北京大兴国际机场自动气象观测系统简介与故障解决办法

中国民用航空华北地区空中交通管理局 刘绍国

自动气象观测系统（即AWOS）是民航空管气象设备的重要组成部分，保障自动气象观测系统运行正常对飞行安全有着重要的意义，因此自动气象观测系统的维护与故障排除工作特别重要。本文介绍北京大兴国际机场自动气象观测系统组成及工作原理、并结合实例讲述故障排除和解决方法。

1 大兴机场自动气象观测系统概述

大兴机场的自动气象观测系统使用的型号是Vaisala AviMet。Vaisala AviMet自动气象观测系统是专为管制员、气象预报员、气象观测员和机场其他用户的需求而设计。此系统测量、计算、显示、储存并发布大兴机场的气象信息。它包含飞机跑道设置的传感器、中央数据处理计算机（CDU）、通讯系统以及多个工作站。大兴机场自动气象观测系统包含2个CDU，分别为CDUA和CDUB。它负责处理数据并将数据以不同的显示内容发送给有不同需求的用户。大兴机场自动气象观测站，如图1所示。

图1 大兴机场自动气象观测站Fig.1 Daxing airport automatic meteorological observation station

大兴机场目前共有四条民航跑道，Vaisala AviMet系统传感器测量原始气象数据后输出串口信号到串口服务器转换成电信号，再由光电转换器转换为光信号传输回室内，再经光电转换器由光信号转换为电信号，传输至核心交换机，服务器、终端通过核心交换机交换数据。除此之外，大兴机场自动气象观测系统还采用了无线传输的手段作为数据传输的备份方法，所有的自动气象观测数据通过无线发射器传输到无线接收器，再从无线接收端传输到室内。有线无线并行的工作模式有效提升了系统的稳定性和对用户的服务质量。

AviMet系统是在Vaisala所设计的远程对象体系结构(ROA)基础上构建的。ROA体系结构的组件称为服务和对象。它们用于处理自动气象观测系统中的数据流，并将此数据流从传感器传送到工作站。在ROA体系结构中，数据流可以是双向的：除了来自传感器的数据输入之外，还可以有来自用户界面的输入。也就是说，最终用户可以在AviMet应用程序中输入数据。系统会为此手动数据生成一个单独的ROA对象，然后将其发送到其他ROA服务。这样，系统就可以在AviMet应用程序之间传送用户定义的手动数据。

2 大兴机场自动气象观测系统的日常维护

自动气象观测系统虽可以实现稳定运行、准确测量的目的，但并不意味能够完全脱离维护保障，为了保证自动气象观测系统的长时间稳定运行，降低故障率，一般需要制定定期人工巡检与维护计划[1]。

2.1 传感器的巡检与维护

自动气象观测系统传感器种类较多，在大兴机场自动气象观测系统中主要包括超声风传感器、雨量筒、气压计、温湿传感器、云高仪、大气透射仪、背景光亮度计、太阳辐射计等。在对大气透射仪进行维护时，主要是检查设备的外观有无异常，是否存在鸟扰的情况。检查发射机、接收机的镜面污染程度并对镜面进行清洁，检查风机运转的状态，更换风机滤网，保证风机的吹风量进而保证风机的正常运行。必要时对大气透射仪进行两点校准。在对雨量筒进行维护时，主要是检查雨量筒的漏水孔和测量单元有无堵塞并及时清除堵塞，对雨量筒中的漏斗进行人工测试，检验测量精度是否准确。关于风传感器，大兴机场采用的类型为超声风传感器，在日常运行中，影响超声风传感器运行的重要因素是鸟扰，因此在日常维护时，需要重点关注的是鸟扰频率以及防控措施。维护云高仪时，主要是检查光路是否有异常阻挡，还需要检查镜面污染程度和测试吹窗器的状态，镜面洁净指数如果低于70%，则需要及时清洁。大兴机场气象自动气象观测设备日常维护，如图2所示。

图2 大兴机场气象自动气象观测设备日常维护Fig.2 Daily maintenance of meteorological automatic meteorological observation equipment at Daxing airport

2.2 供电系统的巡检与维护

对于大兴机场而言，跑道的运行效率较高，所以针对自动气象观测系统的要求是全天不间断运行，为确保设备的供电保障能力，所有设备的供电模式均设置为不间断电源（UPS）供电。所以对于UPS的检查与维护也是日常维护中的重要内容。在日常巡视过程中，机务员需要检查UPS的供电状态，一般情况下UPS供电包括三种模式：市电供电、旁路供电以及电池供电，正常运行模式应为市电供电，在确认供电模式后，还需要通过检查输入与输出电压判断其是否发挥稳压、稳频、防电压冲浪等作用。同时，还需检查UPS蓄电池的状态，具体方式包括观察外观有无漏液情况，用电压表和内阻表测量电池的电压与电池内阻，内阻过大时需更换电池。根据以上维护内容判断UPS的工作状态，保证对设备的不间断供电。

2.3 软件维护

大兴机场自动气象观测系统的软件部分也是影响日常运行中的关键因素，软件运行的稳定直接影响其正常的运行，所以对软件的维护也是相当重要的一部分。机务员主要通过对系统监控软件来判断各终端、各传感器的运行情况，在系统的任何一部分出现异常或故障时，监控软件都能及时报告故障点并做出危险等级报告。在日常维护时，机务员可根据告警类型和冗余数据进行处理，观测员可通过报文软件对历史报文进行查看，以此确定发报软件的正常运行。

3 大兴机场自动气象观测系统故障的维修

3.1 故障排查与定位

在设备故障的定位判断过程中，要简化问题、理清思路。确定故障的模块范围，再逐步细化，找到故障点[2]。大兴机场自动气象观测系统的故障定位总体思路为：室外设备的硬件部分，供电与路由传输部分，服务器与工作站部分。室外设备的定位主要依靠系统报警软件报告的内容来判断。通信部分是外设与服务器、服务器与工作站、服务器与交换机之间的线路。对于通信部分首先要确认传输方式，现在主要有光缆、电信号缆以及无线传输。在大兴机场自动气象观测系统，通信部分的故障经常出现在无线传输部分，主要原因为光缆传输和电缆传输较为稳定，无线传输方式受网络和距离的影响，有时数据出现传输不稳定现象。无线传输通信设备与众不同，因其通过发射和接收无线信号对数据进行传播，受到大兴机场设备与设备之间、信号中专站与工作站之间距离的影响，造成收发信号的减弱导致无线数据出现丢失的情况。对于通信设备，可通过观察指示灯状态，来判断故障类型，可直接帮助机务员解决通讯方面的故障。服务器部分，包含互为备份的CDUA与CDUB。机务员通过利用服务器的监控功能判断故障原因。服务器主要监控软件：Event Monitor，SensorIO Monitor等。Event Monitor列出自观系统所有事件的告警和警告，SensorIO Monitor列出自动气象观测系统所有传感器状态及实时数据。室外探测设备是否正常，可以通过维护终端登陆，用命令进行查看设备状态[3]。故障排除方法，如图3所示。

图3 故障排除方法Fig.3 Troubleshooting method

3.2 设备的维修原则

设备的检修步骤：应该按照了解情况、观察现象、分析原因、查找故障、排除故障五步骤执行。具体的维修原则为：按照由大到小逐步深入的原则。在检查设备的故障时，按所在系统、部分、模块、插件、电路点次序进行；按照由可能性大到可能性小，从故障产生的时机、故障发生的征候、电器元件及机械零件的使用寿命、本设备常见故障的规律来考虑；做到由简到繁、由易到难来检修设备。

3.3 设备维修方法

直觉法：直觉法是用看、摸、听、闻等直接感觉的方法来确定故障部位，用这种方法检查有异常的光、热、声、味的故障比较有效；仪表测量法：用仪表测量电阻、电压、电流、频率、频谱、功率、灵敏度、噪声系数、带宽、波形的脉宽、幅度、周期等是否与额定值相符；代替法：用备件或双套制设备中相同的模快、插件、部件互相对比，验证其是否有故障；外加信号法：用外加信号源做激励，检测模块、插件、部件的测量点信号电平或波形；开路检查法：在检查判断电源短路故障时，常用此方法检查；短路检查法：在检查控制电路的故障中用此方法较为有效。

4 结语

本文介绍了自动气象观测系统的工作原理上、并结合北京大兴国际机场讲述了自动气象观测系统故障排查方法，自动气象观测系统是空管和民航事业发展必不可少的坚强支撑，只有坚实基础知识，明确故障排查思路，才能够提高故障处理效率，提升系统运行质量。