靳 君，王寶童，董禮瑋

（1.西安水文水資源勘測(cè)中心,陜西 西安 710100；2.延安水文水資源勘測(cè)中心,陜西 延安 716000）

1 柳林水文站雨量、水位一體化自動(dòng)遙測(cè)站的組成

柳林水文站雨量、水位一體化自動(dòng)遙測(cè)站主要由水位塔、檢修平臺(tái)及橫臂、遙測(cè)終端機(jī)、翻斗雨量計(jì)、水位計(jì)、通信模塊、4G 流量卡、太陽(yáng)能光伏板、光伏板充電控制器、蓄電池、機(jī)箱、線纜、天線等組成。

2 柳林水文站雨量、水位一體化自動(dòng)遙測(cè)站傳感器工作原理

2.1 翻斗雨量傳感器工作原理

用標(biāo)準(zhǔn)器口（內(nèi)徑Φ200 mm）采集自然界降雨量,降雨從雨量筒上端的承雨器口進(jìn)入雨量筒匯集后,通過雨量筒漏斗,流入下方翻斗計(jì)量組件,按預(yù)先設(shè)計(jì)的感量（柳林水文站雨量翻斗計(jì)量組件為一斗0.2 mm）進(jìn)行稱重、計(jì)量,將mm的降雨量轉(zhuǎn)換為重量g（或容積mL）的單元水量,使翻斗計(jì)量組件失去平衡翻轉(zhuǎn),并把水量排出器外。而每一次翻斗翻轉(zhuǎn),都會(huì)對(duì)干簧管磁場(chǎng)切斷一次,每次切斷會(huì)以開關(guān)量方式實(shí)時(shí)輸出,供遙測(cè)終端機(jī)采集利用。

翻斗計(jì)量組件是一個(gè)機(jī)械式雙穩(wěn)態(tài)稱重機(jī)構(gòu),若左邊翻斗計(jì)量后翻轉(zhuǎn),把水量排出器外,同時(shí)由于翻斗重心發(fā)生變化,右邊翻斗隨即轉(zhuǎn)入計(jì)量,按此方式不斷地循環(huán)計(jì)量、輸出信號(hào),連續(xù)采集自然界降雨量,實(shí)現(xiàn)自然降雨量的連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 雷達(dá)水位傳感器工作原理

雷達(dá)水位計(jì)的主要測(cè)量原理是雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射電磁波脈沖,其在空氣介質(zhì)中傳播,遇到水面,在界面處將產(chǎn)生反射,部分電磁能被反射至發(fā)射源。經(jīng)測(cè)定,電磁波在水位計(jì)和水面之間往返傳播的時(shí)間為T,由于電磁波的傳播速度C是個(gè)常數(shù),因此可以測(cè)出水位計(jì)與水面之間的距離H。

雷達(dá)水位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間T,而電磁波的傳輸速度為常數(shù)C,則可計(jì)算出雷達(dá)天線到水面的距離D=C×T/2；水底到雷達(dá)天線的距離是L,計(jì)算可得出水位高度H=L-D。

水位值需要在參數(shù)設(shè)置里增加基準(zhǔn)高程,若不設(shè)置測(cè)到的是相對(duì)高程。

3 柳林水文站雨量、水位一體化自動(dòng)遙測(cè)站的主要故障分類及其排除方法

在實(shí)踐中,柳林水文站雨量、水位一體化自動(dòng)遙測(cè)站在使用過程中出現(xiàn)很多不同原因、這樣那樣的問題,經(jīng)過反復(fù)維修和多年養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)歸納出存在故障主要有以下五類,故障表現(xiàn)為數(shù)據(jù)時(shí)通時(shí)斷、數(shù)據(jù)不通、暢通無(wú)量、數(shù)據(jù)精度不高、水位值固定不變、水位報(bào)大值（跳大值）。

3.1 電源故障

柳林水文站雨水自動(dòng)遙測(cè)站供電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏板、光伏充電控制器、蓄電池組成,太陽(yáng)能光伏板為蓄電池充電。如果出現(xiàn)蓄電池更換頻繁,白天正常而陰天不正常,白天正常而晚上不正常。分析故障：一是太陽(yáng)板供電不足；二是蓄電池蓄電能力不足；三是供電連接線問題。

排除方法：第一種情況,排除太陽(yáng)板破損；排除太陽(yáng)能板接線柱焊點(diǎn)是否氧化脫落；排除太陽(yáng)能板是否遮檔,用干凈軟布或者軟餐巾紙清除太陽(yáng)板硅晶表面雜物,保證表面清潔；再用萬(wàn)用表檢查太陽(yáng)板與光伏充電控制器連接線的太陽(yáng)板供電電壓是否正常,確保蓄電池的有效充電；第二種情況,斷開太陽(yáng)能充電板,用萬(wàn)用表檢查蓄電池電壓值,若低于11V,說明蓄電池電量虧損,需及時(shí)更換蓄電池；特別是電池使用時(shí)間過長(zhǎng)已不能存儲(chǔ)大量電能源,和白天充電電壓過大?；蛘哌B陰雨期充電不足導(dǎo)致虧損,只能更換蓄電池。這種問題最常見；第三種情況,檢查連接線是否氧化、生銹、斷路,排除線路松動(dòng)、斷開或線路短路問題；如有問題及時(shí)重新整理接線或更換電線。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)故障

柳林水文站自動(dòng)遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸流程為,現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)終端機(jī)采集數(shù)據(jù)后,通過4G/GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行钠脚_(tái),中心平臺(tái)部署為艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)。故雨水自動(dòng)遙測(cè)站和中心艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)的穩(wěn)定、及時(shí)通信是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾Ｕ?既是各站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能否上傳的重點(diǎn),也是考核雨水自動(dòng)遙測(cè)站正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。在例行維修養(yǎng)護(hù)時(shí),需要提前查看中心艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)上各站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),提前判斷自動(dòng)遙測(cè)站問題,如果某個(gè)站點(diǎn)無(wú)數(shù)據(jù),而該站點(diǎn)基本信息供電正常,那么可以判斷該站點(diǎn)通信問題；在現(xiàn)場(chǎng)可通過觀察通信模塊的工作指示燈顏色和閃爍頻次來判斷通信問題。通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)故障變存在問題為,一是測(cè)試數(shù)據(jù)艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)接收不到；二是遙測(cè)終端機(jī)屏幕顯示網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)通時(shí)斷,網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量值偏小,艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)測(cè)試報(bào)文時(shí)有時(shí)無(wú),測(cè)試雨量數(shù)據(jù)偏小,接收數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)。

排除方法：第一種情況,主要為SIM卡和遙測(cè)終端機(jī)問題,需要更換物聯(lián)卡重新發(fā)送測(cè)試報(bào)；SIM 卡安裝不正確,導(dǎo)致SIM 卡芯片接觸不良,應(yīng)重新安裝SIM 卡；由于通信設(shè)備安裝在狹小的空間里。高溫容易導(dǎo)致SIM 卡槽變形,使得SIM卡芯片接觸不良,這是最常遇到的現(xiàn)象,處理方法：卡槽適當(dāng)位置墊紙片；遙測(cè)終端機(jī)設(shè)置不正確或IP 地址或端口號(hào)設(shè)置不正確,要按照艾力泰爾遙測(cè)平臺(tái)正確的IP 地址和端口號(hào)設(shè)置遙測(cè)終端機(jī)；如是通信模塊發(fā)生問題,及時(shí)更換通信模塊。第二種情況,主要為信號(hào)問題,可以用不同移動(dòng)信號(hào)的手機(jī)測(cè)試站點(diǎn)所在地運(yùn)營(yíng)商信號(hào),選擇信號(hào)質(zhì)量值最大的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)；也可在規(guī)范允許范圍內(nèi)移動(dòng)站點(diǎn)或加裝室外天線,條件允許情況下可改建為衛(wèi)星站。

3.3 雨量計(jì)故障

目前水文系統(tǒng)所用雨量計(jì)主要是翻斗式，分辦率為0.2 mm 的雨量計(jì),用以測(cè)量降雨量,雨量計(jì)翻斗切斷干簧管磁場(chǎng)產(chǎn)生開關(guān)信息量計(jì)數(shù)傳輸,以滿足信息記錄、傳輸、顯示的需求：以翻斗式雨量計(jì)為例。出現(xiàn)雨量數(shù)據(jù)明顯偏小或者降雨后沒有雨量數(shù)據(jù),反之雨量計(jì)數(shù)據(jù)明顯偏大或者錯(cuò)誤的雨量數(shù)據(jù)特大值。還有一種常見現(xiàn)象,在小雨時(shí)總是出現(xiàn)連續(xù)不斷的長(zhǎng)歷時(shí)最小量的數(shù)據(jù),看起來一切正常。一般都是外雨量桶漏斗被泥土和枯葉堵塞,漏水很慢。

其問題有：一是雨量筒的集水器漏斗堵塞或即將堵塞；二是翻斗內(nèi)有泥沙或其它雜物,落灰塵土板結(jié),小蟲結(jié)網(wǎng)；三是翻斗軸卡死；四是翻斗承雨不標(biāo)準(zhǔn)；五是干簧管消磁或損壞；六是雨量計(jì)接線柱連接斷開或生銹脫落。

排除方法：第一二種問題,對(duì)雨量筒的集水器、濾網(wǎng)、漏斗、翻斗先取出,用小毛筆或小毛刷洗,噴壺大量噴水沖洗,用干凈的軟布擦干,翻斗背面擦干,再將翻斗安裝恢復(fù)原位,用手輕撥查看是否正常翻轉(zhuǎn),避免由于操作或恢復(fù)不到位導(dǎo)致翻斗運(yùn)行不正常。清洗防堵罩和濾網(wǎng)時(shí),先將其取出,用清水洗凈外筒,將防堵罩和濾網(wǎng)刷洗干凈再放回外筒。第三種問題,可通過對(duì)翻斗軸螺絲調(diào)試,查看軸是否放在原位,通過撥動(dòng)翻斗靈敏度可知；第四種問題,當(dāng)雨量計(jì)數(shù)據(jù)偏小或偏大,在保證雨量筒水平的基礎(chǔ)上,調(diào)整翻斗高低來糾正數(shù)據(jù)大小,翻斗下方有微調(diào)螺母,螺母升降來調(diào)節(jié)翻斗雨量多少,調(diào)節(jié)后必須進(jìn)行最少三次注水測(cè)試檢驗(yàn),確保誤差在±0.4 mm 范圍內(nèi)；第五種問題,用萬(wàn)用表蜂鳴檔檢查磁鋼傳輸情況,撥動(dòng)翻斗,萬(wàn)用表沒有蜂鳴聲說明干簧管問題,可以更換干簧管或者用雨量計(jì)另一邊的備用干簧管；第六種問題,對(duì)雨量計(jì)接線柱重新接線；如果線纜老換更換新線纜,如果接線端子生銹嚴(yán)重直接更換接線端子。

3.4 水位計(jì)故障

柳林水文站,采用北京古大GDRD56 型高頻雷達(dá)水位計(jì),該水位計(jì)傳感器由雷達(dá)微波解調(diào)系統(tǒng)和雷達(dá)微波脈沖發(fā)射天線兩部分組成,在監(jiān)測(cè)過程中,發(fā)生過水位數(shù)據(jù)接收不到、水位數(shù)據(jù)顯示一個(gè)數(shù)值不變。最后歸納總結(jié)其原因有：一是水位計(jì)連接線纜松動(dòng)或連接線斷路；二是水位計(jì)傳感器死機(jī)；三是水位計(jì)安裝位置不垂直；四是蜜蜂搭窩飛蟲織網(wǎng)堵塞。

排除方法：第一種問題,檢查線路,重新接線,排除連接線斷開、接口松動(dòng)或者更換新線纜重新接線,保證連接線連接可靠；第二種問題,通過重新啟動(dòng)水位傳感器或者重新啟動(dòng)遙測(cè)終端機(jī)來恢復(fù)正常運(yùn)行；第三種問題,需要重新安裝,并固定牢靠；第四種問題,當(dāng)其他方法檢查后依然無(wú)信號(hào)或者一直是一個(gè)恒定值。則檢查橫臂的水位計(jì)探頭,查看喇叭口里是否有蜜蜂搭窩飛蟲結(jié)網(wǎng),清理干凈。

還要檢查水位計(jì)探頭發(fā)射波束角是否太小,探頭離水邊是否太近,探頭是否偏斜,水流是否脫流等。

3.5 遙測(cè)終端機(jī)故障

遙測(cè)終端機(jī)是雨水自動(dòng)遙測(cè)站的運(yùn)行大腦,連接各種傳感器,對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)有記錄、存儲(chǔ)、發(fā)送功能。每一個(gè)自動(dòng)遙測(cè)站都必不可少。在電源、 通信信號(hào)、線纜連接正常的情況下,查看遙測(cè)終端機(jī)顯示屏,不計(jì)數(shù),不顯示,時(shí)間停止或者黑屏,首先按重啟鍵或斷電來解決,如還不能排除,說明終端機(jī)有故障,需要用便攜式電腦對(duì)終端機(jī)配置查看或從新配置,如重新配置后還不能解決問題那就需要更換終端機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

近十年來,陜西省水文系統(tǒng)相繼建成了一大批雨水自動(dòng)遙測(cè)站,這些站點(diǎn)的投入運(yùn)行,對(duì)雨量水位的監(jiān)測(cè)進(jìn)行了加密,特別是對(duì)局部小流域降雨天氣可有效進(jìn)行監(jiān)測(cè),彌補(bǔ)了我們常規(guī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的不足,同時(shí)也解放了人工觀測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度,對(duì)雨水自動(dòng)遙測(cè)站的常規(guī)故障及解決辦法,我們要從先軟件后硬件,先中心后終端,由近及遠(yuǎn)的方法,通過仔細(xì)觀察設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài),初步判定故障部位和原因,為下一步排除問題制造條件,結(jié)果可供大家參考。