CN105629337A - 一种分布式气象监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式气象监测系统，属于气象监测系统技术领域。该分布式气象监测系统包括n个气象监测子单元和气象数据监测中心，n个气象监测子单元分别和气象数据监测中心连接，n为大于1的自然数，所述气象监测子单元包括顺序连接的气象传感器模块、信号处理模块、FPGA模块、无线发送模块、无线接收模块、RS解码模块和数据处理模块。本发明可以在恶劣的气象环境下，提高气象数据传输的有效性。

Description

一种分布式气象监测系统
技术领域
本发明涉及一种分布式气象监测系统，属于气象监测系统技术领域。
背景技术
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。变化无常的天气不仅会给交通安全带来隐患，同时也会影响农业生产、森林防护、电网安全等方面。因此，对气象信息进行实时监测采集，并对采集到的监测数据进行分析和判断，在某些自然灾害到来之前做好预防措施，就显得尤为重要。
申请号为201320262226.X，申请日为2013年5月15日的实用新型公开了一种基于Zigbee的车载气象监测系统，包括微处理器模块、监测终端、供电模块、风速采集电路、风向采集电路、温度采集电路、湿度采集电路、气压采集电路、降水量采集电路、能见度采集电路、第一Zigbee无线通讯电路和第二Zigbee无线通讯电路，第一Zigbee无线通讯电路的一端与微处理器模块信号输出端有线连接，另一端与第二Zigbee无线通讯电路的一端无线连接，第二Zigbee无线通讯电路的另一端与监测终端有线连接。该实用新型采用低功耗、低成本、低复杂度的ZigBee无线通信方式，在车上的空间有限，无需布线，安装方便，且采用太阳能光伏板配合供电，节能环保，具有良好的应用前景。
申请号为201310141075.7，申请日为2013年4月23日的发明专利申请公开了一种气象监测系统，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。该发明检测项目全，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。
申请号为201410449627.5，申请日为2014年9月4日的发明专利申请公开了一种基于气象及电网GIS的综合监测预警系统及方法，包括：数据层和应用层；数据层包括：气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库；应用层包括：气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块。气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库之间相互通信；气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块与气象数据库、电网GIS数据库或生产和经营数据库分别进行通信。该发明可以实时掌握变电站、输变线路、杆塔等重要电力设备的温度、风向、风速等气象监测信息，为电网提供直观的气象实时数据，同时提供未来7天逐12小时预报以及台风、雷电等灾害预警信息。
目前的气象监测系统主要侧重采集各种气象信息并提供预警信息，但在天气条件恶劣时，监测系统采集到的气象信息在传输时可能会发生错误或者信息传输不完整，提供的预警信息很可能是有偏差的，这样不利于提前做好预防措施。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种分布式气象监测系统，可以在恶劣的气象环境下，提高气象传输数据的有效性。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种分布式气象监测系统，其特征在于，包括n个气象监测子单元和气象数据监测中心，n个气象监测子单元分别和气象数据监测中心连接，n为大于1的自然数，所述气象监测子单元包括顺序连接的气象传感器模块、信号处理模块、FPGA模块、无线发送模块、无线接收模块、RS解码模块和数据处理模块；
所述气象传感器模块，用于采集需要监测的气象信息；
所述信号处理模块，用于对气象传感器模块传输的信号进行滤波降噪处理；
所述FPGA模块，用于将信号处理模块处理后的气象信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述无线发送模块，用于将加密后的气象信息采用无线方式发送；
所述无线接收模块，用于接收加密后的气象信息；
所述RS解码模块，用于将加密后的气象信息进行解码；
所述数据处理模块，用于将解码后的气象信息进行预处理；
所述气象数据监测中心，用于接收每个数据处理模块发送的经过预处理的气象信息，并进行汇总、分析。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器为热电偶。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述无线方式为WIFI、CDMA或GPRS。
作为本发明的一种优选技术方案：所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
本发明所述一种分布式气象监测系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的气象监测系统采用分布式结构，系统内部各个子单元协同控制及管理，一旦系统内部某个子单元发生故障，其他单元仍能够继续正常运作，从而改善系统的可靠性。
2、本发明对传输的气象信息进行RS编码加密，RS码是一种循环码，有严谨的代数结构，在码率固定的情况下它具有较大的纠错能力，可以提高数据传输的可靠性。
3、本发明使用FPGA芯片对RS编码进行门级电路实现，相比单片机等片上系统（SOC）技术可以更加快速的实现编码，从而减少了气象数据从采集经过传输到达接收端的延时。
4、本发明可以在恶劣气象环境下降低无线传输气象数据的传输误码情况，从而提高数据有效性。
附图说明
图1为本发明分布式气象监测系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
一种分布式气象监测系统如图1所示，其特征在于，包括n个气象监测子单元和气象数据监测中心，n个气象监测子单元分别和气象数据监测中心连接，n为大于1的自然数，所述气象监测子单元包括顺序连接的气象传感器模块、信号处理模块、FPGA模块、无线发送模块、无线接收模块、RS解码模块和数据处理模块；
所述气象传感器模块，用于采集需要监测的气象信息；
所述信号处理模块，用于对气象传感器模块传输的信号进行滤波降噪处理；
所述FPGA模块，用于将信号处理模块处理后的气象信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述无线发送模块，用于将加密后的气象信息采用无线方式发送；
所述无线接收模块，用于接收加密后的气象信息；
所述RS解码模块，用于将加密后的气象信息进行解码；
所述数据处理模块，用于将解码后的气象信息进行预处理；
所述气象数据监测中心，用于接收每个数据处理模块发送的经过预处理的气象信息，并进行汇总、分析。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器为热电偶。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述无线方式为WIFI、CDMA或GPRS。
作为本发明的一种优选技术方案：所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
本发明的气象监测系统采用分布式结构，系统内部各个子单元协同控制及管理，一旦系统内部某个子单元发生故障，其他单元仍能够继续正常运作，从而改善系统的可靠性。目前国内外采用的气象监测系统大多是集中式。集中式监测系统由一个控制中心负责对系统内部各种信息进行统一加工处理并进行任务的分配，由于所有控制任务都由控制中心完成，一旦控制中心出现故障，整个系统也将无法正常运转。
本发明对传输的气象信息进行RS编码加密，RS码是一种循环码，有严谨的代数结构，在码率固定的情况下它具有较大的纠错能力，可以提高数据传输的可靠性。
RS码又称里所码，即Reed-solomoncodes，是一种前向纠错的信道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。编码过程首先在多个点上对这些多项式求冗余，然后将其传输或者存储。对多项式的这种超出必要值的采样使得多项式超定（过限定）。当接收器正确的收到足够的点后，它就可以恢复原来的多项式，即使接收到的多项式上有很多点被噪声干扰失真。
RS(Reed-Solomon)码是一类纠错能力很强的特殊的非二进制BCH码。对于任选正整数S可构造一个相应的码长为n=qS-1的q进制BCH码，而q作为某个素数的幂。当S=1，q>2时所建立的码长n=q-1的q进制BCH码，称它为RS码。当q=2m(m>1)，其码元符号取自于F(2m)的二进制RS码可用来纠正突发差错，它是最常用的RS码。
本发明使用FPGA芯片对RS编码进行门级电路实现，相比单片机等片上系统（SOC）技术可以更加快速的实现编码，从而减少了气象数据从采集经过传输到达接收端的延时。
FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
本发明气象监测系统中温度传感器为热电偶。热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。
由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。
本发明气象监测系统中风速传感器为超声波风速传感器。超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种分布式气象监测系统，其特征在于，包括n个气象监测子单元和气象数据监测中心，n个气象监测子单元分别和气象数据监测中心连接，n为大于1的自然数，所述气象监测子单元包括顺序连接的气象传感器模块、信号处理模块、FPGA模块、无线发送模块、无线接收模块、RS解码模块和数据处理模块；
所述气象传感器模块，用于采集需要监测的气象信息；
所述信号处理模块，用于对气象传感器模块传输的信号进行滤波降噪处理；
所述FPGA模块，用于将信号处理模块处理后的气象信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述无线发送模块，用于将加密后的气象信息采用无线方式发送；
所述无线接收模块，用于接收加密后的气象信息；
所述RS解码模块，用于将加密后的气象信息进行解码；
所述数据处理模块，用于将解码后的气象信息进行预处理；
所述气象数据监测中心，用于接收每个数据处理模块发送的经过预处理的气象信息，并进行汇总、分析。
2.根据权利要求1所述的一种分布式气象监测系统，其特征在于，所述气象传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
3.根据权利要求2所述的一种分布式气象监测系统，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。
4.根据权利要求2所述的一种分布式气象监测系统，其特征在于，所述风速传感器为超声波风速传感器。
5.根据权利要求1所述的一种分布式气象监测系统，其特征在于，所述无线方式为WIFI、CDMA或GPRS。
6.根据权利要求1所述的一种分布式气象监测系统，其特征在于，所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108616284A (zh) * 2018-04-28 2018-10-02 辽宁工业大学 一种通信用脉冲无线通信信号转换装置及使用方法
CN111077598A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 一种基于红外激光的降雪量传感器及实时监测预警装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101881842A (zh) * 2010-04-02 2010-11-10 刘文祥 网络气象
CN202940849U (zh) * 2012-11-01 2013-05-15 江苏物联网研究发展中心 基于数字微波网络的专网气象监控系统
CN103532673A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 北京科技大学 分布式无线气象编码监测方法、装置及系统
CN203616494U (zh) * 2013-11-07 2014-05-28 东华大学 多点气象站气象数据自动采集与收集系统
WO2014161082A1 (en) * 2013-04-04 2014-10-09 Syk Motion Research, Ulc Method and system for refining weather forecasts using point observations
CN104865615A (zh) * 2015-03-24 2015-08-26 北京科技大学 基于rs编码的分布式无线气象监测方法、监测站及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101881842A (zh) * 2010-04-02 2010-11-10 刘文祥 网络气象
CN202940849U (zh) * 2012-11-01 2013-05-15 江苏物联网研究发展中心 基于数字微波网络的专网气象监控系统
WO2014161082A1 (en) * 2013-04-04 2014-10-09 Syk Motion Research, Ulc Method and system for refining weather forecasts using point observations
CN103532673A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 北京科技大学 分布式无线气象编码监测方法、装置及系统
CN203616494U (zh) * 2013-11-07 2014-05-28 东华大学 多点气象站气象数据自动采集与收集系统
CN104865615A (zh) * 2015-03-24 2015-08-26 北京科技大学 基于rs编码的分布式无线气象监测方法、监测站及系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108616284A (zh) * 2018-04-28 2018-10-02 辽宁工业大学 一种通信用脉冲无线通信信号转换装置及使用方法
CN111077598A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 一种基于红外激光的降雪量传感器及实时监测预警装置

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