CN106054281A - 气象灾害自动化监测预警系统 - Google Patents

气象灾害自动化监测预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气象灾害自动化监测预警系统,它涉及气象预警技术领域。它包括大气压强传感器、辐射传感器、光照传感器、土壤水份传感器、大气温湿度传感器、风速仪、风向仪、雨雪传感器、降雨量传感器、土壤温度传感器、固定式测斜仪、GPS定位仪组成的前端采集单元、中段传输单元和网络平台,前端采集单元与中段传输单元连接,中段传输单元与网络平台连接,前端采集单元可实现现场监测数据全自动采集和主动发送,能够兼容多种类型的传感器,分布在不同区域内的自动化监测站均通过无线通讯网络与网络平台连接。本发明操作便捷,监测数据真实稳定,处理分析迅速,随时随地掌握现场信息,可重复利用,节省人力成本,兼容性好。

Description

气象灾害自动化监测预警系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是气象预警技术领域,具体涉及气象灾害自动化监测预警系统。背景技术

[0002] 气象灾害是自然灾害中最为频繁而又严重的灾害,而我国是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多,造成损失十分严重的少数国家之一,每年由于干旱、洪涝、台风、 暴雨、冰雹等灾害危及到人民生命和财产的安全,国民经济也受到了极大的损失,而且,随着经济的高速发展,自然灾害造成的损失亦呈上升发展趋势,直接影响着社会和经济的发展,因此,做好防御和减轻气象灾害,保护国家和人民生命财产安全,各级气象主管机构所属的气象台站向社会公众发布气象灾害预警信号是十分普遍的方式。

[0003] 现有的气象预警装置存在以下问题:监测数据难以做到快速回传、快速处理分析, 难以快速了解信息,且受制于时间、空间、成本的限制,难以随时随地掌握现场信息;此外, 由于天气条件、项目执行过程的需求变化、周边环境变化引起的监测频率增加从而导致监测成本剧增,不利于气象预警的快速应用和发展。

[0004] 为了解决上述问题,设计一种新型的气象灾害自动化监测预警系统还是很有必要的。发明内容

[0005] 针对现有技术上存在的不足,本发明目的是在于提供一种气象灾害自动化监测预警系统,结构简单,设计合理,操作便捷,监测数据真实稳定,处理分析迅速,实现全程随时随地地掌握现场信息,可重复利用,节省人力成本,兼容性好,实用性强,易于推广使用。

[0006] 为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:气象灾害自动化监测预警系统,包括前端采集单元、中段传输单元和网络平台,前端采集单元与中段传输单元连接,中段传输单元与网络平台连接,所述前端采集单元包括有大气压强传感器、辐射传感器、光照传感器、土壤水份传感器、大气温湿度传感器、风速仪、风向仪、雨雪传感器、降雨量传感器、土壤温度传感器、固定式测斜仪、GPS定位仪,前端采集单元可实现现场监测数据全自动采集和主动发送,能够兼容多种类型的传感器,可以处理模拟量、数字量信号,可以根据具体监测项目的差异,减少或扩容接入的传感器设备,上述传感器均接至中段传输单元。

[0007] 作为优选,所述的中段传输单元由M⑶智能测量单元、DTU单元、基站组成,M⑶智能测量单元与包含多个传感器的前端采集单元连接,MCU智能测量单元接DTU单元,DTU单元与基站连接,基站通过36、46、6?1^、1]^611161:、北斗无线通讯网络中的一种或组合与网络平台连接,中段传输单元采用GPRS、网桥、电台、4G网络等成熟无线传输设备手段,灵活组网, 满足监测项目所处不同区域的通讯网络状态要求,因地制宜地布设有线或无线通讯网络, 实现全天候监测数据的快速传输、处理、分析。

[0008] 作为优选,所述的网络平台包括有服务器、防火墙、交换机、手机、笔记本、台式机、 打印机,服务器与无线通讯网络连接,服务器连接有防火墙,防火墙与交换机连接,交换机分别与手机、笔记本、台式机、打印机连接,手机与无线通讯网络连接,网络平台实现移动平台如手机、平台电脑等移动智能平台的数据访问、接受预警信息,实现实时地数据查询、远程设置、远程查看设备运行信息,各类型图标如柱状图、折线图、趋势图的展示及简单报表输出,包含每天定时指定路径输出、即时手动输出等。

[0009] 作为优选,所述的大气压强传感器、辐射传感器、光照传感器、土壤水份传感器、大气温湿度传感器、风速仪、风向仪、雨雪传感器、降雨量传感器、土壤温度传感器、固定式测斜仪、GPS定位仪、MCU智能测量单元、DTU单元、基站均安装在自动化监测站中,自动化监测站中还包括有提供动力来源的电源系统,电源系统由一个或多个太阳能电池板并联稳压器和一个或多个充电池组成。

[0010] 作为优选,所述的自动化监测站设置有多个,每个自动化监测站均通过无线通讯网络与网络平台连接,自动化监测站作为本地监测站点,全自动化的、无人值守的、实时的采集各类、多个监测传感器的数据,并本地存储,处理分析、数据上传,自动化监测站能够采集多种传感器数据,主要由于其采集器的智能化、模块化、扩展化的设备特性,采集器内部可以增加或减少不同传感器的采集模块,实现对采集传感器种类与数量的扩容与减少,与网络平台互动实现对监测站的自动化管理,如设备运行日志、数据管理、自动化关键设备控制,如固件更新与故障维护等。

[0011] 本发明的有益效果:(1)监测数据稳定可靠:采用成熟的无线采集和发送技术,通过设备自检、设定阈值、系统异常判定机制等技术手段,保证监测数据的真实可靠、不间断回传,快速处理、分析。

[0012] (2)随时随地地掌握信息:系统实现在线远程操控,配置定时和即时两种采集模块,通过本地服务器或移动智能终端设备,突破时间、空间、成本的限制,实现全程随时随地地掌握现场信息。[〇〇13] (3)重复利用价格低廉:本系统前端采集所涉及的无线发送模块及数据集成模块均为可重复性利用产品,设备安装、调试完毕即可实现数据的采集、传输工作,监测工程结束后可回收;整个监测过程中仅需安装人员进行部分硬件维护和部分硬件现场或远程升级更新,极大地节省人力成本;解决了因天气条件、项目执行过程的需求变化、周边环境变化引起的监测频率增加从而导致监测成本剧增的问题。

[0014] (4)兼容性强应用广泛:本系统可兼容大部分监测市场上现有或普及监测元件、设备及仪器,系统对元件设备的适应、兼容性极强;在此基础上,系统实现工程监测多参数的采集,可广泛地应用于气象监测、水利工程监测、防灾监测、隧道监测、环境监测、隧道监测、 桥梁监测等监测工程,结合系统管理平台,自由组合,实现大数据平台和单一工程系统的有机结合。

[0015] (5)操作界面友好,操作便捷:将系统软件平台设置为前端展示、分析数据、查看设备在线状态;后端设置设备参数、查看设备在线状态。前端主要为管理者提供便捷操作、通观全局服务,后台主要为工程专业技术人员安装调试、设定各类参数、系统维护服务。在前后端各项注释清晰、化繁为简,操作便捷,以实际需求为出发点,有效区分不同用户群体,同时,按照根据用户级别给予不同操作权限,避免失误操作和造成不必要的后果。附图说明

[0016] 下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明;图1为本发明的结构框图;图2为本发明自动化监测站的结构框图;图3为本发明多个自动化监测站的应用结构示意图。

[0017]具体实施方式

[0018] 为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,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

[0019] 参照图1-3,本具体实施方式采用以下技术方案:气象灾害自动化监测预警系统, 包括前端采集单元1、中段传输单元2和网络平台3,前端采集单元1与中段传输单元2连接, 中段传输单元2与网络平台3连接,所述前端采集单元1包括有大气压强传感器101、辐射传感器102、光照传感器103、土壤水份传感器104、大气温湿度传感器105、风速仪106、风向仪 107、雨雪传感器108、降雨量传感器109、土壤温度传感器110、固定式测斜仪111、GPS定位仪 112,前端采集单元1可实现现场监测数据全自动采集和主动发送,能够兼容多种类型的传感器,可以处理模拟量、数字量信号,可以根据具体监测项目的差异,减少或扩容接入的传感器设备,上述传感器均接至中段传输单元2。[0〇2〇] 值得注意的是,所述的中段传输单元2由M⑶智能测量单元201、DTU单元202、基站 203组成,M⑶智能测量单元201与包含多个传感器的前端采集单元1连接,M⑶智能测量单元 201接DTU单元202,DTU单元202与基站203连接,基站203通过36、46、6?1^、1拉6«16丨、北斗无线通讯网络中的一种或组合与网络平台3连接,中段传输单元2采用GPRS、网桥、电台、4G 网络等成熟无线传输设备手段,灵活组网,满足监测项目所处不同区域的通讯网络状态要求,因地制宜地布设有线或无线通讯网络,实现全天候监测数据的快速传输、处理、分析。 [〇〇21]此外,所述的网络平台3包括有服务器301、防火墙302、交换机303、手机304、笔记本305、台式机306、打印机307,服务器301与无线通讯网络连接,服务器301连接有防火墙 302,防火墙302与交换机303连接,交换机303分别与手机304、笔记本305、台式机306、打印机307连接,手机304与无线通讯网络连接,网络平台3实现移动平台如手机、平台电脑等移动智能平台的数据访问、接受预警信息,实现实时地数据查询、远程设置、远程查看设备运行信息,各类型图标如柱状图、折线图、趋势图的展示及简单报表输出,包含每天定时指定路径输出、即时手动输出等。[〇〇22] 本具体实施方式所述的大气压强传感器101、辐射传感器102、光照传感器103、土壤水份传感器104、大气温湿度传感器105、风速仪106、风向仪107、雨雪传感器108、降雨量传感器109、土壤温度传感器110、固定式测斜仪111、GPS定位仪112、MCU智能测量单元201、 DTU单元202、基站203均安装在自动化监测站4中,各类传感器主要负责感知气压、温度(空气与地层)、湿度(空气与土壤)、风向、风速、雨量、日照、辐射、地质变化、位置等物理信息, 并转化为电信息,供采集器采集。

[0023]系统由一个或若干分布在不同区域内的自动化监测站通过通信链路组成的,从而构成广区域内的、全面的、综合性的、实时的预警系统。自动化监测站作为本地监测站点, 全自动化的、无人值守的、实时的采集各类、多个监测传感器的数据,并本地存储,处理分析、数据上传,自动化监测站能够采集多种传感器数据,主要由于其采集器的智能化、模块化、扩展化的设备特性,采集器内部可以增加或减少不同传感器的采集模块,实现对采集传感器种类与数量的扩容与减少。与网络平台互动实现对监测站的自动化管理,如设备运行日志、数据管理、自动化关键设备控制如固件更新与故障维护等;采集器是自动化监测站的核心,其主要功能是数据采样、数据处理、数据存储及数据传输控制,以每分钟完成一次全部数据收集的频率,数据存储器容量至少能满足30天的数据采集存储要求,并能在本地存储器内形成数据文件,方便现场调试与用户现场读取,其主要技术性能为:数据采样速率、 存储容量及算法约定。[〇〇24]自动监测站的数据传输通过无线方式,如GPRS/3G/4G/远程电台等无线通讯方式, 在不同的应用环境下,对自动化监测站的数据传输也会要求不同,多种可选择的无线通讯方式满足不同条件下的数据传输要求。对于需要传输的数据种类与数量,采集器内建电子数据库,不同种类的传感器在电子数据库中都有其对应位置,或可重新定义、复制定义等操作,满足了多种类数据存储与传输。

[0025] 自动化监测站4中还包括有提供动力来源的电源系统,电源系统由一个或多个太阳能电池板并联稳压器和一个或多个充电池组成,可实现电源自供给,如太阳能发电,在市电满足的情况下,也可直接接入市电;一般而言,太阳能电池板的输出是其最佳的只有每天 5个小时,因此安装角度和位置是至关重要的,在北半球的太阳能电池板将被安装成面向南,南半球的则面向北,安装的角度则各有不同,但安装的角度绝不应为5度,是因为会使灰尘积聚而令电力输出下降,电源系统系统的电池能量存储至少满足自动化监测站20天正常工作。

[0026] 本具体实施方式是一种无人值守的、能自动化地监测、存储、上传气象观测数据与相关的地质数据的监测预警系统,主要由传感器、采集器、通讯接口、系统电源、信息化软件等组成,随着气象要素值的变化,各种传感器的感应元件输出的电量产生变化,这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集,经过线性化和定量化处理,实现工程量到要素量的转换,再对数据进行筛选,得出各个气象要素值和关联的地质变化要素值。系统监测项目主要包括气压、温度(空气与地层)、湿度(空气与土壤)、风向、风速、雨量、日照、福射、地质变化、位置等要素,数据采集频率较高,每分钟采集并存储一组观测数据。

[0027] 各个自动化监测站负责监测区域内各要素值,按照一定的时间周期采集、本地存储,再以一定时间周期通过无线方式(GSM/GPRS/3G/4G/北斗无线通讯方式)上传至网络服务器上,网络服务器负责接收、存储各个自动化监测站的数据,并做各类图表统计、分析,同时提供各类终端用户的访问服务管理功能,如出现超过预警值问题,网络服务器负责信息推送,告知各类终端用户提高警惕与关注。各类终端用户可通过手机、笔记本、台式电脑等设备,随时依据自己拥有的权限访问网络服务器,查看、下载、打印原始数据、统计报表等各类信息。

[0028] 本具体实施方式的系统功能:(1)气象环境监测:系统可以采集监测中的12大项气象要素,包括大气温度与压力、环境湿度,平均风速风向,瞬时风速风向,降水量,降雨天数, 光照时数,太阳直接辐射,土壤温度,土壤热通量,土壤水分、地下水位,实时数据采集、展示,实时/历史曲线图展示、报表输出,以及校正时间。

[0029] (2)地质变化监测:系统可以监测的地质深层的水平位移、地表垂向位移(沉降)、大面积地表迀移;通过在监测位置处垂直打入测斜管,将多个测斜仪连成一串放入测斜管中固定式监测地表以下地质在受土壤水份、温度变化等影响下的内部水平滑移位移;通过在监测位置上安装高精度GPS,监测地表在地层内部改变情况下发生的垂向位移或水平表面的大面积迀移;实时数据采集、上传,提供预警通报,为地质防灾提供可靠依据,提升灾害与安全事故预防管理能力。

[0030] (3)深化扩展功能:系统可以根据特殊用户要求,在系统原有功能上开发、定制用户特需功能,如减少监测地质变化的测斜仪和GPS定位系统后系统可以实现全自动化的气象监测系统,如系统仅保留土壤水份传感器、仅增加酸碱度传感器后系统可以实现全自动墒情监测系统,如增加水位、水流等传感器后系统可以实现水利工程在线监测系统等,通过前端采集的传感器种类或数量的改变与终端采集器实现对不同传感器输出信号的采集, 系统演变会多种形式,完成不同在线监测需求,还如矿上工程在线监测、市政工程在线实时监测、基坑监测与深挖掘的在线实时自动化监测等。所以,系统的灵活深化扩展能力足以强大支撑不同在线实时监测项目的需求,因此,使用户能够通过一个系统管理多个项目,大大节约系统开发成本及不同数据融合的繁杂工作量。

[0031] (4)多传感器兼容:系统能够兼容多种类型的传感器,主要在于采集器和数据库两个方面的灵活性与扩展性,采集器实现模块化与堆栈化设计,可以减少或增加不同采集模块(用于采集输出不同信号的传感器),采集模块可以方便地堆栈化安装在采集器中,更新采集器的固件能够实现对不同传感器数据的收集传输,数据库中能够支持但很多种类传感器的数据形态,通过自定义方式,可以使能当前能够支持的或增加定义新种类的传感器数据形态,满足不同种类传感器的接入;系统对不同传感器类型的数据采集是互不影响,数据真实并稳定。[〇〇32]本具体实施方式监测数据稳定可靠,保证监测数据不间断回传,快速处理、分析, 能随时随地掌握信息,实现在线远程操控,操作便捷,兼容性强,且能重复利用,价格低廉, 具有广阔的市场应用前景。[〇〇33]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 (4)

1.气象灾害自动化监测预警系统,其特征在于,包括前端采集单元(1)、中段传输单元 (2)和网络平台(3),前端采集单元(1)与中段传输单元(2)连接,中段传输单元(2)与网络平 台(3)连接,所述前端采集单元(1)包括有大气压强传感器(101)、辐射传感器(102)、光照传 感器(103)、土壤水份传感器(104)、大气温湿度传感器(105)、风速仪(106)、风向仪(107)、 雨雪传感器(108)、降雨量传感器(109)、土壤温度传感器(110)、固定式测斜仪(111)、GPS定 位仪(112),大气压强传感器(101)、辐射传感器(102)、光照传感器(103)、土壤水份传感器 (104)、大气温湿度传感器(105)、风速仪(106)、风向仪(107)、雨雪传感器(108)、降雨量传 感器(109)、土壤温度传感器(110)、固定式测斜仪(111)、GPS定位仪(112)均接至中段传输 单元(2),前端采集单元(1)可实现现场监测数据全自动采集和主动发送,能够兼容多种类 型的传感器,可以处理模拟量、数字量信号,可以根据具体监测项目的差异,减少或扩容接 入的传感器设备。
2.根据权利要求1所述的气象灾害自动化监测预警系统,其特征在于,所述的中段传输 单元(2)由MCU智能测量单元(201)、DTU单元(202)、基站(203)组成,MCU智能测量单元(201) 与包含多个传感器的前端采集单元(1)连接,MCU智能测量单元(201)接DTU单元(202),DTU 单元(202)与基站(203)连接,基站(203)通过3G、4G、GPRS、Internet、北斗无线通讯网络中 的一种或组合与网络平台(3)连接,中段传输单元(2)采用GPRS、网桥、电台、4G网络等成 熟无线传输设备手段,灵活组网,满足监测项目所处不同区域的通讯网络状态要求,因地制 宜地布设有线或无线通讯网络,实现全天候监测数据的快速传输、处理、分析。
3.根据权利要求1或2所述的气象灾害自动化监测预警系统,其特征在于,所述的网络 平台⑶包括有服务器(301 )、防火墙(302)、交换机(303)、手机(304)、笔记本(305)、台式机 (306)、打印机(307),服务器(301)与无线通讯网络连接,服务器(301)连接有防火墙(302), 防火墙(302)与交换机(303)连接,交换机(303)分别与手机(304)、笔记本(305)、台式机 (306)、打印机(307)连接,手机(304)与无线通讯网络连接,网络平台(3)实现移动平台如手 机、平台电脑等移动智能平台的数据访问、接受预警信息,实现实时地数据查询、远程设置、 远程查看设备运行信息。
4.根据权利要求1或2所述的气象灾害自动化监测预警系统,其特征在于,所述的大气 压强传感器(101)、辐射传感器(102)、光照传感器(103)、土壤水份传感器(104)、大气温湿 度传感器(105)、风速仪(106)、风向仪(107)、雨雪传感器(108)、降雨量传感器(109)、土壤 温度传感器(110)、固定式测斜仪(111)、6?3定位仪(112)1〇]智能测量单元(201)、0!'1]单元 (202)、基站(203)均安装在自动化监测站(4)中;所述的自动化监测站(4)设置有多个,每个 分布在不同区域内的自动化监测站(4)均通过无线通讯网络与网络平台(3)连接;所述自动化监测站(4)包括有采集器,采集器内部可以增加或减少不同传感器的采集 模块,实现对采集传感器种类与数量的扩容与减少,其主要功能是数据采样、数据处理、数 据存储及数据传输控制,以每分钟完成一次全部数据收集的频率,数据存储器容量至少能 满足30天的数据采集存储要求,并能在本地存储器内形成数据文件,方便现场调试与用户 现场读取,采集器内建电子数据库,不同种类的传感器在电子数据库中都有其对应位置,或 可重新定义、复制定义等操作,满足了多种类数据存储与传输;所述自动化监测站(4)中还包括有提供动力来源的电源系统,实现电源自供给,电源系 统由一个或多个太阳能电池板并联稳压器和一个或多个充电池组成。
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