等問(wèn)題。根據(jù)最近1年左右的運(yùn)行與維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)觀測(cè)設(shè)備在日常運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，以期為觀測(cè)站正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為觀測(cè)設(shè)備的日常維護(hù)提供指導(dǎo)。

1 日常維護(hù)

（1）在惡劣天氣過(guò)后務(wù)必進(jìn)行設(shè)備巡檢。每當(dāng)遇到強(qiáng)降雨、強(qiáng)雷暴或強(qiáng)風(fēng)沙天氣，在天氣好轉(zhuǎn)之后務(wù)必進(jìn)行觀測(cè)設(shè)備的巡檢，檢查設(shè)備基礎(chǔ)供電是否受影響，設(shè)備傳感器等元器件是否正常工作，與中心服務(wù)器的通信是否正常，數(shù)據(jù)是否能夠順利傳輸?shù)取?/p>

（2）做好日常采集數(shù)據(jù)的核對(duì)，確保數(shù)據(jù)完整性。每天對(duì)前一天的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性核查，如發(fā)現(xiàn)存在缺失現(xiàn)象，及時(shí)與維護(hù)人員溝通。

（3）每3個(gè)月將放置在安裝管中接口控制器處的干燥劑取出，用烘箱烘干并重新放置好。個(gè)別臺(tái)站如果特別潮濕，間隔時(shí)間應(yīng)該縮短。

（4）保持太陽(yáng)能電池板表面干燥清潔。在沙塵和鹽霧濃重的地區(qū)，需要根據(jù)情況定期將太陽(yáng)能板表面灰塵清除。

（5）傳感器周邊土壤發(fā)生龜裂[1]。地表如有龜裂問(wèn)題，則會(huì)影響傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度。面對(duì)龜裂土壤的正確做法是保持傳感器保護(hù)蓋的下沿距離土壤表面2 cm左右，并將傳感器周邊20 cm范圍內(nèi)帶有龜裂表層的土壤挖開，直至挖到?jīng)]有龜裂為止。然后，選用附近松散濕潤(rùn)的土壤回填，回填后壓實(shí)并確保傳感器套管與土壤緊密接觸。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持傳感器周圍土壤環(huán)境清潔，沒(méi)有雜物、雜草、沙石等障礙物，以免對(duì)土壤水分蒸發(fā)及滲透造成影響，進(jìn)而造成測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

（6）每年定期對(duì)電纜、采集器、傳感器等關(guān)鍵部件進(jìn)行巡檢，對(duì)存在老化、故障的部件及時(shí)維修或更換。

（7）建立值班制度，對(duì)每日巡檢項(xiàng)目進(jìn)行記錄、留存、歸檔，建立科學(xué)合理的日常維護(hù)機(jī)制，如在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，及時(shí)告知相關(guān)維護(hù)人員進(jìn)行處理。

2 常見故障分析

2.1 采集器故障判別

（1）基礎(chǔ)供電檢查。首先查看指示燈是否正常，如果不亮則表示電源故障，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查看充電控制器是否連接好，如排除接線松動(dòng)問(wèn)題，則考慮通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量電源輸入電壓是否正常，如發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)修理或更換。

（2）數(shù)據(jù)采集程序運(yùn)行情況檢查。首先查看運(yùn)行指示燈是否閃爍，不閃爍則說(shuō)明存在故障，這種情況通常是主板問(wèn)題，可查看主板是否正常，如果存在異常則需要維修或更換。

（3）串口通訊檢查。可通過(guò)串口調(diào)測(cè)程序或者超級(jí)終端對(duì)采集器的串口通信進(jìn)行檢查，檢查時(shí)鐘和日期是否正常，如果存在異常則說(shuō)明串口通信存在問(wèn)題。

（4）GPRS通訊檢查。首先檢查指示燈是否常亮，不常亮則說(shuō)明存在異常，如異?？蓹z查SIM卡安裝是否正確，可通過(guò)插拔SIM方式嘗試恢復(fù)。同時(shí)，也要注意檢查SIM是否存在欠費(fèi)等問(wèn)題，也可通過(guò)將SIM卡安裝到手機(jī)中檢查信號(hào)強(qiáng)度，或通過(guò)發(fā)短信方式檢查SIM狀態(tài)是否正常，如有故障，則及時(shí)聯(lián)系運(yùn)營(yíng)商解決。

2.2 傳感器故障判別

（1）接線端子檢查。由于接線端子接觸不良導(dǎo)致的傳感器故障比較常見，在發(fā)現(xiàn)傳感器故障時(shí)，可首先檢查傳感器和主機(jī)板相連的排線插針是否插緊，檢查是否存在松動(dòng)或脫落問(wèn)題。

（2）傳感器外觀檢查。在徹底斷電的情況下，檢查傳感器電路板外觀是否存在連接線脫落問(wèn)題，檢查處理板、連接排線等是否有脫落問(wèn)題，檢查RS485接口等是否存在接觸不良情況等。

（3）軟件調(diào)試。若傳感器出現(xiàn)故障，其監(jiān)測(cè)見過(guò)將出現(xiàn)較大偏差，在發(fā)現(xiàn)某個(gè)層次的水分值異常偏高或過(guò)低，將傳感器連接至筆記本，應(yīng)用標(biāo)定軟件現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該層的傳感器頻率值。傳感器在空氣中頻率值范圍為（36 000±3 000）Hz，如不在此范圍內(nèi)，則說(shuō)明該層傳感器異常，應(yīng)及時(shí)維修或更換。

3 案列分析

3.1 傳感器周圍異物影響數(shù)據(jù)觀測(cè)

傳感器周圍土壤中的石塊、鐵塊等異物同樣會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)帶來(lái)影響，通常會(huì)使觀測(cè)結(jié)果偏小[2]。因此，發(fā)現(xiàn)某些層次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常偏小，在排除傳感器自身故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮傳感器所在土層是否存在異物，需要挖開查看，但該方法要謹(jǐn)慎操作，因?yàn)橐坏┩陂_，傳感器便需要重新安裝調(diào)測(cè)。

3.2 凍土造成數(shù)據(jù)異常偏低

寧夏區(qū)大部分臺(tái)站到了冬季會(huì)發(fā)現(xiàn)各層的數(shù)據(jù)逐步降低，這種情況并非傳感器出現(xiàn)故障，而是由于凍土影響造成的[3]。由于FDR（frequency domain reflectometer，頻域反射）型傳感器是通過(guò)測(cè)量土壤的介電常數(shù)來(lái)反演土壤水分，由于水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冰晶，當(dāng)土壤中水分凍結(jié)時(shí)，會(huì)造成測(cè)量結(jié)果偏小。因此，冬季出現(xiàn)凍土?xí)r測(cè)量結(jié)果偏小屬于正?，F(xiàn)象。此時(shí)測(cè)量的并非真實(shí)的土壤水分，數(shù)據(jù)不能用于干旱監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)服務(wù)，但可用于粗略估計(jì)凍土深度。

3.3 供電系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)缺失

正常情況下，電源控制器左邊指示燈顯示太陽(yáng)能板供電情況，顯示綠色為正常狀態(tài)；左邊指示燈顯示蓄電池電壓情況，顯示綠色為正常狀態(tài)；右邊指示燈顯示電路板供電情況，為橙色時(shí)為正常狀態(tài)。如果指示燈顏色異常時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查看供電線路、蓄電池工作情況，及時(shí)進(jìn)行故障排查及解決。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)自動(dòng)土壤水分站出現(xiàn)故障時(shí)，很多情況下是由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、程序運(yùn)行不穩(wěn)定導(dǎo)致的，可以通過(guò)重啟設(shè)備或更換電池方式進(jìn)行快速解決，有些故障則需要專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)排查解決。但不管屬于何種情況，都應(yīng)當(dāng)根據(jù)故障排查流程合理高效地進(jìn)行排查解決。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司.自動(dòng)土壤水分觀測(cè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司，2010.

[2] 朱保關(guān)，周清.DZN自動(dòng)土壤水分站及其維護(hù)與維修[J].氣象水文海洋儀器，2011（1）：124-128.

[3] 荀麗波，杜海香.自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站及其常見故障診斷[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2011（6）：44-46.