陈增境+李新庆+马宁

摘要 在对多个台站的自动土壤水分站运行中出现的问题进行分析归纳的基础上，针对土壤水分站的自身结构特点并结合其测量原理，提出日常维护及故障排查处理的方法。

关键词 土壤水分站；维护；故障分析；自动气象站

中图分类号 P401 文献标识码 A 文章编号 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

土壤水分的觀测是农业气象、生态环境的基础性工作之一。经过几年的不断努力，全区土壤水分观测工作初见成效，已初步建成自动化土壤水分观测体系。其覆盖范围广、采集与分析自动化，基于GPRS通信传输手段，将自动观测数据上传到分站的中心服务器上，对全区各地的土壤水分、墒情情况进行全面、动态、实时、精准的检测，大幅提升了对自然条件变化的感知能力，为农业生产、水肥管理等提供了可靠数据，为实现高产稳产提供了技术支撑手段。然而，由于土壤水分观测站多地处露天野外，其观测设备一般也常年设在野外环境之中，经过长期风吹雨打，设备故障率较高，直接影响观测数据的准确性，也易出现数据传输失败等问题。根据最近1年左右的运行与维护经验，本文对观测设备在日常运行中出现的问题进行了总结，以期为观测站正常运转提供技术经验，为观测设备的日常维护提供指导。

1 日常维护

（1）在恶劣天气过后务必进行设备巡检。每当遇到强降雨、强雷暴或强风沙天气，在天气好转之后务必进行观测设备的巡检，检查设备基础供电是否受影响，设备传感器等元器件是否正常工作，与中心服务器的通信是否正常，数据是否能够顺利传输等。

（2）做好日常采集数据的核对，确保数据完整性。每天对前一天的采集数据进行完整性核查，如发现存在缺失现象，及时与维护人员沟通。

（3）每3个月将放置在安装管中接口控制器处的干燥剂取出，用烘箱烘干并重新放置好。个别台站如果特别潮湿，间隔时间应该缩短。

（4）保持太阳能电池板表面干燥清洁。在沙尘和盐雾浓重的地区，需要根据情况定期将太阳能板表面灰尘清除。

（5）传感器周边土壤发生龟裂[1]。地表如有龟裂问题，则会影响传感器的测量准确度。面对龟裂土壤的正确做法是保持传感器保护盖的下沿距离土壤表面2 cm左右，并将传感器周边20 cm范围内带有龟裂表层的土壤挖开，直至挖到没有龟裂为止。然后，选用附近松散湿润的土壤回填，回填后压实并确保传感器套管与土壤紧密接触。同时，应当保持传感器周围土壤环境清洁，没有杂物、杂草、沙石等障碍物，以免对土壤水分蒸发及渗透造成影响，进而造成测量数据的不准确。

（6）每年定期对电缆、采集器、传感器等关键部件进行巡检，对存在老化、故障的部件及时维修或更换。

（7）建立值班制度，对每日巡检项目进行记录、留存、归档，建立科学合理的日常维护机制，如在日常巡检中发现异常问题，及时告知相关维护人员进行处理。

2 常见故障分析

2.1 采集器故障判别

（1）基础供电检查。首先查看指示灯是否正常，如果不亮则表示电源故障，应当及时查看充电控制器是否连接好，如排除接线松动问题，则考虑通过万用表测量电源输入电压是否正常，如发现损坏及时修理或更换。

（2）数据采集程序运行情况检查。首先查看运行指示灯是否闪烁，不闪烁则说明存在故障，这种情况通常是主板问题，可查看主板是否正常，如果存在异常则需要维修或更换。

（3）串口通讯检查。可通过串口调测程序或者超级终端对采集器的串口通信进行检查，检查时钟和日期是否正常，如果存在异常则说明串口通信存在问题。

（4）GPRS通讯检查。首先检查指示灯是否常亮，不常亮则说明存在异常，如异常可检查SIM卡安装是否正确，可通过插拔SIM方式尝试恢复。同时，也要注意检查SIM是否存在欠费等问题，也可通过将SIM卡安装到手机中检查信号强度，或通过发短信方式检查SIM状态是否正常，如有故障，则及时联系运营商解决。

2.2 传感器故障判别

（1）接线端子检查。由于接线端子接触不良导致的传感器故障比较常见，在发现传感器故障时，可首先检查传感器和主机板相连的排线插针是否插紧，检查是否存在松动或脱落问题。

（2）传感器外观检查。在彻底断电的情况下，检查传感器电路板外观是否存在连接线脱落问题，检查处理板、连接排线等是否有脱落问题，检查RS485接口等是否存在接触不良情况等。

（3）软件调试。若传感器出现故障，其监测见过将出现较大偏差，在发现某个层次的水分值异常偏高或过低，将传感器连接至笔记本，应用标定软件现场测试该层的传感器频率值。传感器在空气中频率值范围为（36 000±3 000）Hz，如不在此范围内，则说明该层传感器异常，应及时维修或更换。

3 案列分析

3.1 传感器周围异物影响数据观测

传感器周围土壤中的石块、铁块等异物同样会对监测数据带来影响，通常会使观测结果偏小[2]。因此，发现某些层次监测数据异常偏小，在排除传感器自身故障时，应当考虑传感器所在土层是否存在异物，需要挖开查看，但该方法要谨慎操作，因为一旦挖开，传感器便需要重新安装调测。

3.2 冻土造成数据异常偏低

宁夏区大部分台站到了冬季会发现各层的数据逐步降低，这种情况并非传感器出现故障，而是由于冻土影响造成的[3]。由于FDR（frequency domain reflectometer，频域反射）型传感器是通过测量土壤的介电常数来反演土壤水分，由于水的介电常数远远大于冰晶，当土壤中水分冻结时，会造成测量结果偏小。因此，冬季出现冻土时测量结果偏小属于正常现象。此时测量的并非真实的土壤水分，数据不能用于干旱监测业务服务，但可用于粗略估计冻土深度。

3.3 供电系统故障造成数据缺失

正常情况下，电源控制器左边指示灯显示太阳能板供电情况，显示绿色为正常状态；左边指示灯显示蓄电池电压情况，显示绿色为正常状态；右边指示灯显示电路板供电情况，为橙色时为正常状态。如果指示灯颜色异常时，应当及时查看供电线路、蓄电池工作情况，及时进行故障排查及解决。

4 结语

当自动土壤水分站出现故障时，很多情况下是由于设备运行时间过长、程序运行不稳定导致的，可以通过重启设备或更换电池方式进行快速解决，有些故障则需要专业技术人员到现场排查解决。但不管属于何种情况，都应当根据故障排查流程合理高效地进行排查解决。

5 参考文献

[1] 中国气象局综合观测司.自动土壤水分观测规范[S].北京：中国气象局综合观测司，2010.

[2] 朱保关，周清.DZN自动土壤水分站及其维护与维修[J].气象水文海洋仪器，2011（1）：124-128.

[3] 荀丽波，杜海香.自动土壤水分观测站及其常见故障诊断[J].现代化农业，2011（6）：44-46.