气象自动观测系统通讯线路重大故障解决方案的研究

张占文

【摘要】    气象自动观测系统（简称AWOS）是用来测量、处理、显示、存储及发布气象数据信息，为飞行、空管、气象预报人员等提供能见度、压力、温度等实时数据，系统正常与否直接影响飞行安全。洛阳北郊机场AWOS系统采用有线通信方式传输数据，本文针对因通讯线路故障导致AWOS系统瘫痪的问题进行研讨，提出传输数据流由无线代替有线传输的改造方案，很好地解决了排除此类故障的方法。

【关键词】    AWOS    故障    改造    无线传输

引言

气象自动观测系统是保障飞行安全的重要气象设备，能自动测量气压、气温、相对湿度（或露点）、风向、风速和雨量等常规气象要素，还能测量跑道视程、云和天气现象，并将测量数据通过通讯线路传到塔台、预报、调度等需求用户，为飞行安全提供必需的气象资料。尤其在大风、低能见度等危险天气，此系统的正常与否直接影响飞行安全。洛阳机场使用的是芬兰VAISALA公司生产的MIDAS IV AWOS，在运行过程中，出现很多疑难故障，通讯线路故障是其中之一。外场传感器采集的数据不能通过通讯电缆及光纤传输到服务器及用户终端，导致整个系统运行瘫痪，对工作造成巨大影响。本文针对有线通讯线路故障后不能修复，而采取其它替代方式传输数据的问题进行探讨与研究，制定解决方案，并成功实施，使通讯线路畅通，确保系统不间断运行，准确获得实时气象数据。

一、气象自动观测系统

1.1工作原理

洛阳北郊机场AWOS系统由外场设备和室内设备组成。外场设备是位于08号和26号跑道附近特定测量点的各种气象传感器及自动气象站、长距离的通讯线路组成;室内设备是由通信单元MCU111、中央处理单元CDU、光纤收发器、8个用户终端等组成。系统将外场传感器采集的风、温、压、雨、云等实时数据经通信线路传到气象楼机房内的通信机MCU111上，再由中央处理单元CDU计算、处理，处理过的数据经通讯线路传送到用户终端，供用户随时查看实时气象数据。数据采集与分发依赖于通讯线路是否正常工作，室外采集数据是通过电缆传到CDU服务器，服务器分发数据是通过光纤传到各个用户终端，由于用户终端比较多，传输节点比较复杂，排故比较困难。（图1为外场设备简要框图、图2为室内设备简要框图）

1.2通讯线路

1.2.1故障原因

洛阳北郊机场从2006年安装气象自动观测系统以来，每年都有因通讯线路方面原因产生故障，导致原因大都是因为光纤收发器故障、modem板故障、MCU111端口故障、交换机故障、施工挖断光纤故障等原因。其中最难修复是2020年7月通讯线路故障，26号的FD12P、AWSS301采集的数据一直传不到服务器上，前后对软、硬件排查故障几天，确定是通信线路故障，过程复杂，难度很大。先后分段排查了室外电源、传感器、自动站，室内的MCU111、服务器软件是否正常，最后用数字万能表测量通讯线路：打万用表的电阻档，对怀疑的线路两线之间进行测量，有一根线路测量数值显示接近0Ω，说明该线路有畅通;有一根测量数值很大，此线路可能存在断路，不畅通，最后确定为26号自观到机房的通讯线路故障。这段通信线路采用光纤通讯，共1300多米，经过十四年机场扩建，有几段线路上面坐上建筑物及铺上硬化水泥地，还有因施工挖断光纤9次，熔接点多，很难判断是那段线路故障，而重新铺设光纤线路成本高、时间长，会给飞行安全带来更严重的影响，经分析探讨、研究，决定采用无线代替有线传输数据的方案，但需要将现有线设备进行改造。

1.2.2 无线传输优点

有线传输的建立需要挖掘电缆沟铺设电缆，建设成本比较高，施工工期长，而无线传输以其灵活的的传输方式具有以下优点：（1）综合成本低，性能更稳定，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好设备的场合，不受环境和工作内容的限制;（2）安装周期短、维护方便、扩容能力强;（3）组网灵活，即插即用，可扩展性好，易实现数据的远程传输。（4）设备维护比较容易，只需维护数据传输模块，出现故障时能快速找出原因，恢复线路正常运行;（5）无线传输是直线传输，洛阳北郊机场AWOS系统所处环境是相对开放的空间，没有高大建筑物遮挡，不容易受外界电磁波的干扰，适合采用无线传输数据。

1.2.3 故障排除方案

经研讨，将系统运行分为三部分：前端监测采集、无线数据传输、服务中心数据接收处理。无线组网方案：FD12P（RS-485）、AWSS301（RS-232）采集的数据---外场串口服务器---外场网桥---机房网桥---机房串口服务器---MCU111---CDU服务器---用户终端，即：采集数据通过外场的串口服务器有线传输到网桥，网桥通过无线传输到机房网桥，机房网桥通过有线再传输到机房串口服务器。实现了无线传输，很好地解决了有线故障不能排除，造成系统瘫痪棘手问题。

1.2.4  实施措施

（1）将26自动站AWS201和FD12P后端加装串口服务器NPORT6450-T和网桥，在机房的MCU111通讯服务器前端加装串口服务器NPORT5610和网桥;（2）配置网桥：在浏览器地址栏输入相应IP地址，登录网桥，配置外场网桥IP：config-192.168.1.120及气象楼网桥IP：config-192.168.1.121;（3）配置串口服务器：在浏览器地址栏输入相应IP地址，登陆串口服务器，配置外场服务器IP：NPORT6450 （NP60-26.dec_192.168.1.201，内场服务器IP：NPORT5610（NP5610-16） 192.168.1.202;（4）配置好后，在外场和机房同时调整网桥的位置，查看网桥传输CCQ和链路质量/信号强度达到最大值，直到接收信号最强（如图三）。（5）外场采集的数据通过串口服务器，送到外场网桥，外场网桥通过无线传输将数据送到机房网桥，机房网桥通过有線送到机房串口服务器，再到MCU111通信机，最后由气象自动观测系统的CDU服务器处理，处理过的数据经通讯线路分发到各个用户终端。洛阳机场在调试无线信号时，出现无论怎么调整场外和场内两个网桥的位置依然没信号，最后判断是外场网桥故障，替代后，稍微调整网桥位置，信号正常。

二、结束语

自观通讯线路正常与否是决定数据是否传输关键，一旦故障，会导致整个系统瘫痪。所以在维护中要注意：（1）定期巡视设备，并做好传感器的清洁，使其信号稳定;（2）经常巡检通讯线路，沿途检查有线通信链路的维护情况，尤其是各线路连接处情况，有没线路老化、接触不良;机房内MCU111工作状态也是判断通讯线路故障与否的关键;（3）做好防雷工作，雷雨天气，通讯线路可能感应强雷的电磁感应导致通讯线路破坏;（4）无线网桥维护时，一定要注意在两个网桥信号传递区域不能有高大的遮挡物，会导致信号不连续或者无信号。（5）技术人员要熟练掌握维护通讯设备的方法，针对突发故障具有高效处理能力。通过这些措施，尽可能保障气象自动观测系统数据传输正常。

参  考  文  献

[1]VAISALA MIDAS Ⅳ Automated Weather Observing System Documentation For Luoyng International Airport， System Users Guides[M]，Delivery：4404521， 2004，pp.38-60

[2]VAISALA MIDASⅣAutomated Weather Observing System Users Guides[M]，1999，PP.76-104