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1GStar-Ⅰ（DZN2）型自动土壤水分观测仪日常维护手册河南省气象科学研究所中国电子科技集团公司第27研究所二0一一年三月2目录目录.........................................................................................................21.概述........................................................................................................32.仪器常规检查.......................................................................................32.1利用浏览软件查看仪器运行情况..............................................32.2现场检查流程..............................................................................43.日常维护事项.......................................................................................63.1场地维护......................................................................................63.2仪器维护......................................................................................83.3日常维护注意事项.....................................................................104.常见故障解析.....................................................................................104.1采集器故障判别........................................................................104.2传感器故障判别........................................................................115.案例解析汇总.....................................................................................125.1GStar-Ⅰ（DZN2）A型仪器报文无法生成.........................125.2传感器安装环境被破坏会严重影响观测精度........................125.3冻土会造成数据异常偏低........................................................145.4数据出现规律性中断................................................................145.5传感器周围异物影响数据观测................................................145.6土壤板结裂缝造成异常.............................................................166.问题和建议..........................................................................................1831.概述土壤水分的观测，是农业气象、生态环境及水文环境观测的基础性工作之一，掌握土壤水分变化规律，对农业生产、干旱监测预测和其他相关生态环境监测预测服务及理论研究都具有重要意义。中国气象局正在组建以固定式自动土壤水分观测仪为主，以便携式土壤水分观测仪为辅的全国土壤水分自动观测网，以满足现代农业气象业务和干旱监测服务的需求。目前，全国气象部门已初步建成了站点分布较为广泛的土壤水分观测网络，能够提供初步的自动化土壤水分观测服务。其中截止2010年底，由河南省气象科学研究所、中国电子科技集团公司第27研究所共同研制的GStar-Ⅰ（DZN2）型自动土壤水分观测仪（专利号：ZL200720090099.4）布设数量为700余套。通过两年来的运行，对台站出现的各种问题进行了总结归纳，发现大多数问题是维护不到位造成的，部分是仪器自身故障。良好的维护工作，可保证仪器及时、准确采集数据，减少故障发生的几率，对常见故障及时发现、排除，可减少数据缺报、误报的可能，这都将使仪器发挥其最佳的效能，能够提供更好的自动化土壤水分观测服务。2.仪器常规检查2.1利用浏览软件查看仪器运行情况值班人员应每天通过自动土壤水分观测系统软件查看本站仪器运行情况，查看数据是否能够整点上传，土壤水分监控模式界面（如图1）；单站多层逐时土壤水份曲线可查询本站数据是否完整，分析数据走势是否正常，如图2所示为传感器出现异常；如有降水或灌溉而仪器数据未有明显反应或未降水数据出现较大波动都属异常情况，如发现数据不完整、缺资料或其他异常情况，应及时赶到仪器现场进行查看。4图1土壤水分监控模式图2数据走势异常2.2现场检查流程仪器的现场检查首先要查看仪器是否完整，每个部件及其连接线是否正常，仪器是否有损坏。确认仪器完整后可进一步检查采集器及供电系统，查看供电模块及采集器板的显示状态，见图3～4。5图3供电模块指示状态图3为供电系统的正常指示状态。当打开或关闭电源开关时，显示窗口中的正确模式应为“6.”，如为其他模式则会影响仪器正常运行，造成无法启动或数据间断；左边绿灯为太阳能板供电正常，中间绿灯为电池电压正常，右边橙色指示为电路板供电正常；如中间指示灯显示黄色，则是电池欠压，红色则严重欠压无法工作，右边指示灯如不亮则有可能是电源开关未打开。图4采集器板的显示状态6图4为采集器板的正常显示状态。绿灯为GPRS通讯指示灯，黄色为采集器运行指示灯，红色为电源指示灯；一般状态下刚开机红灯和黄灯点亮，绿灯因为GPRS模块要搜索网络，正常情况下3分钟以内会点亮，如绿灯一直不亮，则可检测通讯卡是否欠费，如未欠费，则进一步检查该地区GPRS网络是否通畅。当检查发现采集器板指示状态正常，而无数据上传，或上传的数据有异常，应对传感器进行检查。先关闭电源开关，打开保护盖，将传感器拔插查看是否有进水的迹象，如果传感器铜环有水珠或锈蚀，则可判断传感器套管进水，造成传感器损坏，应及时进行防水处理，更换传感器。如图5所示即为传感器保护套管进水受潮引起的数据异常波动，当套管进水或严重受潮后传感器的电子元件出现了锈蚀、短路现象，无法正常测量数据，甚至无数据上传。图5传感器套管进水引起的数据跳变3.日常维护事项3.1场地维护GStar-Ⅰ（DZN2）型自动土壤水分观测仪的安装场地有固定地段和作物地段之分，在不同地段安装运行时其对场地的要求也各不相同，由于仪器要对其安装场地内的土壤水分进行测量，因此，对场地环境要求较高，仪器均安装在当地具7有代表性的地块内，做好场地的日常维护，保持良好的观测环境是精确测量土壤水分的关键。在固定地段安装的仪器，是为了研究该地区的土壤水分平衡及其时空变化规律，因此所设置的土壤湿度观测地段应是长期固定的、无灌溉状态下的、能反映当地自然下垫面的地段。在作物地段安装的仪器，观测场内要和周边大田环境保持一致，场内也需种植与农田内同类型的农作物，但进行农田耕作时需注意避开土壤水分传感器及通讯电缆，进行灌溉时场地内外也要保持灌溉量一致。有些地区表层土壤尤其是粘土发生严重干旱时会出现龟裂现象（如图6），如发生龟裂，应及时处理，否则传感器与土壤之间出现较大空隙，仪器观测数据将会严重偏低，甚至达到零值。龟裂的处理方法需将传感器周围20㎝内的土壤挖开至未开裂的深度，然后在附近选取松散的潮湿土壤进行回填，并将回填土压实，确保土壤与传感器套管紧密接触（见图7-8）。因为安装好的传感器的深浅位置是经过计算且要固定的，所以对表层龟裂土壤处理时，传感器保护盖下沿要保持与土壤有2㎝的距离，过大或过小都会引起测量误差。传感器及其周围土壤严禁使用任何诸如杂草、沙石等物质覆盖，否则将会影响传感器周围土壤的蒸发或降水渗透，造成仪器观测数据无代表性。图6表层土壤发生龟裂8图7龟裂处理过程图8龟裂处理完成的传感器3.2仪器维护由于GStar-Ⅰ（DZN2）型自动土壤水分观测仪的数据通过有线或无线网络自动向中心站上传，无需人工操作，因此日常只需对仪器硬件部分进行一定的维护即可。（1）每年定期将传感器从PVC安装套管中取出检查一次，查看管内是否有受潮或进水情况，如有水滴，需要清除干净并进行防水处理，检查时应将传感器内放置的干燥剂进行更换，安装套管内受潮或进水都会影响传感器的正常工作。雨季来临或进行农田灌溉前应仔细检查传感器安装套管的防水情况，并用704硅橡胶对管壁与保护帽的接口处、接线口、螺丝口等处进行防水加固处理，如图99所示。图9防水密封处理过程（2）每月现场检查一次采集器箱，查看是否进水或沉积灰尘，定期对采集板进行除尘处理。空气中含有一定的灰尘，由于静电的作用易在电路板及电子元件上产生积尘，造成设备散热不良，影响性能，甚至会被烧坏，如有灰尘沉积则要及时清除干净；太阳能板上的灰尘或积雪等杂物应及时清除（如图10），否则会影响电池的正常充电。10图10清除太阳能板灰尘3.3日常维护注意事项自动土壤水分观测仪一般安装在在作物地段，按照自动土壤水分观测规范要求，传感器周边与大田的土壤状况应当一致；而且，由于传感器周边土壤长期不耕作，容易产生龟裂；因此，土壤水分站的日常维护特作出如下要求：1、每年农田耕作时，土壤水分传感器周边半径0.5米范围内用铲子做一下翻土，深度20-30cm,将土块砸碎，按照原土层回填压实，压实后上面覆1-2cm的虚土。2、每当降水超过20mm或灌溉停止72小时后，对传感器周边半径0.5米范围进行一次松土，以防土壤龟裂产生。3、如果传感器周边土壤已有龟裂发生，可将传感器周边半径0.5米范围内的土壤取出，深度10-20cm（具体可根据龟裂影响深度而定），将土块砸碎，按照原土层回填压实，压实后上面覆1-2cm的虚土。4.常见故障解析4.1采集器故障判别（1）供电检查。查看电源指示灯是否常亮，如果不亮，检查采集器板的电源端子是否连接松动，接线是否牢靠，拔掉重新接线，插上电源端子，如果还不11能启动，用万用表测量蓄电池电压是否正常（正常范围为12V～15V），如不正常则需更换蓄电池，如电压正常，则说明主机板故障，需更换主机板。（2）采集程序运行检查。运行指示灯是否正常闪烁，如不闪烁，则主机板故障，需更换主机板。（3）串口通讯检查。使用调试软件通过RS232接口与采集器通讯，首先进行读时钟操作（注：由于GPRS采集器会时刻检测与GPRS服务器的链接状态，有时会影响RS232通讯，但一旦检测到RS232通讯，至少在3min内不再检测与GPRS服务器的链接状态，这期间不会影响RS232通讯），如果连续读时钟正常，日期也正确，则说明采集器串口通讯正常。（4）GPRS通讯检查。查看指示灯是否常亮，如不亮，应检查SIM卡安装是否正确、是否欠费停机，检查该地区的GPRS信号状况；检查GPRS天线的接口是否脱落，如果脱落，重新安装即可；通过RS232接口读取服务器IP地址和端口，如不正确，重新设置；