CN102331589A - 新型便携式风环境移动监测设备 - Google Patents

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赵景柱
郑拴宁
董仁才
唐立娜
苏晓丹
李春明
王豪伟
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Abstract

新型便携式风环境移动监测设备一种便携式的针对广义风环境（风速、风向、温度、湿度）的移动性的监测设备（见附图）。新型便携式风环境移动监测设备由可折叠式山地自行车（1）、美国产AIRMARLB150超声波气象站（2）、E路航导航仪（3）、研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）等基本组件装配成型。本发明的目的在于提供一种便携式的可以针对较大区域范围内广义风环境（风速、风向、温度、湿度、位置信息等）进行移动化监测和实时数据监控及调整的风环境监测设备。已解决传统的气象监测站点固定点位监测的样点太少或者阵列式分布监测样点费用太高两个不可调和的技术问题。

Description

新型便携式风环境移动监测设备
技术领域
本设备是一种便携式的针对广义风环境（风速、风向、温度、湿度）的移动性的监测设备。按照国际专利分类表（IPC）划分属于物理部，测量测试分部，气象组。 
背景技术
目前，根据检索现有和曾有的关于气象大组中相关的测试测量仪器的结果来看，气象组中关于气象数据的监测设备及数据处理都做过了很有成效的努力，也曾出现过许多优秀的技术方案，为气象数据的采集及处理做出了很大的贡献。如2008年中国专利局公告的由查峥发明的、授权公告号为CN201226005Y，中国专利号（ZL）为：200820059176.4号的专利名称是《一种新型车载移动测风仪》的专利所采用的技术方案。其在测量测试分布的气象组中，是一个非常典型的风环境移动监测设备，也具有一定的使用价值。但尚有不足，它所定义的风环境还只停留在风速、风向两个参数，而且整个采集设备的完整性、集成度还不能满足当前我们对城市风环境的研究所需要的空间及时间精度，也不能实现数据的实时监控及多元化选择。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式的可以针对较大区域范围内广义风环境（风速、风向、温度、湿度、位置信息等）进行移动化监测和实时数据监控及调整的风环境监测设备。已解决传统的气象监测站点固定点位监测的样点太少或者阵列式分布监测样点费用太高两个不可调和的技术问题。 
本发明还可以根据周围环境的复杂程度实时调整风环境数据采集的时间间隔（5秒，10秒，30秒，60秒），从而实现最小冗余度的数据采集，确保数据质量。本发明另外的优点是，它可以根据需要实时的屏蔽动态数据（移动过程中所采集的数据）或者静态数据（静止过程中所采集的数据）。 
通过所附的实例图，从各个部件的具体构成及实现方式来系统的描述本发明的实现过程，并在具体的描述过程中，较清楚地的显示本发明的另外一些特性及优点。在所附的图中： 
图1是设备侧视图；
图2是设备后置数据采集器装配图；
图3是设备前置数据采集监控器装配图；
图4是AIRMAR LB150超声波气象站侧视图；
图5是AIRMAR LB150超声波气象站的安置托架；
图6是电源供给设备视图；
图7是数据采集监控及导航仪界面视图；
图8是监控机减震托架视图；
图9是数据监控界面视图；
图10是前置马鞍包视图；
参考附图，其中图1以实物展示的方式对便携式风环境移动监测设备的整体构件及装配情况进行了描述。整个设备以可折叠式山地自行车（1）为依托，主要分为后置数据采集器（图3）和前置数据采集监控器两大部分。同时配置了四合一山地车马鞍包（9）和全钢制便携式高压脚踏式打气筒（12），后置数据采集器和前置数据采集监控器的供电及数据传输通过聚氯乙烯绝缘铜丝软线和采集器专用的数据传输线进行连接。
 图2为该设备的后置数据采集器部分，主要包括了美国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）、12V输出锂电池组（15节）（5）两个、车载式超声波气象站托架（10）、超声波气象站连接杆（11）、四个主要的组件。美国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）包含七个传感器，可以同时测定真实风速及风向、虚拟风速及风向、大气压、空气温度、风寒温度、相对湿度、露点温度，并且内置WAAS/EGNOS GPS，而且无任何移动部件，便于安装及维护（图4）。超声波气象站通过超声波气象站连接杆（11）固定于车载超声波气象站托架（10）上，并通过车载超声波气象站托架（10）上不同高度的两组六个固定螺旋来实现AIRMAR LB150超声波气象站（2）的角度调整及固定（图5）。整个设备的供电通过位于车载式超声波气象站托架（10）两侧的12V输出锂电池组（15节）（5）提供（图6），其中1号电池组专供AIRMAR LB150超声波气象站数据采集器部分，单次充电最长可连续供电一周，2号电池组则为设备前置数据采集监控器，即：E路航导航仪（3）和研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机供电，单次充电最长可连续供电3-4天。车载超声波气象站托架（10）的主要功能是将AIRMAR LB150超声波气象站（2）安置在可折叠式山地自行车（1）的后置载物架处（图5），标准高度为2m，主要包括超声波气象站连接杆（11）外套管①和倒U形减震托架②以及位于倒U形减震托架两侧的12V输出锂电池组（15节）（5）的工字型支架，在声波气象站连接杆（11）外套管①的近底部和中上部安置了相对等角的三个固定螺旋，以起到校正和固定超声波气象站连接杆（11）的作用，同时在外套管①底部流出一个直径7-8mm的透水孔，防止雨水灌入外套管①而使得套管生锈。 
 图3为设备前置数据采集监控器部分，主要包括了E路航导航仪（3）、研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）、12V转5V转换器（6）、导航仪托板（7）、监控机减震式托架（8）等几个主要组件。E路航导航仪（3）通过自配的吸盘托架安置在可折叠式山地自行车（1）前转向轴顶端固定的导航仪托板（7）上（图7），用来对风环境数据采样的路线进行规划及监控，从而保证每次风环境数据采样的线路及时间节点的相对一致性。研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）通过监控机减震式托架（8）固定于可折叠式山地自行车（1）的前转向把手横杆上（图8），主要功能是通过自主编写的数据采集模块实现将AIRMAR LB150超声波气象站（2）原始采集数据格式RS422/NMEA0183转换为所需要的数据格式，并将AIRMAR LB150超声波气象站（2）数据采集的原始数据流以具体指标可视化的形式进行实时桌面显示（图9），同时还可根据实际数据需求的不同调整数据采样的时间间隔（5秒，10秒，30秒，60秒），另外还可以根据AIRMAR LB150超声波气象站（2）的GPS数据是否有星及GPS数据的变化幅度来实现单获取野外数据及单获取静态数据或动态数据的功能。其具体实现思路是：如果AIRMAR LB150超声波气象站（2）有接收到GPS信号，并且可以满足3D解的要求时，即为野外数据采集状态，否则则为室内采集状态，从而通过果AIRMAR LB150超声波气象站（2）原始数据流中的GPS数据的存在与否来实现室内与室外数据的甄别与筛选；同时如果AIRMAR LB150超声波气象站（2）接收到的GPS数据的经纬度值变化超过具体阈值时，则说明此时设备处于连续运动状态，而如果GPS数据经纬度值变化在具体阈值之内时，说明设备此时状态处于相对静止状态。由于E路航导航仪（3）和研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）共用一套电源设备，而E路航导航仪（3）的额定输入电压为5V直流，研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）的额定电压是12-24V直流，所以需要在E路航导航仪（3）电源输入端增置一个12V转5V转换器（6），实现电源的共用。整个设备前置数据采集监控器部分主要功能在于实现AIRMAR LB150超声波气象站（2）原始数据流的实时可视化监控及数据采集线路的监控，同时可以根据数据采集需要进行数据采集间隔和动静态数据的剔除与筛选。 
 由于该便携式风环境移动监测设备需要在业外连续工作7-8小时左右，为此，本便携式风环境移动监测设备同时增配了全钢制便携式高压脚踏式打气筒（12）作为野外应急的工具，同时配置了四合一山地车马鞍包（9）来储存野外作业常备的药物、工具及防雨罩等野外作业必备物品（图10）。 
 便携式风环境移动监测设备可以很方便的实现居住区、街区乃至城市重点区域的风环境长期系统监测，同时还可以作为污染物扩散等情况的现场应急监测设备。其所有部件均可拆卸，且没有对其中任何一个部件进行改装，最大的保持了仪器设备的完整性，便于所有部件仪器设备的多场景使用。同时，由于该新型便携式风环境移动监测设备体积小，加之装置在可折叠式山地自行车（1）上，从而可以通过折叠实现远程运输，实现远距离的区域性风环境移动监测，运输工具甚至可以是城市公交车。 

Claims (3)

1.新型便携式风环境移动监测设备，它是由可折叠式山地自行车（1）、美国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）、E路航导航仪（3）、研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）、12V输出锂电池组（15节）（5）、12V转5V转换器（6）、导航仪托板（7）、监控机减震式托架（8）、四合一山地车马鞍包（9）、车载式超声波气象站托架（10）、超声波气象站连接杆（11）、全钢制便携式高压脚踏式打气筒（12）、长度5m的0.75~1MM2 聚氯乙烯绝缘铜丝软线（13），本发明在形状、构造及其结合上，区别于最接近的现有技术的技术特征是：将能够测算真实风速及风向的超声波气象站（2）和可折叠式山地自行车（1）通过自行设计的位于山地车后部的车载式超声波气象站托架（10）及超声波气象站连接杆组装形成移动监测设备的数据采集前端，并通过导航仪托板（7）和监控机减震式托架（8）将E路航导航仪（3）及研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）将导航仪及监控机固定于可折叠式山地自行车（1）的前车把手横杆处组装形成了便携式风环境移动监控测设备，并在车载式超声波气象站托架（10）两侧固定12V输出锂电池组（15节）（5）两套分别用于美国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）的供电和E路航导航仪（3）、研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）的供电，并在E路航导航仪（3）供电输入端配置12V转5V转换器满足E路航导航仪（3）的供电输入需求，在可折叠式山地自行车（1）前部配置四合一山地车马鞍包（9）以放置野外作业工具及全钢制便携式高压脚踏式打气筒（12），所有供电线路均采用0.75~1MM2 聚氯乙烯绝缘铜丝软线（13）。
2.根据权利要求1所述的新型便携式风环境移动监测设备，其特征是将可测算运动过程中真实风速、风向及参考因子（温度、湿度、GPS定位信息）的美国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）与E路航导航仪（3）、研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）、通过自主行设计的托架集成于可折叠式山地自行车（1），从而达到局地风环境的移动监测和设备远程便携的目的。
3.根据权利要求2所述的新型便携式风环境移动监测设备，其特征在于将国产AIRMAR LB150超声波气象站（2）固定的NMEA0183数据格式输出的气象数据及GPS位置信息，通过自主编写的，可在研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）内置的winCE操作系统中运行的数据格式转换及数据可视化软件，实时的显示在研祥PMM-0797触摸显示自动化过程监控机（4）主界面，显示内容包括当前位置信息、行进速度、行驶里程、GPS卫星数、大气压、温度、相对湿度、表观风速、表观风向、真实风速、真实风向、采样间隔的选择键（5秒、10秒、30秒、60秒）。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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