CN109239803A - 一种防人为干扰的气象监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防人为干扰的气象监测系统，利用底座、伸缩杆、气象监测模块、气体监测模块、太阳能集成板、风力监测传感器、雨量测试传感器、风向监测传感器、图像采集模块、振动传感器、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路，不仅能对气象监测系统周围的气象信息进行采集，还使用振动传感器采集气象监测系统的振动信息，当气象监测系统的振动变大时，从而触发图像采集模块对气象监测系统周围的图像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至显示装置和存储装置，由此，在气象监测系统的振动变大时，不仅能够判断是否受到人为干扰，还能在确定受到人为干扰时显示和保存人为干扰时的图像信息。
Description
技术领域
本发明涉及气象领域，尤其涉及一种防人为干扰的气象监测系统。
背景技术
气象观测信息和数据是开展天气预警预报、气候预测预估及各类气象服务、科学研究的基础，是推动气象科学发展的原动力，综合气象观测系统是现代气象业务体系的重要组成部分，是提升公共气象服务能力和提高气象预报预测准确率的重要基础。
在防灾减灾方面。我国是世界上气象灾害最为严重的国家之一，灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失重。为了有效防御和减轻所造成的损失，提高应对突发公共事件应急的气象保障能力，迫切需要实现对气象灾害的综合、立体、连续观测，提高对气象灾害的监测能力。
在应对气候变化方面。气候和气候变化导致人类生存条件的变化，这不仅是科学问题，更是世界各国政府共同关注的政治问题、经济问题和外交问题。为了深化对气候变化事实和规律的科学认识，推进气候变化综合影响评估工作，减少或消除有关气候变化的不确定性，增强对全球气候变化和极端气候事件的监测能力，提高对气候变化的定量描述和预估水平，制定适应和减缓气候变化的对策及措施，需要开展代表性好、精度高、长期稳定运行的基准气候监测，并对气候系统多圈层（大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈）及其相互作用进行长期连续观测。
在提高气象预报预测准确率和精细化水平方面。提高预报预测准确率和精细化水平是气象预报预测业务的核心。为了建立满足公共气象服务需求的各类气象预报预测业务系统，提高预报预测准确率和精细化水平，提供均一性更好、时间序列更长的观测资料，需要建立时空布局精细、合理的观测站网，以获取陆地气象服务区、天气气候敏感区和关键区及海洋地区的高精度、高准确度、及时、稳定、可靠的观测数据，提高综合气象观测系统能力。
在国民经济各行业建设方面。我国正处在全面建设更高水平小康社会的重要历史时期，经济越发展，气象条件对各行业特别是天气气候敏感行业的影响越大，气象服务在国民经济各行各业发展中的作用越来越重要，地位越来越突出，要求越来越高。农业、交通、航空、航天、水利、环境、电信、电力和能源等行业对各类专业气象观测的需求日益增强。
在履行国际义务方面。多年来，我国的综合气象观测系统参与观测数据的国际交换，为全球气象预报服务业务作出了重要贡献，成为全球观测系统不可或缺的重要组成部分。近年来，由包括世界气象组织（WMO）在内的多个国际组织和国家发起实施了许多地球观测计划，旨在将现有及新建的各类观测系统集成一体，相互协调，共享观测数据和信息，以提高观测系统的效益。中国作为参与国承担了相应的责任和义务，这也对我国的综合气象观测系统建设提出了新要求。
在大气科学方面。气象观测是大气科学发展的基础。由于大气现象及其物理过程的变化较快，影响因子复杂，除了大气本身各种尺度运动之间的相互作用外，太阳、海洋和地表状况等，都影响着大气的运动。虽然在一定简化条件下，对大气运动作了不少模拟研究、大气运动模型实验， 但组织局地或全球的气象观测网，获取完整准确的观测资料，仍是大气科学理论研究的主要途径。历史上的锋面、气旋、气团和大气长波等重大理论的建立，都是在气象观测提供新资料的基础上实现的。所以，不断引进其他科学领域的新技术成果，增强气象观测能力，是发展大气科学的重要措施。
但是，由于气象监测装置一般都设置于室外，容易受到人为干扰，例如人为移动气象监测装置上的传感器等部件，从而使得监测数据可靠性降低。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供一种防人为干扰的气象监测系统，利用底座、伸缩杆、气象监测模块、气体监测模块、太阳能集成板、风力监测传感器、雨量测试传感器、风向监测传感器、图像采集模块、振动传感器、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路，不仅能对气象监测系统周围的气象信息进行采集，还使用振动传感器采集气象监测系统的振动信息，当气象监测系统的振动变大时，从而触发图像采集模块对气象监测系统周围的图像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至显示装置和存储装置，由此，在气象监测系统的振动变大时，不仅能够判断是否受到人为干扰，还能在确定受到人为干扰时显示和保存人为干扰时的图像信息。
根据本发明的一种防人为干扰的气象监测系统，其包括底座、伸缩杆、气象监测模块、气体监测模块、太阳能集成板、风力监测传感器、雨量测试传感器、风向监测传感器、图像采集模块、振动传感器、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路。
其中，气象监测模块的输出端、风力监测传感器的输出端、雨量监测传感器的输出端、风向监测传感器以及气体监测模块的输出端均与中央处理器的输入端连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输出端与触发模块的输入端连接，触发模块的输出端与图像采集模块的输入端连接，振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理器的输入端连接，显示装置的输入端和存储装置的输入端均与中央处理器的输出端连接。
优选的是，振动传感器固定安装于伸缩杆上，振动传感器用于采集伸缩杆的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元、信号滤波单元以及阈值比较单元，振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与阈值比较单元的输入端连接。
优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R9、电容C1-C2以及三极管T1-T2。
其中，振动传感器的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1的一端与电容C1的一端并联后与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与振动传感器的输出端并联后与三极管T1的基极连接，电容C2的一端与集成运放A1的输出端连接，电容C2的另一端与电阻R2的一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电容C2的一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R5的一端与电阻R3的另一端并联后与电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端还与三极管T1的集电极连接，电阻R4的另一端接+15直流电源，电阻R4的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端还与三极管T2的集电极连接，三极管T1的发射极和三极管T2的发射极连接后与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接-15V直流电源，二极管T2的基极与电阻R9的一端并联后与电阻R1的另一端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R9的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接。
优选的是，信号滤波单元包括电阻R10-R13、电容C3-C5以及集成运放A3。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R10的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R10的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R12的另一端接地，电阻R11与电容C5并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端还与电阻R13的一端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R13的另一端与阈值比较单元的输入端连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至阈值比较单元的的输入端。
优选的是，阈值比较单元将接收到的电压信号V1与预设阈值电压信号V2进行比较，若电压信号V1大于预设阈值电压信号V2，则阈值比较单元向中央处理器输出高电平，中央处理器控制触发模块发出控制信号，触发模块发出图像采集触发信号，并将图像采集触发信号传输至图像采集模块，图像采集模块对周围环境的图像信息进行采集，并将采集的图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信息进行图像处理，图像处理模块将处理后的图像信息传输至中央处理器，中央处理器将接收到的图像信息传输至显示装置进行显示，中央处理器将接收到的图像信息传输至存储装置进行存储。
优选的是，图像处理模块包括图像去噪单元、图像平滑单元以及图像增强单元；
其中，图像采集模块的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像去噪单元的输入端连接，图像去噪单元的输出端与中央处理器的输入端连接。
优选的是，气象监测模块、气体监测模块、风力监测传感器、雨量监测传感器以及风向监测传感器均设置在伸缩杆上，气象监测模块用于采集气象数据，气体监测模块用于采集气体数据，风力监测传感器用于采集风力数据，雨量监测传感器用于采集雨量数据，风向监测传感器用于采集风向数据，并将气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至中央处理器，中央处理器将接收到的气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至显示装置进行显示，中央处理器将接收到的气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至存储装置进行存储。
优选的是，将图像采集模块采集的周围环境的图像信息传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像增强处理，图像增强后的图像二维函数为p(x,y)，其中，
。
优选的是，图像平滑单元对上述图像p(x,y)进行平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为h(x,y)，其中平滑函数为g(x,y)，
，
，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
优选的是，图像去噪单元对上述图像h(x,y) 进行去噪处理，经过去噪处理后图像二维函数为u(x,y)，其中，
。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，利用底座、伸缩杆、气象监测模块、气体监测模块、太阳能集成板、风力监测传感器、雨量测试传感器、风向监测传感器、图像采集模块、振动传感器、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路，不仅能对气象监测系统周围的气象信息进行采集，还使用振动传感器采集气象监测系统的振动信息，当气象监测系统的振动变大时，从而触发图像采集模块对气象监测系统周围的图像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至显示装置和存储装置，由此，在气象监测系统的振动变大时，不仅能够判断是否受到人为干扰，还能在确定受到人为干扰时显示和保存人为干扰时的图像信息；
（2）本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，其中的图像处理模块对采集的图像分别进行图像增强、图像平滑、图像去噪处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对采集的气象监测系统周围环境的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
附图说明
图1为本发明的防人为干扰的气象监测系统的示意图；
图2为本发明的防人为干扰的气象监测系统的结构图；
图3为本发明的信号处理电路的电路图；
图4为本发明的图像处理模块的示意图。
附图标记：
1-底座；2-伸缩杆；3-气象监测模块；4-气体监测模块；5-太阳能集成板；6-风力监测传感器；7-雨量测试传感器；8-风向监测传感器；9-图像采集模块；10-振动传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的防人为干扰的气象监测系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，防人为干扰的气象监测系统包括底座1、伸缩杆2、气象监测模块3、气体监测模块4、太阳能集成板5、风力监测传感器6、雨量测试传感器7、风向监测传感器8、图像采集模块9、振动传感器10、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路。
其中，气象监测模块3的输出端、风力监测传感器6的输出端、雨量监测传感器7的输出端、风向监测传感器9以及气体监测模块4的输出端均与中央处理器的输入端连接，图像采集模块9的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输出端与触发模块的输入端连接，触发模块的输出端与图像采集模块9的输入端连接，振动传感器10的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理器的输入端连接，显示装置的输入端和存储装置的输入端均与中央处理器的输出端连接。
上述实施方式中，利用底座1、伸缩杆2、气象监测模块3、气体监测模块4、太阳能集成板5、风力监测传感器6、雨量测试传感器7、风向监测传感器8、图像采集模块9、振动传感器10、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路，不仅能对气象监测系统周围的气象信息进行采集，还使用振动传感器10采集气象监测系统的振动信息，当气象监测系统的振动变大时，从而触发图像采集模块9对气象监测系统周围的图像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至显示装置和存储装置，由此，在气象监测系统的振动变大时，不仅能够判断是否受到人为干扰，还能在确定受到人为干扰时显示和保存人为干扰时的图像信息。
其中，显示装置和存储装置设置在气象监控中心，工作人员能够在监控中心内对气象监测系统监测到的气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据，而且，存储装置上还包括一USB 接口，工作人员能够通过USB 接口获取存储装置内的数据。
本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，从外形上看，其主要零部件有底座1，用于将气象监测系统和监测点的地面或固定装置安装固定，还有与底座1连接的伸缩杆2，用于调整气象监测系统的高度。气象监测模块3和气体监测模块4设置在百叶箱内，百叶箱连接在伸缩杆2上，气象监测模块3和气体监测模块4里分别布置有相应的传感器、控制器以及信息传输线路。太阳能集成板5用于提供整个气象监测系统的电源，伸缩杆2顶端设置有风力监测传感器6、风向监测传感器8以及雨量测量传感器7。当然，根据应用环境和现场，风力监测传感器6、风向监测传感器8以及雨量测量传感器7也可以设置在气象监测模块3上。
气象监测系统的气象监测模块3集成以下气象类传感器：大气温湿度传感器、光照传感器、气压传感器、PM2.5值传感器，气体监测模块4集成以下气体类传感器：氧气传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器、空气质量传感器。传感器用于采集外部信息并传递信号至对应的监测模块，监测模块将传感器所传递的信号进行模块化处理成为可读取信号，并传递至控制器。控制部分将各个监测模块所处理完成的数据进行分类运算解析，一边通过wifi模块发送给显示装置进行可视化显示或者发送给手机端app可直接读取信息，一边进行数据化存储并发送给数据平台。电源部分主要以太阳能提供能源，清洁环保。
本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，在监测模块内分别设有各种监测气体的传感器，多个传感器共同采集外部信息，将采集的信息传递给各自连接的监测模块，每个监测模块都可单独将各自的传感器所感知的信息进行转换处理，各个模块之间相互独立且互不干涉，若其中一个模块有问题，仍不影响其它模块正常运行，保证了系统的正确性和快速性；即采用模块处理提高了系统的信息处理能力。
在进行气象气体信息测试时，测试传感器探头和空气接触，使整个传感器可以采集到空气中的气象气体信息，然后经过运算放大处理，将源信号由模拟信号转换为电信号，电信号传递给监测模块，由监测模块经过滤波、转换、调制等一系列过程转换成为可直接读取的信号，之后由控制部分将其分类解析运算，成为可视化数字信号，可以直接进行数据储存和数据显示。当控制器所储存的信号达到一定容量时，由传输模块传递给数据平台，完成一个工作过程。
考虑到成本和处理性能的要求，中央处理器选用低功耗8位微处理器Atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，Atmega128自身带有128K字节Flash存储器，同时带有4K字节的EEPROM存储器，传感器采集的数据直接存放在EEPROM存储器中，Atmega128内部的ADC端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5V，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加AD转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。
上述传输模块为无线传输模块，无线传输模块为WiFi模块，WiFi模块为VT6656模块，WiFi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，WiFi模块采用VT6656模块实现数据的远程传输，VT6656模块内嵌TCP/IP协议线，降低了设计的难度，同时大大提高了Atmega128处理其他数据的能力，VT6656与Atmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的USB接口直接相连，VT6656模块采用54Mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍，采用USB2.0接口最高比USB1.0接口快40倍，新的天线技术支持更远距离的无线访问，支持所有标准的821.11g和802.11b无线路由器及接入点，支持64/128/256位WEP加密，支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制。
显示装置具体为LCD显示单元，LCD显示单元为20pinLCD1286HZ ，LCD显示单元采用3.3V电压供电，以便于与微处理器Atmega128的I/O口电平匹配，LCD显示单元与微处理器Atmega128的接口采用串行接口进行通信。
具体地，振动传感器10固定安装于伸缩杆2上，振动传感器10用于采集伸缩杆2的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元、信号滤波单元以及阈值比较单元，振动传感器10的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与阈值比较单元的输入端连接。
具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R9、电容C1-C2以及三极管T1-T2。
其中，振动传感器10的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1的一端与电容C1的一端并联后与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与振动传感器10的输出端并联后与三极管T1的基极连接，电容C2的一端与集成运放A1的输出端连接，电容C2的另一端与电阻R2的一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电容C2的一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R5的一端与电阻R3的另一端并联后与电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端还与三极管T1的集电极连接，电阻R4的另一端接+15直流电源，电阻R4的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端还与三极管T2的集电极连接，三极管T1的发射极和三极管T2的发射极连接后与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接-15V直流电源，二极管T2的基极与电阻R9的一端并联后与电阻R1的另一端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R9的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接。
具体地，信号滤波单元包括电阻R10-R13、电容C3-C5以及集成运放A3。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R10的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R10的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R12的另一端接地，电阻R11与电容C5并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端还与电阻R13的一端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R13的另一端与阈值比较单元的输入端连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至阈值比较单元的的输入端。
上述实施方式中，信号处理电路的噪声在200nV以内，漂移为0.5μV/℃，集成运放A1为LTC1150运放，集成运放A2和集成运放A3均为LT1097运放，由于集成运放A1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。
电阻R1的阻值为100KΩ，电阻R2的阻值为100KΩ，电阻R3的阻值为47KΩ，电阻R4的阻值为10KΩ，电阻R5的阻值为24.9KΩ，电阻R6的阻值为51 KΩ，电阻R7的阻值为51KΩ，电阻R8的阻值为100KΩ，电阻R9的阻值为100Ω，电阻R10的阻值为12KΩ，电阻R11的阻值为10KΩ，电阻R12的阻值为4KΩ，电阻R13的阻值为47KΩ，电容C1的电容值为0.02μF，电容C2的电容值为0.02μF，电容C3的电容值为1μF，电容C4的电容值为470pF，电容C5的电容值为2μF。
由于振动传感器10采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻R1-R9、电容C1-C2以及集成运放A1-A2对振动传感器10输出的电压V0进行放大处理，然后再使用电阻R10-R13，电容C3-C5以及集成运放A3对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了振动检测的精度。
具体地，阈值比较单元将接收到的电压信号V1与预设阈值电压信号V2进行比较，若电压信号V1大于预设阈值电压信号V2，则阈值比较单元向中央处理器输出高电平，中央处理器控制触发模块发出控制信号，触发模块发出图像采集触发信号，并将图像采集触发信号传输至图像采集模块9，图像采集模块9对周围环境的图像信息进行采集，并将采集的图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信息进行图像处理，图像处理模块将处理后的图像信息传输至中央处理器，中央处理器将接收到的图像信息传输至显示装置进行显示，中央处理器将接收到的图像信息传输至存储装置进行存储。
具体地，图像处理模块包括图像去噪单元、图像平滑单元以及图像增强单元。
其中，图像采集模块9的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像去噪单元的输入端连接，图像去噪单元的输出端与中央处理器的输入端连接。
其中的图像处理模块9对采集的图像分别进行图像增强、图像平滑、图像去噪处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对采集的气象监测系统周围环境的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
具体地，气象监测模块3、气体监测模块4、风力监测传感器6、雨量监测传感器7以及风向监测传感器8均设置在伸缩杆2上，气象监测模块3用于采集气象数据，气体监测模块4用于采集气体数据，风力监测传感器6用于采集风力数据，雨量监测传感器7用于采集雨量数据，风向监测传感器8用于采集风向数据，并将气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至中央处理器，中央处理器将接收到的气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至显示装置进行显示，中央处理器将接收到的气象数据、气体数据、风力数据、雨量数据以及风向数据传输至存储装置进行存储。
具体地，将图像采集模块9采集的周围环境的图像信息传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像增强处理，图像增强后的图像二维函数为p(x,y)，其中，
。
具体地，图像平滑单元对上述图像p(x,y)进行平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为h(x,y)，其中平滑函数为g(x,y)，
，
，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
具体地，图像去噪单元对上述图像h(x,y) 进行去噪处理，经过去噪处理后图像二维函数为u(x,y)，其中，
。
本发明提供的防人为干扰的气象监测系统通过中央处理器与各模块/单元/装置之间的相互连接，实现了对气象信息进行实时监测，工作人员根据显示装置和存储装置接收到的气象信息进行监测，整个系统的设计较为人性化，能够精确监测到气象信息，利用底座1、伸缩杆2、气象监测模块3、气体监测模块4、太阳能集成板5、风力监测传感器6、雨量测试传感器7、风向监测传感器8、图像采集模块9、振动传感器10、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路，不仅能对气象监测系统周围的气象信息进行采集，还使用振动传感器10采集气象监测系统的振动信息，当气象监测系统的振动变大时，从而触发图像采集模块9对气象监测系统周围的图像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至显示装置和存储装置，由此，在气象监测系统的振动变大时，不仅能够判断是否受到人为干扰，还能在确定受到人为干扰时显示和保存人为干扰时的图像信息，具有良好的经济利益与市场价值。
本发明提供的防人为干扰的气象监测系统，整个气象监测系统采用实时监测模块的方式，有效的提高了系统的信息处理能力，增加了信息处理的快速性。并有区别与传统方式，既可以监测空气温湿度，又可以监测空气中相关气体的含量，实现对大气进行全面监测。整个监测系统可以应用于农田的气象监测，也可以选配应用普通家庭用户，监测空气质量，应用广泛。
最后本发明提供的防人为干扰的气象监测系统结构简单、操作方便、适用范围广泛。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述防人为干扰的气象监测系统包括底座（1）、伸缩杆（2）、气象监测模块（3）、气体监测模块（4）、太阳能集成板（5）、风力监测传感器（6）、雨量测试传感器（7）、风向监测传感器（8）、图像采集模块（9）、振动传感器（10）、触发模块、图像处理模块、中央处理器、显示装置、存储装置以及信号处理电路；
其中，所述气象监测模块（3）的输出端、所述风力监测传感器（6）的输出端、所述雨量监测传感器（7）的输出端、所述风向监测传感器（9）以及所述气体监测模块（4）的输出端均与所述中央处理器的输入端连接，所述图像采集模块（9）的输出端与所述图像处理模块的输入端连接，所述图像处理模块的输出端与所述中央处理器的输入端连接，所述中央处理器的输出端与所述触发模块的输入端连接，所述触发模块的输出端与所述图像采集模块（9）的输入端连接，所述振动传感器（10）的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述中央处理器的输入端连接，所述显示装置的输入端和所述存储装置的输入端均与所述中央处理器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述振动传感器（10）固定安装于所述伸缩杆（2）上，所述振动传感器（10）用于采集所述伸缩杆（2）的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路，V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号，所述信号处理电路包括信号放大单元、信号滤波单元以及阈值比较单元，所述振动传感器（10）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述阈值比较单元的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R9、电容C1-C2以及三极管T1-T2；
其中，所述振动传感器（10）的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1的一端与电容C1的一端并联后与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与所述振动传感器（10）的输出端并联后与三极管T1的基极连接，电容C2的一端与集成运放A1的输出端连接，电容C2的另一端与电阻R2的一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电容C2的一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R5的一端与电阻R3的另一端并联后与电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端还与三极管T1的集电极连接，电阻R4的另一端接+15直流电源，电阻R4的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端还与三极管T2的集电极连接，三极管T1的发射极和三极管T2的发射极连接后与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接-15V直流电源，二极管T2的基极与电阻R9的一端并联后与电阻R1的另一端连接，电阻R9的另一端接地，电阻R9的一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R10-R13、电容C3-C5以及集成运放A3；
其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R10的一端连接，所述信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R10的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R10的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R12的另一端接地，电阻R11与电容C5并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R11与电容C5并联后的另一端还与电阻R13的一端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R13的另一端与所述阈值比较单元的输入端连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至所述阈值比较单元的的输入端。
5.根据权利要求4所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述阈值比较单元将接收到的电压信号V1与预设阈值电压信号V2进行比较，若电压信号V1大于预设阈值电压信号V2，则所述阈值比较单元向所述中央处理器输出高电平，所述中央处理器控制所述触发模块发出控制信号，所述触发模块发出图像采集触发信号，并将图像采集触发信号传输至所述图像采集模块（9），所述图像采集模块（9）对周围环境的图像信息进行采集，并将采集的图像信息传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块对接收到的图像信息进行图像处理，所述图像处理模块将处理后的图像信息传输至所述中央处理器，所述中央处理器将接收到的图像信息传输至所述显示装置进行显示，所述中央处理器将接收到的图像信息传输至所述存储装置进行存储。
6.根据权利要求1或5所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述图像处理模块包括图像去噪单元、图像平滑单元以及图像增强单元；
其中，所述图像采集模块（9）的输出端与所述图像增强单元的输入端连接，所述图像增强单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接，所述图像平滑单元的输出端与所述图像去噪单元的输入端连接，所述图像去噪单元的输出端与所述中央处理器的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述气象监测模块（3）、所述气体监测模块（4）、所述风力监测传感器（6）、所述雨量监测传感器（7）以及所述风向监测传感器（8）均设置在所述伸缩杆（2）上，所述气象监测模块（3）用于采集气象数据，所述气体监测模块（4）用于采集气体数据，所述风力监测传感器（6）用于采集风力数据，所述雨量监测传感器（7）用于采集雨量数据，所述风向监测传感器（8）用于采集风向数据，并将所述气象数据、所述气体数据、所述风力数据、所述雨量数据以及所述风向数据传输至所述中央处理器，所述中央处理器将接收到的气象数据、所述气体数据、所述风力数据、所述雨量数据以及所述风向数据传输至所述显示装置进行显示，所述中央处理器将接收到的气象数据、所述气体数据、所述风力数据、所述雨量数据以及所述风向数据传输至所述存储装置进行存储。
8.根据权利要求6所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，将所述图像采集模块（9）采集的周围环境的图像信息传输至所述图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像增强单元对图像f(x,y)进行图像增强处理，图像增强后的图像二维函数为p(x,y)，其中，
。
9.根据权利要求8所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述图像平滑单元对上述图像p(x,y)进行平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为h(x,y)，其中平滑函数为g(x,y)，
，
，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
10.根据权利要求9所述的防人为干扰的气象监测系统，其特征在于，所述图像去噪单元对上述图像h(x,y) 进行去噪处理，经过去噪处理后图像二维函数为u(x,y)，其中，
。
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