HY-WP1A型天氣現象視頻智能觀測儀日常維護及常見故障處理

丘富霖 曾耀暉 李夢蕓 鄧冬梅

(福建省長汀縣氣象局,福建 龍巖 366300)

近年來,我國氣象科技迅速發展,越來越多的自動化觀測設備投入日常氣象業務使用,為發展地面觀測自動化業務提供有力支撐[1]。HY-WP1A型天氣現象視頻智能觀測儀(以下簡稱視頻智能觀測儀)是華云升達公司研發的一款專業氣象儀器,該儀器通過攝像機多角度采集探測環境的圖像和視頻數據,使用當下先進的圖像識別、深度學習、數據融合等技術[2],實現對探測環境中天氣現象、各氣象要素的自動化觀測。目前,視頻智能觀測儀已在我國氣象觀測業務中正式運行,較好地實現了部分依靠人工觀測為主的天氣現象自動化觀測。視頻智能觀測儀從2020年開始投入應用到福建省地面氣象觀測業務中,本文基于該儀器的使用經驗,簡要介紹其組成結構,并總結日常維護要點,以及該儀器容易出現的故障和處置流程,為基層氣象臺站業務人員使用和維護、維修提供參考。

1 視頻智能觀測儀的組成結構及工作原理

1.1 組成結構

視頻智能觀測儀主要由圖像采集單元、圖像處理單元、通信單元、供電單元和附件等組成(圖1)[3]。圖像采集單元根據觀測對象特點和需要,由1個魚眼攝像機、1個長焦攝像機和1個短焦攝像機組成;圖像處理單元是儀器的核心,由主控制器及數據存儲設備組成,主控制器內部嵌入了識別軟件和控制管理軟件,具備觀測數據處理和設備控制的功能;通信單元負責數據傳輸,其中,視頻智能觀測儀與ISOS業務計算機通過RS-232串口連接綜合集成硬件控制器的方式實現數據通信,而視頻和圖片數據則是采用光纖傳輸到室內通信轉換單元,再通過業務內網上傳至臺站及省級數據中心;供電單元包含了交直流轉換器、浪涌保護器、空氣開關等部件,將220 V交流市電轉換為直流電,根據不同需求,直流輸出分為24 V和12 V兩路,其中,24 V電源為魚眼攝像機和長焦攝像機供電;12 V電源為主控制器、工業交換機及短焦攝像機供電。附件主要是安裝基礎預埋件、輔助觀測目標物等配件。

圖1 視頻智能觀測儀組成結構

1.2 工作原理

組成圖像采集單元的3個攝像機根據觀測任務被安裝在不同位置。其中,魚眼攝像機拍攝總云量、云狀等天氣現象,置于立桿頂端垂直拍攝天空;長焦攝像機拍攝結冰、霜、露、積雪現象,因此,攝像機鏡頭需要對著地面的蒸發皿、植物;短焦攝像機拍攝雨凇積雪深度,鏡頭對準支架上的電纜和雪尺。視頻智能觀測儀在通過圖像采集單元采集探測環境的視頻和圖片,接著圖像處理單元對拍攝的圖片進行自動識別處理,最后通信單元將采集的視頻、圖片和識別結果傳輸至臺站及省級數據中心[4]。

2 視頻智能觀測儀調試及日常維護要點

2.1 儀器調試要點

視頻智能觀測儀對氣象要素或天氣現象的準確識別,需要有質量合格的圖片為支撐。因此,在儀器安裝完成后要特別注意儀器的調試,將觀察標志物和圖像調整規范,確保儀器能夠正常穩定地進行氣象觀測。

2.1.1 短焦攝像機

雨凇、霧凇和積雪深度的識別需要短焦攝像機拍攝合格的電纜和雪尺圖片。在安裝時,雪尺必須垂直于地面(傾斜角度<3°),同時,清理雪尺周邊雜草,避免遮擋雪尺刻度,雪尺紅色中軸線要求居中。在調試攝像機畫面時,要求能清楚地看到電纜和雪尺刻度;雪尺零刻度與圖像底部、電纜頂部與圖像頂部、電纜底部與雪尺頂部都需要留有一段距離,鏡頭內的電纜要保持水平,雪尺須占圖片高度的70%以上[5]。調試完成后的畫面要求清晰,不能出現對焦模糊的情況(圖2)。

圖2 短焦攝像機觀測圖

2.1.2 長焦攝像機

長焦攝像機的目標物是蒸發皿和地面植物,因此,在調試畫面時圖像中的目標物需要保證清晰。畫面調整過程中,業務人員可以通過攝像機調焦功能,調整目標物在畫面中的占比。其中,畫面的右半部分以觀測場地面植物為主,左半部分畫面以蒸發皿為主,要求蒸發皿占據左邊大部分面積[6]。畫面調整后,業務人員可以進行測試,向畫面中的植物灑上一些水滴,再從攝像機觀察能否清楚看到植物葉片上灑的水滴(圖3)。

圖3 長焦攝像機觀測圖

2.1.3 魚眼攝像機

魚眼攝像機的目標物是天空,安裝完成后需要通過IE瀏覽器訪問攝像機IP,在頁面檢查魚眼攝像機鏡頭安裝和顯示方式的設置是否正確,其默認的安裝方式分別為桌面和魚眼(圖4)。如果出現魚眼攝像機圖像顯示異常,多數原因是魚眼攝像機的安裝和顯示方式錯誤[7]。

圖4 魚眼攝像機界面

2.2 儀器日常維護

視頻智能觀測儀的穩定運行離不開定期的巡檢、維護,氣象臺站應該將其納入到日常工作中。同時,在開展巡檢、維護過程中要注意以下幾點:

①發現儀器觀測數據出現錯誤或異常時,應立即分析原因并作出處理,將影響降至最低,確保儀器觀測數據的準確、及時。

②開展儀器周維護時,業務人員要仔細檢查3個攝像機鏡頭的情況,發現鏡頭有遮擋或污染應在日出前或日落后用柔軟不起毛的棉布或脫脂棉蘸無水乙醇直接擦拭鏡頭玻璃進行清潔,魚眼攝像機表面若有浮塵或沙粒時,可先用清水沖洗,然后擦試。在清潔攝像機鏡頭的過程中要特別注意不要劃傷玻璃表面。攝像機窗口具備了加熱功能,能夠自動烘干攝像機鏡頭,業務人員無需用其他物品進行清潔。在日常工作中,業務人員應根據設備附近環境的情況,適當調整維護的時間間隔。

③開展儀器月維護時,業務人員應當檢查儀器立柱是否穩固、攝像機位置是否有變化,若發現立柱不穩等問題,應當及時分析原因并整改,避免儀器在工作過程中因為振動等原因導致攝像機損壞,還要檢查觀測區地面植物生長狀況,保持平整。同時,對供電設施安全性進行排查,確保供電的安全。

④將儀器列入每年定期防雷檢測范圍中。

⑤日常巡檢觀測場發現蒸發皿中的水量不足時要及時補充,盡可能使用本地自然水體的水。同時,保證雪尺垂直于地面,刻度零線要與觀測場地面齊平[8]。

⑥儲備儀器易損部件,特別是自然條件較為惡劣的臺站,發現儀器部件出現損壞或腐蝕應立即更換,保障儀器穩定運行。

3 視頻智能觀測儀故障處理

該儀器最常出現的故障是主控制器卡死,導致觀測數據中斷,無法訪問主控頁面,此類故障通過對主控制器斷電重啟便能恢復正常。本文分析了日常遇到的較為復雜的故障,并給出處理方法。

3.1 網頁無法訪問到主控與攝像機

此類故障一般是通信轉換單元出現故障,業務人員可以先排查室內通信轉換單元指示燈狀態,若指示燈全滅,查看設備供電是否正常。若供電正常,則嘗試對通信轉換單元進行斷電重啟。若重啟無法解決問題,應檢查通信轉換單元的光纖頭是否能看到紅色光點。若兩個光纖接頭一個常亮,一個不亮,則觀測場到通信轉換單元的通信正常,此時需要嘗試更換通信轉換單元。

3.2 ISOS業務軟件中視頻智能觀測儀數據采集成功率低

導致數據采集成功率低的原因有多個,首先考慮是由于視頻智能觀測儀主控長時間運行未進行手動校時,ISOS業務軟件與主控之間存在時間差。因此,業務人員需要通過內網電腦瀏覽器登入主控頁面,在參數設置界面手動校時,頁面提示同步成功,表示校時完畢。完成校時操作后,業務人員查看ISOS業務軟件觀察視頻智能觀測儀數據采集成功率是否恢復正常。

若不是時間不一致引起采集率低的問題,則考慮是因為主控與攝像機之間未成功建立連接導致。業務人員需要通過內網電腦瀏覽器訪問視頻智能觀測儀的三個攝像機IP地址,然后依次選擇“配置—網絡—高級配置—繼承協議”,查看是否勾選了“啟動ONVIF協議”。接著,在用戶列表中將現有的賬號刪除,然后再重新添加管理員賬戶,用戶名和密碼與原賬戶保持一致。賬戶新建完成后訪問主控制器IP 地址,在設備管理頁面依次檢查三個攝像機的參數設置,在確保參數與每個攝像機IP地址頁面的設置一致后,業務人員需要到觀測現場對主控器進行斷電重啟。

上述步驟若無法解決采集率低的問題,業務人員可以登錄主控網頁檢查看主控程序是否為最新版本,若不是,則需要對主控程序進行更新。業務人員可以前往華云升達的官方網站或者聯系廠家下載升級包,然后執行升級包中的update文件,填寫主控IP,點擊“測試連接”,連接上后點擊“開始更新”,進度條到100%后即可完成主控程序的更新。完成上述操作后,若采集率低的問題依舊未能解決,則需要聯系廠家進行維修。

3.3 ISOS業務軟件中發命令無回復,但內網主控頁面訪問正常

視頻智能觀測儀數據到網頁與到ISOS業務軟件采用不同的鏈路,因此,遇到這類故障時業務人員可以按照以下步驟進行排查。

①首先,登入內網主控頁面中檢查主控參數設置中串口名是否正確。其次,嘗試將主控器232接口替換成232-1,再測試ISOS業務軟件能否正常發送命令。

②通過筆記本電腦和調試線直連主控制器232-2通道,通過串口調試軟件向主控制器發送“READDATA”命令,查看能否正常讀取分鐘數據。若能正常讀取,則主控制器通道正常,若無法正常讀取,則需要更換主控制器。

③若主控制器通道正常,則排查串口服務器PORT口是否存在故障?？梢愿鼡Q串口服務器的PORT口,并通過SMOPORT軟件更改中對應串口的參數,查看ISOS業務軟件是否能與主控制器正常通信。

3.4 攝像機直連時無法從網頁登錄

此處以魚眼攝像機為例,其它攝像機檢查方式類似。

①先檢查魚眼攝像機的供電,用萬用表測量機箱內接線排下端供電是否為24 V。若供電異常,則檢查左側保險座內保險絲是否損壞。若保險絲損壞,應檢查相關電路是否有短路,著重檢查攝像機線纜連接處。若連接處存在短路顯現可先用防水絕緣膠帶纏繞,確保線路正常再更換對應的保險絲。

②檢查攝像機線纜是否連接在 DC24V 雙芯插口上,確保連接狀態無松動。

③查看攝像機網線是否存在異常。如果無法判斷網線是否能夠正常使用,可以嘗試更換新的網線。

④本機IP地址需要在連接魚眼攝像機同一網絡下且沒有被魚眼攝像機占用。

⑤魚眼攝像機需要用IE瀏覽器進行登錄,登錄后,網頁下端會彈出對應黃色插件安裝欄,需安裝對應插件才可進行正常登錄調試。

4 結束語

目前,視頻智能觀測儀已步入正式業務運行階段,業務人員必須對儀器的組成結構和工作原理有所了解,才能確保在遇到問題時能夠快速分析設備的故障原因,及時找到解決故障的方法,確保視頻智能觀測儀正常穩定運行,有效提高觀測數據質量。