HY-WP1型天气现象智能观测仪的安装、应用及维护

花红霞　章瑞清　李朝晖　田曦

摘 要：本文简述了HY-WP1型天气现象智能观测仪的系统结构、安装、应用及日常维护方法，并对实际运行中可能出现的故障提出合理的处理建议，供气象台站技术人员参考。

关键词：天气现象智能观测仪;安装;维护

中图分类号：P414.95 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）31-0006-03

Installation， Application and Maintenance of HY-WP1 Intelligent

Weather Observation Instrument

HUA Hongxia ZHANG Ruiqing LI Zhaohui TIAN Xi

（Enshi Prefecture Meteorological Service， Enshi Hubei 445300）

Absrtact： This paper briefly describes the system structure， installation， application and routine maintenance of HY-WP1 intelligent observatory for weather phenomena， and puts forward reasonable treatment suggestions for possible faults in actual operation， which can be used as a reference for technicians of meteorological station.

Keywords： intelligent weather observation instrument;installation;maintenance

以往云量、云状及地面凝结现象等观测采用人工记录的方式，存在主观性强、观测误差大、观测频次低以及观测数据不够连续等缺点，已无法满足气象观测越来越高的要求[1]。HY-WP1型天气现象智能观测仪是一款通过图像识别技术进行天气现象自动观测识别的气象仪器，可对总云量、云状、地面凝结现象（霜、露、雨凇、雾凇）、结冰、积雪和雪深等天气现象（或气象要素）进行自动观测识别，并具备扩展电线积冰、視程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙和沙尘暴）的自动观测识别能力。该观测仪的使用能有效提高观测自动化程度，减少观测人员的工作量，为气象服务提供更有效的观测资料。

1 HY-WP1型天气现象智能观测仪的组成

HY-WP1型天气现象智能观测仪主要由图像采集单元、图像处理单元、通信单元、供电单元和附件等组成，实物如图1所示。

1.1 图像采集单元

图像采集单元一般由1个独立鱼眼镜头高清摄像机、1个长焦镜头高清摄像机和1个短焦镜头高清摄像机组成。鱼眼镜头高清摄像机可水平180°观测，用于观测总云量与云状。长焦镜头高清摄像机用于观测水面结冰、霜、露以及是否积雪等情况。短焦镜头高清摄像机用于观测雪深、雨凇和雾凇。

1.2 图像处理单元

图像处理单元由控制处理器和存储单元组成。控制处理器是由中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）、内存等组成的嵌入式AI（Artificial Infelligence，人工智能）计算机。

1.3 通信单元

通信单元包括3种通信方式，分别为RS-232串口通信、光纤-网线通信和可扩展无线4G通信。

1.4 供电单元

供电单元主要由交直流转换器、交流防雷器、空气开关及保险管等组成。其中，交直流转换器输出有24 V和12 V两路电源。直流24 V电源为鱼眼镜头高清摄像机和长焦镜头高清摄像机提供电源，所配备的保险管规格为10 A。直流12 V电源为主控制器、工业交换机及短焦镜头高清摄像机提供电源，所配备的保险管规格为5 A。

1.5 附件

附件包括防雷单元、自洁仪、立柱、安装底座、基础预埋件及观测识别所必需的辅助观测目标物等。

2 HY-WP1型天气现象智能观测仪的安装

天气现象智能观测仪应安装在观测场内西北角。观测场内无法安装时，它可安装在观测场外开阔区域。它的布设区域约为2 m（东西向）×4 m（南北向）。

2.1 主立杆的安装

将3个摄像机分别安装到对应横臂上，鱼眼镜头高清摄像机横臂带托盘，长焦镜头高清摄像机使用小横臂，短焦镜头高清摄像机使用大横臂。将3个横臂安装到立杆上，再将摄像机初步固定在横臂上，先不用完全拧紧，在后续上电环节需要结合摄像机画面调节安装方向，以便正确观测对象。

鱼眼镜头高清摄像机距地面约2.8 m，安装时注意指北标志对北，注意接入直流电压为24 V的接线端子，未使用的接线羰子用胶带缠绕密封。

长焦镜头高清摄像机距地约2.1 m，对地夹角约30°，安装时应注意接线的正负极、线序，同时要取下镜头上的固定泡沫。

短焦镜头高清摄像机距地约1.8 m，对地夹角约70°，安装时应注意接入直流电压为12 V的接线端子，注意线序和密封。

走线共有串口线、光纤和交流电源线3根。信号线缆与交流电源线缆须分开走线，所有走线不得裸露，穿在波纹管中，且连接处需要进行密封。

2.2 机箱的安装

机箱距地高度1.5 m，用抱箍固定在出线孔位上面的位置，并将摄像机的网线与电源线接入机箱底部指定位置。机箱内供电单元见图2。

2.3 观测目标物的安装

电线积冰架距立杆中心约1.6 m，高1.5 m，电缆大致水平。蒸发皿放置于结冰架的左下角。雪尺距立杆中心约3.3 m，必须垂直于地面，倾斜角度小于3°，雪尺零刻度线要与地面平齐，红线与二维码要正对短焦镜头高清摄像头[2]。

3.1 魚眼镜头高清摄像机

将计算机本地连接IP地址修改为192.168.200，IP地址不能与设备的出厂默认地址相同。用谷歌浏览器访问192.168.1.64，默认用户名为admin，密码为Admin123。

开启ONVIF协议：配置—网络—高级配置—集成协议—勾选启动ONVIF—点击添加—保存。

设置时间：配置—系统—系统设置—时间配置—时间配置—勾选NTP校对—勾选手动校时—勾选与计算机同步—保存。

设置鱼眼镜头高清摄像机IP地址：配置—网络—基本配置—TCP/IP—修改IP地址、子网掩码、网关、DNS—保存。

启动加热：配置—系统—系统设置—加热—勾选启动—保存。

鱼眼镜头高清摄像机码流：需要分别设置主码流和子码流。

主码流：配置—视音频—视频—码流类型选择主码流—视频类型选择视频流—分辨率选择4 000×3 000—码率类型选择定码率—视频帧率选择20 f/s—码率上限选择12 288 kb/s—视频编码选择H.264—Smart264选择关闭—编码复杂度选择中—1帧间隔选择20—SVC选择关闭—码流平滑选择50—保存[3]。

子码流：配置—视音频—视频—码流类型选择子码流—视频类型选择视频流—码率类型选择变码率—图像质量选择中—视频帧率选择20 f/s—码率上限选择1 024 kb/s—视频编码选择H.264—编码复杂度选择低—1帧间隔选择20—SVC选择关闭—码流平滑选择50—保存[3]。

3.2 长焦镜头高清摄像机

长焦镜头高清摄像机修改计算机IP地址，设置用户名、密码，开启ONVIF协议，设置时间，设置长焦镜头高清摄像机IP地址与鱼眼镜头高清摄像机IP地址相同。

长焦镜头高清摄像机焦距需要手动调节，旋转内部两个调焦旋钮，配合观测画面调节，使蒸发皿占据图像左半大部分面积，而右半部分有较多的草。

补光设置：长焦镜头高清摄像机采用白光补光，近光灯亮度为5，远光灯亮度为0。针对补光时间，按照台站的经度查出当地的日落最早时间和日出最晚时间，日落最早时间提前30 min，日出最晚时间延后30 min，算出定时开启与关闭补光时间。

机码流按说明书进行设置[4]。

3.3 短焦镜头高清摄像机

短焦镜头高清摄像机采用白光补光，近光灯亮度为8，远光灯亮度为10，开启与结束补光时间，其余设置与长焦摄像机基本相同。

3.4 参数设置

3.4.1 镜头参数配置。第一，登录http：//192.168.1.100：8080，密码为123456。第二，进入设备管理进行编辑。地面凝结—长焦—编号22;电线结冰—短焦—编号21;云量云高—鱼眼—编号10。第三，输入对应摄像机的用户名密码及IP。第四，设置手动校时及站点信息，设备ID默认为000，无须修改。

3.4.2 主控参数设置。第一，图像采集频率设置为1 min;视频采集频率设置为10 min;波特率为9 600 Baud;判识接口只需将IP改为主控制器IP，主控制器IP、子网掩码、网关根据实际分配IP设置。第二，自洁仪频率设置为10，模式为1。第三，上位机IP和实况IP均为ISOS服务器主机IP，实况端口为8082。第四，摄像机参数设置补光均选择OFF，在摄像机手动设置补光时间。

4 HY-WP1型天气现象智能观测仪的维护

4.1 运输存储

天气现象智能观测仪在包装、运输、存储中应存放在包装箱内，包装箱应牢固，内有防潮、防振措施，并用充填物充填空隙，以保证在正常储运、装卸条件下不因包装不善而引起产品损坏、散失、锈蚀、长霉和精度降低等[5]。

4.2 摄像机维护

根据设备附近的环境情况，定期在日出前或日落后检查摄像机镜头的遮挡和污染情况，若发现存在遮挡或污染，应及时清理。清洁鱼眼镜头时，可先用清水冲洗表面浮尘与沙粒，再用柔软不起毛的棉布或脱脂棉无水乙醇擦拭，注意不要划伤玻璃表面。清洁长、短焦摄像机镜头时，应使用柔软不起毛的棉布或脱脂棉无水乙醇擦拭。

每月定期检查摄像机的水平、方位和倾角，检查立柱是否稳固，避免振动对摄像机产生不良影响。

4.3 目标物维护

第一，结冰容器应尽可能使用代表当地自然水体的水，器内水量不足时需要及时添加。第二，雪尺应保持竖直，刻度零线与地面集中观测区自然下垫面齐平。第三，每月检查地面集中观测区自然下垫面及露、霜目标物草地状况，保持平整。

5 结语

天气降水现象智能观测仪属于新型仪器，业务人员需要熟悉其系统组成及工作原理，加强日常维护，总结工作经验，确保观测自动化工作的顺利开展，为相关部门开展气象防灾减灾工作提供参考依据。

参考文献：

[1]王芬芬.降水现象久的应用及故障分析[J].农业气象研究，2019（1）：223-226.

[2]黄德华，黄雄.浅谈DSG4型降水现象仪的故障处理方法[J].河北农机，2020（7）：66.

[3]魏宽.DSG5型降水现象仪运行维护与故障处理[J].内蒙古科技与经济，2019（16）：96.

[4]马林，孙艳云，苗传海，等.天气现象视频智能观测仪技术要求分析[J].电子元器件与信息技术，2020（4）：69-70.

[5]王宏昌，张孝峰，章火宝.一次因观测室搬迁引起天气现象仪故障的维修过程[J].电子世界，2019（21）：162-163.