本发明涉及气象监测技术领域。更具体地说,本发明涉及一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站及其监测方法。
背景技术:
随着工业化程度的不断提高和社会经济的发展进步,大气污染、水土污染、湿地退化和全球变暖等环境问题愈发突出,为及时准确地把握自然环境要素的变化,新型气象站的建设和管理尤为重要。由于气象站要获取的是最具代表性的气象数据,因此气象站的选址往往决定了其数据质量和服务效果。目前,全世界绝大多数气象站都建设的陆地上,仅有少部分气象站建立在水面上(海面作业平台或河湖观测平台)。这些气象站有一个共同的特点就是基础稳定和不可移动,这是为获取长时间序列、稳定、可靠的数据所决定的。
另外,全球范围内的气象站以半自动监测或有人自动监测为主,即监测数据仅存储在气象站内,需要技术人员周期性的进行数据采集和分析;而有一些老旧气象站连数据储存功能都不具备,需要完全的人工监测和操作,所获取的数据也仅是瞬时的。这些气象站实际上都未做到监测数据自动读取、自动储存、无线传输和实时分析,即真正的全自动化。随着科学技术的不断发展,科学研究的不断深入,以及科研尺度的不断聚焦,常规的、大型的、固定的、大范围的、低精度的气象站和相应的监测数据已经不能适应前沿的科学研究和特定的社会经济活动需求。
目前4g/5g无线传输终端系统在气象处理过程中发挥着积极重要的作用,能实时、客观、准确地了解气象情况。随着系统应用的逐渐深化和扩展,气象行业系统将逐渐朝数字化、网络化和智能化方向发展,应用面越来越广,大规模联网的局域监控成为发展趋势,利用各种无线通信技术扩展监控范围和预案提高快速决策和应急指挥能力,利用智能监测技术提高气象监控系统的自动化程度,将成为未来气象监控系统的重要特征。
当前我国大力推进生态文明建设,统筹山水林田湖草生态系统的保护,这需要高精度的气象和环境监测数据作为支撑。在一些河岸湿地、湖泊港口、水生生态的小尺度精细研究中,诸如水面蒸发量、水上植物和作物蒸腾量等指标数据至关重要,如果采用当地气象站的数据往往精度不高,误差较大;而如果在水体附近的陆面建设小型气象站,则又可能受选址不利和与真实情况有出入的影响。
技术实现要素:
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站,设置随水位上下波动的浮动式平台以及传感器组件、数据采集卡和无线传输装置,还提供一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站的监测方法,可实现数据连续采集、记录、存储和无线传输,改变了传统的气象站不可移动、不方便携带和不能全自动对数据进行采集和传输的缺点,实现了气象站可移动和实时传输监测数据的效果。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站,包括:浮动式平台,其用于固定全自动气象站,使所述全自动气象站漂浮于水面。
优选的是,所述浮动式平台包括浮板、至少三根钢绳和若干地锚,所述全自动气象站固定在所述浮板的中心位置,所述钢绳一端与所述全自动气象站连接、另一端与所述浮板边缘连接,若干地锚通过拉索与所述浮板连接。
优选的是,所述全自动气象站包括支架、以及安装在所述支架上的传感器组件、数据采集卡、无线传输装置和供电装置,所述传感器组件将采集的数据传至所述数据采集卡,并通过所述无线传输装置传至计算机。
优选的是,还包括:数据采集箱,所述数据采集箱固定在所述支架上,所述数据采集卡安装在数据采集箱内,所述无线传输装置安装在所述数据采集箱顶部。
优选的是,所述传感器组件包括错位安装在所述支架上的风向传感器、风速传感器、太阳辐射传感器、雨量传感器以及安装在水面以下的水温传感器。
优选的是,所述供电模块包括电池和太阳能板,所述电池放置在所述数据采集箱内,所述太阳板朝向正南方。
还提供一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站的监测方法,包括:将浮动式平台置于水面上,利用全自动气象站中的风向传感器、风速传感器、太阳辐射传感器、雨量传感器以及水温传感器将监测数据传至数据采集卡,并通过所述无线传输装置传至计算机进行处理。
本发明至少包括以下有益效果:
全自动气象站可完成在波动自由水面上的原位监测,自动采集数据并传输,可做到真正的自动化和无人化,还可大力提高局域气象数据的精度和准确性;
设置无线传输装置,可实现无线远程监测,易携带和拆卸,建设方便、成本低,解决布线难、施工难的问题;
具有信息发布功能,实时发布当前环境数据,反映当前环境状况及发展趋势;
增减传感器后可实施各种气象和环境因素的在线监测,拓展后还可用于特殊微地理条件和恶劣环境下的应急性气象服务,广泛应用于气象分析、环境监测、水文预报、渔业养殖、农艺园林和极地考察等诸多领域,可为大中专院校、科研机构和政府决策部门的科学研究、预报评价、规划管理以及政策制定等提供数据支撑和科学依据。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明其中一个技术方案的自适应水位波动的小型局域全自动气象站的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中,术语“中心”、“一端”、“另一端”、“内”、“外”、“顶部”、“下”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站,如图1所示,包括:浮动式平台,其用于固定全自动气象站,使所述全自动气象站漂浮于水面。
所述浮动式平台包括浮板1、至少三根钢绳2和若干地锚3,所述全自动气象站固定在所述浮板1的中心位置。浮板1一般选用木材,尺寸根据整个支架5和全自动气象站的总质量决定,一般情况150×150×10cm的尺寸可满足承载要求,如没有合规的木材可选用密度合适的塑料板材制作浮板1,且浮板1的结构可拼接而成。在考虑野外复杂情况下一般会多留余量,比如适当放大浮板1尺寸以增强浮力等。所述钢绳2一端与所述全自动气象站连接、另一端与所述浮板1边缘连接,所述钢绳2另一端通过打穿并固定在浮板1上的卡扣连接浮板1,连接时需要对钢绳2的长度进行调节,确保全自动气象站垂直于浮板1且钢绳2受力均匀。卡扣贯穿浮板1并与位于浮板1底部的拉索4相连,拉索4的自由端连接地锚3,地锚3可以用专业旋转嵌入式地锚3、也可使用预制混凝土地锚3,受条件限制还可以根据野外情况选用棱角分明且质量较大的石块。拉索4的长度根据水深确定,但须考虑丰枯水季节的水位,拉索4长度一般为水深的2~3倍,且地锚3和支架5顶点的连线与支架5的角度不超过30°。
浮动式平台在野外水上架设的选址要远离水草等水生植物茂密的地方,并考虑水生植物的季节生长和水位波动的季节因素,避免植物根茎与拉索4发生缠绕,严禁拉索4受力紧绷,从而导致浮动平台倾斜或沉没水中。
所述全自动气象站包括支架5、以及安装在所述支架5上的传感器组件、数据采集卡、无线传输装置11和供电装置,所述传感器组件将采集的数据传至所述数据采集卡,并通过所述无线传输装置11传至计算机。
无线传输装置11包括三大部份:数据无线传输部分、数据接收处理部分和环境状况发布部分。数据无线传输工作主要通过gsm/gprs/cdma等无线网络将数据传输到计算机。计算机对数据进行再存储、分析和控制,主要包括数据服务器和应用服务器,即数据接收处理部分。最后通过环境状况发布部分实现现场以及远程数据信息的发布等功能,主要由led监控大屏等组成。为实现组网和远程监控及维护的要求,无线传输装置11具有信号发射功能,将野外自动气象站与计算机连接,形成自动气象观测网络系统。
数据采集箱12,所述数据采集箱12固定在所述支架5上,所述数据采集卡安装在数据采集箱12内,所述无线传输装置11安装在所述数据采集箱12顶部。
所述供电模块包括电池和太阳能板10,所述电池放置在所述数据采集箱12内,所述太阳板朝向正南方,理想的倾斜角通常取当地纬度或当地纬度加上3~5度,太阳能板10规格和容量的选取需考虑各传感器的功率和数量,另外电池的选择必须确保阴雨天能维持气象站稳定工作2周以上。
所述传感器组件包括错位安装在所述支架5上的风向传感器6、风速传感器7、太阳辐射传感器8、雨量传感器9以及安装在水面以下的水温传感器13。风向传感器6固定在支架5顶部十字架的一端,风速传感器7固定在支架5顶部十字架的另一端,太阳辐射传感器8则固定在风向传感器6和风速传感器7的中间,整个支架5高度根据研究和监测的需要设置,各类传感器的型号根据实际情况决定,支架5高度一般为2.5~3m。
雨量感应器放置在雨量桶中,雨量筒与百叶箱14分别交错固定在支架5的十字架下方,百叶箱14中放置测定空气温度和湿度的传感器。水温传感器13通过数据采集箱12底部走线,经过支架5底部与浮板1的连接处打孔深入水中。关于数据线的布设,若支架5为管材构成,建议数据线走管材内,数据线的出入口处用玻璃胶封堵,避免支架5锈蚀、氧化和进入泥沙。若支架5不具备管材结构,在注意数据线的防水、防晒和防老化问题后,可以用塑料薄膜包裹后走管材外部明线。
本发明还提供一种自适应水位波动的小型局域全自动气象站的监测方法,包括:将浮动式平台浮于水面上,利用全自动气象站中的传感器组件中的风向传感器6、风速传感器7、太阳辐射传感器8、雨量传感器9以及水温传感器13将监测数据传至数据采集卡,并通过所述无线传输装置11传至计算机进行处理。
本发明的自适应水位波动的小型局域全自动气象站是多模块、多系统的融合与集成,各部分的衔接和安装调试至关重要,如数据无线传输过程中需要选择研究区全覆盖,且gprs/cdma/4g信号优质、稳定的通讯服务商等。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例和图例。