CN103197358B - 气象监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种气象监测系统,涉及气象监测设备技术领域,包括用于采集各类检测器的数据采集器,所述数据采集器将检测器得到的信号处理通过通讯设备传送到指挥中心站,所述数据采集器采用交流供电和蓄电池智能供电两种方式,所述数据采集器通过RS485接口分别连接有雨量雪量检测器、能见度检测器、温湿度检测器、风向风速检测器及红外线遥感路面测温器,对高速公路上沙尘、雾,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行数据采集和分析,然后将分析结果上传给指挥中心站以实现对现场实际情况进行实时监控。本发明检测项目全,能够对雾、沙尘,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行实时检测。

Description

气象监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及气象监测设备技术领域,具体涉及一种适用于高速公路管理系统,能够为公路交通部门提供最准确可靠的公路交通环境气象数据,从而指导交通部门做出相应决策的气象监测系统。
背景技术
[0002] 恶劣天气现象会影响高速公路行车安全,极易导致交通事故的发生。如大雾和降水天气会导致能见度降低,雨雪天气会导致路面湿滑,强烈横风影响车辆行驶稳定性,路面结冰、霜冻会造成路面摩擦系数明显降低,高温天气的长途高速行驶,极易引起爆胎和疲劳驾驶,这些天气现象都会直接或间接的给交通安全带来隐患。在我国,高速公路在建设阶段根据设计要求安装了一些道路气象站,这些气象站的设置间距多数较远,平均50— 80公里设置一套,不能及时了解局部地段或关键地段的道路及路面状态变化情况,无法对关键的局部路面状态进行监测预警和评估,也就不能及时、准确地发布高速公路路面状况预警信息。当前高速公路采用的气象站大多为进口产品,价格较高,受建设资金的影响难以密集设置,而且单个气象站体积较大,传感器数量多,针对某一气象要素的检测均需单独设置专用的传感器,针对路面状况的检测则需埋设传感器于路面之下,施工及维护成本较高。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于各种恶劣的野外环境,可无人值守,具有全自动气象数据采集、储存、处理和传送功能的气象监测系统。
[0004] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005] 一种气象监测系统,包括用于采集各类检测器的数据采集器,所述数据采集器将检测器得到的信号处理通过通讯设备传送到指挥中心站,所述数据采集器采用交流供电和蓄电池智能供电两种方式,保证采集系统因故障断电时,数据采集器可以继续工作,所述数据采集器通过RS485接口分别连接有雨量雪量检测器、能见度检测器、温湿度检测器、风向风速检测器及红外线遥感路面测温器,对高速公路上沙尘、雾,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行数据采集和分析,然后将分析结果上传给指挥中心站以实现对现场实际情况进行实时监控。
[0006] 所述数据采集器包括数据采集模块、液晶显示模块及输入防雷模块,所述液晶显示模块通过接口连接到数据采集模块,所述液晶显示模块显示数据采集模块的运行状态,和采集的数据信息,可以帮助现场调试人员方便的判断系统运行状态,以及采集的数据是否正常,为安装调试和最终使用人员提供极大的便利,所述输入防雷模块通过数据采集线连接到数据采集模块,具有防感应雷击的功能,可以防止外部感应雷击。
[0007] 所述雨量雪量检测器包括外筒、底盘、翻斗及支架,所述外筒安装于底盘上,所述底盘底部设有出水口,所述支架设于外筒内,所述外筒上端设有雨雪接收器,所述雨雪接收器正下方位于外筒内的支架上设有过滤斗,所述翻斗安装于支架上,并位于过滤斗下方,所述翻斗上连接有通信电缆,所述通信电缆连接到数据采集器,所述翻斗为单翻式翻斗,设计采用单翻式翻斗,其输出为脉冲信号,内部结构紧凑,操作维护简单。
[0008] 所述能见度检测器包括探测单元和控制器单元,所述控制器单元控制探测单元工作,并将探测单元采集的信号传送到数据采集器,所述探测单元包括相对设置的光源发射模块和光源接收模块,所述控制器单元具有模拟/数字接口,能见度的检测即气象学意义上的数值(M0R)是由大气中悬浮的微小颗粒物(烟雾、灰尘、浓雾、雨、雪)散射光线强弱所决定的,通过测量这种消光系数,再经过标准公式的转化就可能得到人们肉眼所需的能见度数值。
[0009] 所述温湿度检测器包括防护罩、设于防护罩内的湿敏电容、以及与湿敏电容电连接的转换电路,所述转换电路上引出有通信电缆,所述通信电缆经RS485/232转换接头连接到外部计算机设备,所述湿敏电容由玻璃底衬、下电极、湿敏材料组件、上电极组成,所述湿敏材料组件位于上电极和下电极之间,并于上电极和下电极串联,所述玻璃底衬位于下电极底部。
[0010] 所述风向风速检测器包括传感器底座,所述传感器底座上部安装有风速感应器,所述风速感应器通过金属管连接有风向感应器,所述风向感应器上设有指北红点,所述风向感应器上端部连接有转杆,所述转杆一端设有风向标,另一端设有平衡锤,所述风速感应器上端设有风杯,所述金属管内穿设有有通信电缆,所述通信电缆一端连接到风向感应器,另一端连接到风速感应器。
[0011 ] 所述红外线遥感路面测温器包括光电探测器,所述光电探测器连接有信号放大器及处理模块,所述信号放大器及处理模块连接有显示输出模块,光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号,该信号再经换算转变为被测目标的温度值。
[0012] 本发明的有益效果是:
[0013] 1)全自动数据采集、传输及监控,可长期无人值守;
[0014] 2)能够在各种恶劣的环境下长期稳定运行;
[0015] 3)检测项目全,能够对雾、沙尘,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行实时检测;
[0016] 4)采集处理核心单元采用模块化的嵌入式微机,扩展性好,可靠性好,具有高度的智能化和灵活性,并可根据用户的要求进行系统定制。
附图说明
[0017] 图1为本发明原理方框图;
[0018] 图2为本发明数据采集器原理方框图;
[0019] 图3为本发明雨量雪量检测器结构示意图;
[0020] 图4为本发明能见度检测器原理方框图;
[0021] 图5为本发明温湿度检测器结构示意图;
[0022] 图6为本发明温湿度检测器湿敏电容分解示意图;
[0023] 图7为本发明风向风速检测器结构示意图;
[0024] 图8为本发明红外线遥感路面测温器原理方框图。
具体实施方式
[0025] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
[0026] 如图1所示,一种气象监测系统,包括用于采集各类检测器的数据采集器10,数据采集器10将检测器得到的信号处理通过通讯设备传送到指挥中心站20,数据采集器10采用交流供电和蓄电池智能供电两种方式,保证采集系统因故障断电时,数据采集器10可以继续工作,数据采集器10通过RS485接口分别连接有雨量雪量检测器30、能见度检测器40、温湿度检测器50、风向风速检测器60及红外线遥感路面测温器70,对高速公路上沙尘、雾,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行数据采集和分析,然后将分析结果上传给指挥中心站以实现对现场实际情况进行实时监控。
[0027] 如图2所示,数据采集器10包括数据采集模块101、液晶显示模块102及输入防雷模块103,液晶显示模块102通过接口连接到数据采集模块101,液晶显示模块102显示数据采集模块101的运行状态,和采集的数据信息,可以帮助现场调试人员方便的判断系统运行状态,以及采集的数据是否正常,为安装调试和最终使用人员提供极大的便利,输入防雷模块103通过数据采集线连接到数据采集模块101,具有防感应雷击的功能,可以防止外部感应雷击。
[0028] 数据采集器10利用扩展接口,可以大量扩展采集通道,以满足各种监测系统的需要,更加适合大量使用各种自动监测设备的场合。数据采集器核心单元是采用基于军品级别的嵌入式控制技术产品,它具有以下特点:长寿命、扩展灵活、坚固耐用、小尺寸、低功耗、宽工作温度、自带看门狗、无电池工作、各种显示支持、嵌入式B1S、快速启动和多操作系统支持等。系统具有高度的模块化和灵活性,系统核心模块具备独有的嵌入式PC B1S以增强系统的可靠性与灵活性,能实现安全自举、无电池启动功能、看门狗定时器支持、串行控制台选择、串行加载等功能,整个采集器装配在防腐不锈钢机箱内。
[0029] 数据采集器产品核心部件有关的相应运行特性参数包括:
[0030]输出接口:RS_232、485、422 可选;
[0031] 数据上传周期:1-30分钟可调;
[0032] 通彳目功率:标准为9600,最闻可达115k;
[0033] 工作环境温度:-45_85°C ;
[0034] 工作环境湿度:0-100%RH ;
[0035] 采集器核心部件平均无故障时间:超过20万小时;
[0036] 防雷性能:雷击感应通流容量5KA ;
[0037] 响应时间:小于10秒;
[0038] 供电系统:220VAC (标准),太阳能(可选);
[0039] 防护等级:IP66。
[0040] 如图3所示,雨量雪量检测器30包括外筒301、底盘302、翻斗303及支架304,外筒301安装于底盘302上,底盘302底部设有出水口 305,支架304设于外筒301内,外筒301上端设有雨雪接收器306,雨雪接收器306正下方位于外筒301内的支架304上设有过滤斗307,翻斗303安装于支架304上,并位于过滤斗307下方,翻斗303上连接有通信电缆,通信电缆连接到数据采集器,翻斗303为单翻式翻斗,设计采用单翻式翻斗,其输出为脉冲信号,内部结构紧凑,操作维护简单。
[0041] 雨水或雪融化成水后通过一个直径为200mm的接收器,再通过一个过滤斗307流入翻斗303里,当翻斗303流入一定量的水后,翻斗303翻转,倒空斗里的水,翻斗303的另一边开始接水,翻斗303的每次翻转动作输出一个脉冲信号(1脉冲=0.1mm降水量)通过电缆传输到采集系统,数据采集装置通过对脉冲信号的处理即可得到相应的降水量数据。
[0042] 1.技术指标
[0043] 承水口内径:200_
[0044]分辨率:0.1mm
[0045]测量量程:Q-5mm/mi η
[0046]测量允许误差:±0.4mm (< 10mm)
[0047] 环境温度:0-60°C (标准)-25_60°C (带加热装置)
[0048] 输出方式:1脉冲=0.1mm降水量
[0049] 加热电源:24V AC
[0050] 加热输出功率:70W。
[0051] 如图4所示,能见度检测器40包括探测单元401和控制器单元402,控制器单元402控制探测单元401工作,并将探测单元401采集的信号传送到数据采集器,探测单元401包括相对设置的光源发射模块403和光源接收模块404,控制器单元402具有模拟/数字接口,能见度的检测即气象学意义上的数值(M0R)是由大气中悬浮的微小颗粒物(烟雾、灰尘、浓雾、雨、雪)散射光线强弱所决定的,通过测量这种消光系数,再经过标准公式的转化就可能得到人们肉眼所需的能见度数值。
[0052] 其是根据布格尔-朗伯(Bougner - Lambert)定律。将一红外光束射入空气,当红外光照射到烟雾,粉尘,烟霾,雾,雨、雪等时,发生光散射现象,前散射光会通过透镜汇聚并被传感器接收,传感器把接收到的光信号转换成电信号。通过放大器电路和运算电路,计算出能见度值。
[0053] 如图5、图6所不,温湿度检测器50包括防护罩501、设于防护罩501内的湿敏电容、以及与湿敏电容电连接的转换电路,转换电路上引出有通信电缆502,通信电缆502经RS485/232转换接头连接到外部计算机设备,湿敏电容由玻璃底衬503、下电极504、湿敏材料组件505、上电极506组成,湿敏材料组件505位于上电极506和下电极504之间,并于上电极506和下电极504串联,玻璃底衬503位于下电极504底部。
[0054] 上、下电极与湿敏材料组件构成的两个电容成串联连接,湿敏材料组件是一种高分子聚合物,它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时,湿敏元件的电容量随之发生改变,即当相对湿度增大时,湿敏电容量随之增大,反之减小(电容量通常在48〜56pf间)。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化,对应于相对湿度0〜100%RH的变化,传感器的输出呈0〜lv的线性变化。
[0055] 技术指标:
[0056] 温度测量范围:-40_75°C 湿度测量范围:0-100%RH
[0057] 温度测量精度:±0.1°C 湿度测量精度:±0.1%RH
[0058] 温度分辨率:0.01°C 湿度分辨率:0.03%RH
[0059] 温度工作电压:12VDC 湿度工作电压:12VDC
[0060] 输出信号:RS232/485/422可选输出信号:RS232/485/422可选。
[0061 ] 如图7所示,风向风速检测器60包括传感器底座601,传感器底座601上部安装有风速感应器602,风速感应器602通过金属管603连接有风向感应器604,风向感应器604上设有指北红点605,风向感应器604上端部连接有转杆606,转杆606 —端设有风向标607,另一端设有平衡锤608,风速感应器602上端设有风杯609,金属管603内穿设有有通信电缆610,通信电缆610 —端连接到风向感应器604,另一端连接到风速感应器602。
[0062] 风速风向检测器测量超声波从N传感器到S传感器传输时间,并与S传感器到N传感器的时间相比较。同理比较超声波从W到E的时间和E到W的时间。通过计算两点间时间差就可以计算出风速和风向,这种计算方法和其他因素无关如温度等。
[0063] 如图8所示,红外线遥感路面测温器70包括光电探测器701,光电探测器701连接有信号放大器及处理模块702,信号放大器及处理模块702连接有显示输出模块703,光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号,该信号再经换算转变为被测目标的温度值。
[0064] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1. 一种气象监测系统,其特征在于:包括用于采集各类检测器的数据采集器,所述数据采集器将检测器得到的信号处理通过通讯设备传送到指挥中心站,所述数据采集器采用交流供电和蓄电池智能供电两种方式,所述数据采集器通过RS485接口分别连接有雨量雪量检测器、能见度检测器、温湿度检测器、风向风速检测器及红外线遥感路面测温器,对高速公路上沙尘、雾,能见度参数,路面温度,风向风速,雨雪量要素进行数据采集和分析,然后将分析结果上传给指挥中心站以实现对现场实际情况进行实时监控,所述雨量雪量检测器包括外筒、底盘、翻斗及支架,所述外筒安装于底盘上,所述底盘底部设有出水口,所述支架设于外筒内,所述外筒上端设有雨雪接收器,所述雨雪接收器正下方位于外筒内的支架上设有过滤斗,所述翻斗安装于支架上,并位于过滤斗下方,所述翻斗上连接有通信电缆,所述通信电缆连接到数据采集器。
2.根据权利要求I所述的气象监测系统,其特征在于:所述的数据采集器包括数据采集模块、液晶显示模块及输入防雷模块,所述液晶显示模块通过接口连接到数据采集模块,所述液晶显示模块显示数据采集模块的运行状态,和采集的数据信息,所述输入防雷模块通过数据采集线连接到数据采集模块。
3.根据权利要求I所述的气象监测系统,其特征在于:所述能见度检测器包括探测单元和控制器单元,所述控制器单元控制探测单元工作,并将探测单元采集的信号传送到数据采集器,所述探测单元包括相对设置的光源发射模块和光源接收模块,所述控制器单元具有模拟/数字接口。
4.根据权利要求I所述的气象监测系统,其特征在于:所述温湿度检测器包括防护罩、设于防护罩内的湿敏电容、以及与湿敏电容电连接的转换电路,所述转换电路上引出有通信电缆,所述通信电缆经RS485/232转换接头连接到外部计算机设备,所述湿敏电容由玻璃底衬、下电极、湿敏材料组件、上电极组成,所述湿敏材料组件位于上电极和下电极之间,并于上电极和下电极串联,所述玻璃底衬位于下电极底部。
5.根据权利要求I所述的气象监测系统,其特征在于:所述风向风速检测器包括传感器底座,所述传感器底座上部安装有风速感应器,所述风速感应器通过金属管连接有风向感应器,所述风向感应器上设有指北红点,所述风向感应器上端部连接有转杆,所述转杆一端设有风向标,另一端设有平衡锤,所述风速感应器上端设有风杯,所述金属管内穿设有有通信电缆,所述通信电缆一端连接到风向感应器,另一端连接到风速感应器。
6.根据权利要求I所述的气象监测系统,其特征在于:所述红外线遥感路面测温器包括光电探测器,所述光电探测器连接有信号放大器及处理模块,所述信号放大器及处理模块连接有显示输出模块。
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