CN115144932A - 一种海陆多维度气象生态综合监测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海陆多维度气象生态综合监测平台，涉及综合监测平台领域，针对现有海陆生态环境监测体系，无法很好的在恶劣的野外环境下工作，并且高功耗、低稳定性、低精度，无法很好的实现防雷击、抗干扰，同时硬件与软件较为固定，无法根据需求进行选配的问题，现提出如下方案，其包括综合监测平台，其特征在于，所述综合监测平台包括海洋生态监测系统、湿地生态监测系统、梯度自动在线观测系统、涡动相关通量在线观测系统与土壤生态环境在线监测系统。该海陆多维度气象生态综合监测平台可运行于各种恶劣的野外环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守，完善的防雷击、抗干扰保护措施，并且可根据自身需求进行选配。

Description

一种海陆多维度气象生态综合监测平台

技术领域

本发明涉及综合监测平台领域，尤其涉及一种海陆多维度气象生态综合监测平台。

背景技术

海陆多维度气象生态综合监测平台可监测由海向陆的海洋、湿地和土壤生态气象环境，从这三个方面进行全方位多维度的生态气象监测是对海洋生态环境保护、湿地环境管理、海洋事业发展的重要手段和措施，现有关于海陆生态环境监测的标准体系相对完善，主要以污染监测调查为主，同时兼并污染与生态长期或短期监测为辅，结合相关海洋工程、开发业务，建立多参数、长期、立体、实时、有效的监测体系。

针对现有海陆生态环境监测体系，无法很好的在恶劣的野外环境下工作，并且高功耗、低稳定性、低精度，无法很好的实现防雷击、抗干扰，同时硬件与软件较为固定，无法根据需求进行选配的问题，我们提出一种海陆多维度气象生态综合监测平台。

发明内容

本发明提出的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，解决了现有海陆生态环境监测体系，无法很好的在恶劣的野外环境下工作，并且高功耗、低稳定性、低精度，无法很好的实现防雷击、抗干扰，同时硬件与软件较为固定，无法根据需求进行选配的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种海陆多维度气象生态综合监测平台，包括综合监测平台，所述综合监测平台包括海洋生态监测系统、湿地生态监测系统、梯度自动在线观测系统、涡动相关通量在线观测系统与土壤生态环境在线监测系统，所述海洋生态监测系统用于监测海水PH、水温、盐度、电导率、浊度、叶绿素、蓝绿藻、营养盐和获取气象数据；湿地生态监测系统用于观测鸟类、植被生态状况；梯度自动在线观测系统和涡动相关通量在线观测系统用于对风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度进行全天候监测；土壤生态环境在线监测系统用于监测土壤温度、含水量、PH和EC值。

优选的，所述海洋生态监测系统为海洋生态综合监测浮标，且所述海洋生态综合监测浮标包括整体支架、通讯模块、数据采集模块、传感器模块、供电模块与水质监测平台，所述整体支架包括气象站支架，所述气象站支架的顶部设置有金属防护箱，且所述气象站支架的底部设置有浮球。

优选的，所述通讯模块采用串口通讯技术，且所述串口通讯包括RS485通讯线、RS232通讯线、232转485转接头与USB转232转接线，所述数据采集模块采用数据采集仪，且所述数据采集仪包括液晶屏、232接口、LCD背光、458接口与FLASH储存芯片。

优选的，所述传感器模块包括浊度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器与电导率传感器，所述浊度传感器用于检测海水的浊度，所述溶解氧传感器用于检测海水的样溶解度，所述pH值传感器用于检测海水的pH值，所述电导率传感器用于检测海水的电导率。

优选的，所述供电模块包括太阳能电池板、太阳能板支撑架、蓄电池与太阳能控制器，所述水质监测平台采用物联网平台技术，且所述水质监测平台搭载有GPRS模块。

优选的，所述湿地生态监测系统为相机，且所述相机为CCFC相机，所述CCFC相机搭载WI-FI访问模块、变焦及自动对焦模块、归一化植被指数模块与传输模块。

优选的，所述梯度自动在线观测系统包括模拟通道、脉冲通道与通讯接口，所述模拟通道设置有十六组，所述脉冲通道设置有八组，所述通讯接口支持USB接口、RS232接口、RS485接口与网口接口。

优选的，所述涡动相关通量在线观测系统采用一体式集成传感器，且所述集成传感器为IRGASON环境监测仪。

优选的，所述土壤生态环境在线监测系统包括气象数据采集仪、气象传感器模块与计算机气象软件，所述气象采集仪为微电脑气象采集仪，且所述微电脑气象采集仪设置有具有气象数据采集、实时时钟、气象数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能。

优选的，所述气象传感器模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤pH值传感器与土壤盐分EC传感器，所述土壤温度传感器用于检测土壤的温度，所述土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度，所述土壤pH值传感器用于检测土壤的pH值，所述土壤盐分EC传感器用于检测土壤的盐分。

本发明的有益效果为：

1、海洋生态监测系统可运行于各种恶劣的野外环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守，完善的防雷击、抗干扰保护措施，硬件和软件均采用模块组合式开放性设计，可灵活组合使用，通讯方式可根据传输距离来按需要选配，为方案提供最高的性价比，监测要素可按实际需求选配，模块化设计极大的方便了后期设备的调试和升级。

2、湿地生态监测系统具有18倍光学变焦镜头，自动对焦，易于操作的网页界面，15个预设镜头位置，带近红外LED，用于夜间拍照，带归一化植被指数。

3、涡动相关通量在线观测系统可避免由异空测量引起的高频通量遗漏，将有效地改善测定精度，土壤生态环境在线监测系统内部的硬件和软件均采用模块组合式开放性设计，可灵活组合使用，监测要素可按实际需求选配，采用模块化设计极大的方便了后期设备的调试和升级，通讯方式可根据传输距离来按需要选配，为方案提供最高的性价比，气象WEB发布系统可以让用户在局域网和互联网上随时使用浏览气象站现场气象数据，可以通过软件客户端，实现局域网、互联网上查询、统计气象站现场气象数据。

综上所述，该装置可运行于各种恶劣的野外环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守，完善的防雷击、抗干扰保护措施，并且可根据自身需求进行选配，同时客户端还可实现局域网、物联网远程查询。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明海洋生态监测系统的结构示意图。

图3为本发明湿地生态监测系统的结构示意图。

图4为本发明梯度自动在线观测系统的结构示意图。

图5为本发明涡动相关通量在线观测系统的结构示意图。

图6为本发明土壤生态环境在线监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图6所示，一种海陆多维度气象生态综合监测平台，包括综合监测平台，综合监测平台包括海洋生态监测系统、湿地生态监测系统、梯度自动在线观测系统、涡动相关通量在线观测系统与土壤生态环境在线监测系统，海洋生态监测系统用于监测海水PH、水温、盐度、电导率、浊度、叶绿素、蓝绿藻、营养盐和获取气象数据；湿地生态监测系统用于观测鸟类、植被生态状况；梯度自动在线观测系统和涡动相关通量在线观测系统用于对风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度进行全天候监测；土壤生态环境在线监测系统用于监测土壤温度、含水量、PH和EC值。

如图2所示，海洋生态监测系统为海洋生态综合监测浮标，且海洋生态综合监测浮标包括整体支架、通讯模块、数据采集模块、传感器模块、供电模块与水质监测平台，整体支架包括气象站支架，气象站支架的顶部设置有金属防护箱，且气象站支架的底部设置有浮球，通讯模块采用串口通讯技术，且串口通讯包括RS485通讯线、RS232通讯线、232转485转接头与USB转232转接线，数据采集模块采用数据采集仪，且数据采集仪包括液晶屏、232接口、LCD背光、458接口与FLASH储存芯片，传感器模块包括浊度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器与电导率传感器，浊度传感器用于检测海水的浊度，溶解氧传感器用于检测海水的样溶解度，pH值传感器用于检测海水的pH值，电导率传感器用于检测海水的电导率，供电模块包括太阳能电池板、太阳能板支撑架、蓄电池与太阳能控制器，水质监测平台采用物联网平台技术，且水质监测平台搭载有GPRS模块；

海洋生态监测系统具有如下原则：

兼容性原则：系统提供灵活的设置，可兼容国内外各种传感设备，进行数据采集与处理，在保证功能的前提下，可以最大限度降低系统成本；

易用性原则：系统使用人员范围广，使用人员的计算机水平层次不一，很多地方缺少计算机专业人员，该系统做到操作简便，维护简单，易学易懂；

可靠性原则：硬件设计时具备操作与安全保护机制，最大限度减小用户误操作导致的错误或损失；采用可靠稳定的数据传输系统，采集中心以查询方式主动调取采集器数据，具备心跳机制，断线重连机制等，保证各项性能可以长时间稳定运行；

安全性原则：系统的用户根据业务的需要，具有不同的安全级别及操作权限，系统能充分发挥操作系统、数据库、应用软件三层安全保证措施，以保证数据的安全性；

易二次开发、易维护性原则：采用封装技巧，建立稳定的底层工具，核心技术文档随系统发布等手段，使具有基本技术水平的系统维护人员可以在一定程度上对系统进行较复杂的维护及一般性扩充；

环保节能原则：采用无污染优化的电源管理设备，可控的系统功耗；高效节能，以较小的太阳能电源系统即可实现应有功能；

浊度传感器的量程0～2000NTU,分辨率0.01NYU,精度<±5％FS,线长10米；

溶解氧传感器的量程0～20mg/l,分辨率0.1mg/l,精度±3％％,线长10米；

PH值传感器的量程0～14,分辨率0.01pH,精度±0.1pH,线长10米；

电导率传感器的量程:1μs/cm～200ms/cm，精度:＜1％；

数据采仪集采用多通道数据采集，进行数据采集、存储、及显示；供电方式为220V交流/12V直流并存；

金属防护箱为野外防护箱，防湿防潮，内置隔板，外置锁具，内装数据采集仪，蓄电池，太阳能控制器等；

气象站支架为金属喷漆式支架结构，钢质材料设计，牢靠稳固，带防风拉锁，外观美观，承载防护箱、传感器、太阳能等，功能齐全，安装方便，抗腐蚀处理，抗风能力强，可安装十多种辐射传感器，可完全适用于野外无人值守观测站点；

浮球用于浮在水面上安装传感器用，采用塑料盒泡沫结构，探头放置在浮球里面，避免传感器损坏，同时侧面开孔，保证传感器测量值准确；

太阳能电池板为30W设置有一块，太阳能板支撑架设置一套，蓄电池为40AH设置有一个，太阳能控制器设置有一套；

RS485通讯线设置有一根，线长20米，RS232通讯线设置有一根，线长10米，32转485转接头设置有一个，USB转232转接线设置有一个；

GPRS模块采用TCP透明传输，数据传至软件(自配SIM卡)；

物联网云平台为选配采用B/S架构无线系统平台，可导出数据，绘制波形图、报表、数据上传、支持PC、平板、手机登录查看，即可使用分配的用户名和密码进入管理平台。

如图3所示，湿地生态监测系统为相机，且相机为CCFC相机，CCFC相机搭载WI-FI访问模块、变焦及自动对焦模块、归一化植被指数模块与传输模块；

WI-FI访问模块可通过智能手机控制，其设置通过网页界面完成，因此安装和参数设置极为简单；同时，网页设置可在电脑或移动设备的浏览器完成，操作过程含有提示信息；高度可配置的相机捕捉和检索模式，可满足不同用户的需求；

CCFC相机拍摄的静态镜像可达5M，视频可达720P；相机拍照和录像的捕捉触发器可同两个独立的自动定时器完成，还可通过外部触发，采集器控制、运动检测、网页控制等触发；这些特点使得CCFC成为多种领域的野外观测和监控的理想相机；

变焦及自动对焦模块自带高质量18倍光学变焦镜头及升级图像传感器，用户可最多指定15个拍照或录像的预设镜头位置，针对每次抓拍事件，应用不同的变焦长度，相机的自动对焦特点可使其针对每个变焦长度自动重新对焦，保证每次触发事件均可捕捉到高清照片或视频；

归一化植被指数模块通过可见光和近红外光的数据、结合相关公式可计算归一化植被指数(NDVI)，从而反映植被的健康状况：健康的植被通常吸收可见光、反射近红外光；而不健康植被可反射绝大多数的可见光、吸收更多的近红外光；下图展示了同一位置的标准图片和NDVI图片；

传输模块：相机拍摄的图像和视频可通过调制解调器、因特网10/100、RS-232、RS-485、卫星、PakBus等方式传输到电脑主机。相机也可设置为网络摄像头，通过多种传输设备将图片和视频发布到网页。

如图4所示，梯度自动在线观测系统包括模拟通道、脉冲通道与通讯接口，模拟通道设置有十六组，脉冲通道设置有八组，通讯接口支持USB接口、RS232接口、RS485接口与网口接口。

如图5所示，涡动相关通量在线观测系统采用一体式集成传感器，且集成传感器为IRGASON环境监测仪；

集成设计结构，相较于两个独立的传感器，有效减少湍流流场畸变，避免了由异空测定引起的通量遗漏，同步测量，避免了时间延迟所需的修正；创新的信号处理及设计机制，有效提升了三维风速在降水过程中的测量精度；测量过程中已做了温度补偿，避免了主动加热对被测流体的热力学影响；窗口斜角设计，避水效果好，且可容忍轻微的窗口玷污；软件可设置多种诊断参数，用于发现可疑读数从而提高数据质量；产品的设计与制造工艺适于严酷自然条件下长期使用；通过Campbell采集器可实地完成测定设置，零点和跨度标定；最大输出频率60Hz，并具有20Hz测频带宽；超声温度源于三条光学路径，可修正侧向风的影响；精度高，噪音低；低功耗，适于太阳能供电。

如图6所示，土壤生态环境在线监测系统包括气象数据采集仪、气象传感器模块与计算机气象软件，气象采集仪为微电脑气象采集仪，且微电脑气象采集仪设置有具有气象数据采集、实时时钟、气象数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能，气象传感器模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤pH值传感器与土壤盐分EC传感器，土壤温度传感器用于检测土壤的温度，土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度，土壤pH值传感器用于检测土壤的pH值，土壤盐分EC传感器用于检测土壤的盐分；

系统内置大容量FLASH存储芯片；多种通讯接口可以很方便的与计算机建立有线通讯连接，可选配GPRS无线通讯模块还可实现气象设备与计算机监控中心的远程无线连接；

实时监测风速、风向、雨量、温度、湿度、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度等要素气象参数；

微电脑气象数据采集仪具有气象数据采集、实时时钟、定时存储、参数设定、参数和气象历史数据掉电保护等功能；

汉字液晶键盘人机界面，人机界面友好；

数据浏览功能；能提供局域网数据浏览、互联网数据浏览、手机数据浏览等多种数据浏览途径供用户；

灵活的系统组网方式；通讯功能支持MODBUS通讯协议；提供标准有线(485、232/USB)、无线(GPRS/LAN/电台/WIFI/卫星)等多种通讯方式供用户选择；灵活与气象计算机组成气象监测系统。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海陆多维度气象生态综合监测平台，包括综合监测平台，其特征在于，所述综合监测平台包括海洋生态监测系统、湿地生态监测系统、梯度自动在线观测系统、涡动相关通量在线观测系统与土壤生态环境在线监测系统，所述海洋生态监测系统用于监测海水PH、水温、盐度、电导率、浊度、叶绿素、蓝绿藻、营养盐和获取气象数据；湿地生态监测系统用于观测鸟类、植被生态状况；梯度自动在线观测系统和涡动相关通量在线观测系统用于对风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度进行全天候监测；土壤生态环境在线监测系统用于监测土壤温度、含水量、PH和EC值。

2.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述海洋生态监测系统为海洋生态综合监测浮标，且所述海洋生态综合监测浮标包括整体支架、通讯模块、数据采集模块、传感器模块、供电模块与水质监测平台，所述整体支架包括气象站支架，所述气象站支架的顶部设置有金属防护箱，且所述气象站支架的底部设置有浮球。

3.根据权利要求2所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述通讯模块采用串口通讯技术，且所述串口通讯包括RS485通讯线、RS232通讯线、232转485转接头与USB转232转接线，所述数据采集模块采用数据采集仪，且所述数据采集仪包括液晶屏、232接口、LCD背光、458接口与FLASH储存芯片。

4.根据权利要求2所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述传感器模块包括浊度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器与电导率传感器，所述浊度传感器用于检测海水的浊度，所述溶解氧传感器用于检测海水的样溶解度，所述pH值传感器用于检测海水的pH值，所述电导率传感器用于检测海水的电导率。

5.根据权利要求2所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述供电模块包括太阳能电池板、太阳能板支撑架、蓄电池与太阳能控制器，所述水质监测平台采用物联网平台技术，且所述水质监测平台搭载有GPRS模块。

6.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述湿地生态监测系统为相机，且所述相机为CCFC相机，所述CCFC相机搭载WI-FI访问模块、变焦及自动对焦模块、归一化植被指数模块与传输模块。

7.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述梯度自动在线观测系统包括模拟通道、脉冲通道与通讯接口，所述模拟通道设置有十六组，所述脉冲通道设置有八组，所述通讯接口支持USB接口、RS232接口、RS485接口与网口接口。

8.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述涡动相关通量在线观测系统采用一体式集成传感器，且所述集成传感器为IRGASON环境监测仪。

9.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述土壤生态环境在线监测系统包括气象数据采集仪、气象传感器模块与计算机气象软件，所述气象采集仪为微电脑气象采集仪，且所述微电脑气象采集仪设置有具有气象数据采集、实时时钟、气象数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能。

10.根据权利要求1所述的一种海陆多维度气象生态综合监测平台，其特征在于，所述气象传感器模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤pH值传感器与土壤盐分EC传感器，所述土壤温度传感器用于检测土壤的温度，所述土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度，所述土壤pH值传感器用于检测土壤的pH值，所述土壤盐分EC传感器用于检测土壤的盐分。

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