CN206618872U - 一种台风实时监测系统及实时监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种台风实时监测系统，包括浮标体及锚碇系统，所述浮标体上设有气象观测系统，浮标体内设有波浪观测装置及数据采集与通信系统，浮标体的尾管部分安装温盐深记录仪和声学多普勒海流剖面仪，所述浮标体海面以下连接有感应耦合温盐深链，所述数据采集与通信系统用于采集气象观测装置、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和感应耦合温盐深链的数据，并传送给远程的监控终端。本实用新型还公开了一种包括上述监测系统与台风预警系统的台风实时监测预警系统。本实用新型实时性好，目标性高，具有非常高的准确度和可靠性。

Description

一种台风实时监测系统及实时监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及海洋检测与台风预警领域，具体涉及一种台风实时监测系统及实时监测预警系统。

背景技术

台风是当今最严重的自然灾害之一，台风极端天气过程对人类生命财产、生产活动产生巨大影响，引发的巨浪、风暴潮等海洋灾害给海上作业和交通带来重大安全隐患和经济损失。我国南海地区位于太平洋西岸，西北太平洋是全球台风活动最为活跃的海区，是海洋灾害的频发区，每年遭受台风达10多次，因此，监测台风是国家防灾减灾的重大需求。

申请号为201410419598.8的中国发明专利公开了一种基于历史数据的登陆台风特征因子的预报方法，包括以下步骤：根据台风登陆判断准则对划定区域的台风进行登陆判断；如果台风的登陆概率大于预设阈值，则获取多个预报因子；根据多个预报因子建立预报方程，其中，预报方程根据历史数据建立；确定预报模式并获取相应观测点信息；以及根据相应观测点信息、预报模式和预报方程进行预报。该技术方案主要是基于历史数据来预测台风登陆，不具有特异性，准确度低。

实用新型内容

为克服现有的技术缺陷，本实用新型提供了一种实时性好、能够反映海洋内部要素对台风响应及反馈的台风实时监测系统及台风实时监测预警系统。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种台风实时监测系统，包括浮标体和锚碇系统，所述浮标体上设有气象观测系统，浮标体内设有波浪观测装置及数据采集与通信系统，浮标体的尾管部分安装温盐深记录仪和海流剖面仪，所述浮标体海面以下连接有感应耦合温盐深链， 所述数据采集与通信系统用于采集气象观测装置、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和感应耦合温盐深链的数据，并传送给远程的监控终端。

优选地，为了能够及时查看浮标系统检测到的数据，浮标系统通过无线传输的方式将数据传输至监测预警系统。所述无线传输可以是铱星、GPRS或者北斗卫星。

90年代以来，随着海洋科学领域的研究和发展，浮标、飞机和卫星遥感技术开始用于海洋观测，但是飞机和卫星的遥感调查观测虽然观测面积广，速度快，但只能获得海洋表层的资料，无法反映海洋内部要素对台风响应与反馈，而现有的其他浮标监测系统无法实现实时气象、波浪的系统观测及海洋内部水文变化，潜标监测系统则无法实现数据的实时传输。本实用新型所采用的浮标系统应用数据采集与控制技术、数据传输与通信技术，将安装于浮标体上的气象观测系统、波浪观测装置及海面以下的海流剖面仪、温盐深链测得的数据通过包塑钢缆传输至浮标体内的数据采集与通信系统，并通过其初步处理，输出特定时刻的海洋上层海流、温盐剖面数据，传输至远程的监控终端。本实用新型与已有的监测系统相比，不仅可以实时采集和传输海表气象（风速、风向、气温、湿度、气压、能见度等）、波浪、温度、盐度、海流等数据，尤其能够实时采集的传输高精度的上层海洋（0~200米）海流、温盐剖面数据。当台风来袭时，在实验室即可同步获取海洋上层对台风的响应结果，为台风预报、海气相互作用等科学研究，特别是台风与海洋上层相互作用机制的研究提供数据支持。

进一步地，所述数据采集与通信系统包括数据采集模块、数据储存模块和无线传输模块；所述数据采集模块用于采集气象观测装置、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和温盐深链的数据；所述数据储存模块用于存储所述数据采集器所采集的数据；所述无线传输模块用于将所述数据采集器所采集的数据通过无线传输传输至远程的监控终端。

优选地，所述数据采集模块为CR1000数据采集器。

进一步地，所述温盐深链为感应耦合数据传输温盐深链。由于台风期间海洋环境较恶劣，传感器电缆越多，系统安全性越差，因此，本实用新型采用了感应耦合数据传输方式来获取上层海洋温度、盐度和深度数据。

进一步地，所述温盐深链包括钢缆和若干安装于包塑钢缆上的温盐深记录仪。

进一步地，所述气象观测系统包括第一气象站和第二气象站；所述第一气象站包括净辐射传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、大气压力传感器、能见度传感器、风速仪；所述第二气象站包括超声波气象站。由于气象观测站为易损件，因此为保证数据测量的安全性和可靠性，改进仪器性能、减少差异和控制质量，本实用新型采用了两套气象站。

上述系统采集的数据包括：（1）气象数据2套，1套通过超声波气象站，含风速、风向、大气温湿度、压力、电子罗盘、GPS等参数；另1套由本实用新型系统自主集成，除第1套气象站的数据外，另含能见度、辐射通量，CO₂分压值等；（2）波浪数据；（3）海流，海洋垂直剖面温度和盐度。

一种台风实时监测预警系统，包括上述的台风实时监测系统和台风预警系统，所述台风预警系统用于接收台风实时监测系统传输的实测数据和台风路径信息，并根据所接收的位置信息计算出台风中心离浮浮标系统的距离及台风期间上层海洋的响应与反馈强度信息；当台风中心离浮标系统的距离小于预设值，则台风预警系统远程的监控终端自动报警，并对浮标体周围海上平台和移动船只进行预警预报。

一种上述的台风实时监测预警系统的预警方法，包括以下步骤：

S1：获取实时海洋表面的气象、波浪数据以及上层海洋的海流、温盐剖面数据；

S2：根据台风中心移动位置与浮标系统的位置，计算台风中心与浮标系统的距离,预测海洋表面的波浪高度、上层海洋的海流强度以及上层海洋的温度和盐度响应强度；

S3：当台风中心与监测位置之间的距离小于预设值时，对监测位置周围的海上平台和移动船进行预警预报。

进一步地，步骤S2中预测台风中心离监测位置的距离的方法具体为：

假设中央气象台(www.nmc.cn)台风路径预报系统显示台风中心位置为（long1,lat1），浮标位置为（long2,lat2），隔间每小时计算两位置的距离（km），当距离小于200 km时，陆地远程监控终端发指令到浮标仓内的数据采集与通信系统，浮标观测进行加密，气象、波浪数据采样和传输间隔由1小时变成加密成20分钟；温盐深记录仪、声学多普勒海流剖面仪和温盐深链的数据采样和传输间隔由1小时变成加密成3分钟，以捕捉台风上层海洋响应的微结构。

进一步地，所述对监测位置周围的海上平台和移动船进行预警预报具体为：对监测位置周围的海上平台和移动船进行24小时和48小时预报。

本实用新型提供了一种台风实时监测系统以及一种台风实时监测预警系统，利用安装于浮标上的传感器获取海洋上层对于台风的响应数据，并根据这些数据预测台风强度，根据预测结果对周边的海上平台和移动船只进行预警预报。同时本实用新型提供了上述台风实时监测预警系统的预警预测方法，本实用新型实时性好，目标性高，具有非常高的准确度和可靠性。

附图说明

图1为带锚碇装置的浮标系统的结构示意图；

图2为浮标体上各装置的安装示意图；

图3为数据采集及处理系统的结构示意图；

图4为太阳能充电供电控制单元连接示意图；

图5为数字量接口扩展连接示意图；

图6为输出电源端口扩展连接示意图；

图7为模拟量接口连接示意图；

图8为铱星发送和耦合感应连接示意图。

附图说明：1. 浮标体；2. 气象观测系统；3. 波浪观测装置；4. 数据采集与通信系统；5. 温盐深记录仪；6. 声学多普勒海流剖面仪；7.温盐深链；8. 锚绳；9.玻璃浮球；10. 声学释放器；11. 锚链；12. 重块；13. 净辐射传感器；14. 雨量计；15. 温湿度传感器；16. 大气压传感器；17. 能见度传感器；18. 综合气象传感器；19. 风速传感器；20. 电子罗盘；21. 风力发电机；22. 太阳能电板；23. 浮标仓盖；24. 追踪系统。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细地说明。

实施例

如图1所示，一种台风实时监测系统包括浮标体1，浮标体上带气象观测系统2，浮标体内带波浪观测系统3和数据采集与通信系统4、浮标体尾管部分安装温盐深记录仪5和声学多普勒海流剖面仪6，浮标体海面以下连接有温盐深链7，所述锚碇装置包括锚绳8、玻璃浮球9和声学释放器10，沉于海床上的锚链11和2个2吨重块12。各传感器在浮标体1上的位置详见图2。

优选地，气象观测系统2包括第一气象站和第二气象站；第一气象站包括净辐射传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、大气压力传感器、能见度传感器、风速仪；第二气象站为美国AirMar公司AIRMAR 200WX超声波气象站。

优选地，数据采集与通信系统4包括数据采集器、数据储存模块、无线传输模块和GPS接收机；所述数据采集器用于采集气象观测装置、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和温盐深链的数据；所述数据储存模块用于存储所述数据采集器所采集的数据；所述无线传输模块用于将所述数据采集器所采集的数据通过无线传输传输至远程的监控终端；所述GPS接收机用于定位。

本实施例中浮标系统所采集的数据有：（1）气象数据2套，1套采用美国AirMar公司AIRMAR 200WX超声波气象站，含风速、风向、大气温湿度、压力、电子罗盘、GPS等参数；另外1套由自主集成，除第1套气象站外，另含雨量、能见度、辐射通量、CO₂分压值等；（2）波浪数据；（3）海流，海洋垂直剖面温度和盐度。

本实施例提供的台风实时监测系统能够实时反映台风期间的气压、温湿度、能见度、风速、风向、辐射通量、海洋上层海流、温度、盐度极值，并由此研究极端天气情况下的上层海洋响应，还可以和卫星观测数据相互印证，相互补充，获得精确的海洋内部的水文变化特征。

优选地，数据采集器采用美国Campbell公司的CR1000数据采集器。该数据采集器主要特点，是能在恶劣环境、电池供电环境下进行精确测量，如主电源断电后，电池支持的SRAM内存和时钟，可以确保数据、程序和准确时间等信息不会丢失，充分保证浮标系统数据可持续性和存储安全。如图3所示，本实用新型浮标体内数据采集及处理模块CR1000通过输入供电单元（图4）供电后，定时输电给各个数字量传感器和耦合感应传感器，并以一定的周期扫描各个端口。如果检测到数字端口的缓存区上有数据，CR1000就会判断该数据是否是完整正确的数据，并将正确的原始数据保存到存储卡内，同时进行相应加密处理。而对于模拟量数据，CR1000的模拟量检测端口SE口会定期检测仪器输出的模拟信号，然后按照公式将模拟信号转换成直观的数据。最后CR1000会按照最初设定的时间间隔，定期将已经处理加密后的数据通过铱星或其他无线设备发送到远程的监控终端，远程的监控终端最后解密数据并以图表方式显示出来。

本实施例采集的观测数据大都是十进制格式，为了减少卫星发送的字节量，节约数据传输成本，将数据处理后转换成十六进制，再发送至陆地接收站。比如温度是25.7 ℃,如果直接将这个十进制的温度数据发送的话，就消耗了4个字节，但是如果将25.7乘10，再转换成十六进制发送，只需消耗两个字节。采用高压缩数据格式，统计了各传感器隔间每小时传输的数据量，一组气象数据为30字节，一组波浪数据为13字节，一组海流剖面数据是315字节，一组数据温盐深记录仪数据是13字节，一组温盐深链数据是130字节（假设加载10个温盐深记录仪）。如果观测间隔加密，传输间隔加密，则相应总数据量增加。

本实施例中系统连接的传感器达仪器达30多个，需较多数据端口，要求供电端口也相应增加。CR1000标配16个模拟输入通道，可以实现16个单端测量端口或8个差分测量端口；8个数字端口，可以实现8个I/O测量端口或4个RS232通讯串口；可控开关输出电源端口１个，不可控输出电源２个。因此本实用新型系统需要通过扩展增加数字端口，如图5所示，通过CR1000的SDM扩展模块通信端口连接到一个数字口扩展模块SDMSI04。而SDMSI04有４个RS232通信协议端口，因此这相当于扩展了4个RS232通信协议端口．通过SDM扩展模块通信端口可以同时扩展最多14个数字口扩展模块SDMSI04，相当于扩展了56个RS232通信协议端口。

另外，由于台风实时监测系统的各个设备的采样时间不同，因此各个设备的供电时间要求也不一致，从而需要给每个仪器配个单独的可控开关电源端口，需要扩展电源输出口。如图6，输出电源端口扩展连接框图所示，通过CR1000的SDM扩展模块通信端口连接到一个输出电源扩展模块SDMCD8S，就可以增加8个可编程控制的开关电源端口，而且每一个电源端口都有过流，短路保护功能。

由于CR1000的不可控输出电源端口是没有过流，短路保护功能，因此需要增加可自恢复保险丝，如图7所示，系统内部增加了５个可自恢复保险丝，分别对应５个传感器。

为了能够及时查看系统检测到的数据，系统提供了无线传输方式将数据发送至监测预警系统。如图8所示，本实施例提供了铱星无线传输方式，将数据定期发送至监测预警系统。不过，该方式并不唯一，也可以根据具体情况，将无线传输方式改为GPRS或者北斗卫星。

优选地，温盐深链8为感应耦合数据传输温盐深链，且温盐深链8包括钢缆和10个温盐深传感器，所述温盐深传感器均匀分布于钢缆上。由于台风期间海洋环境较恶劣，传感器电缆越多，系统安全性越差，因此我们采用了耦合感应数据传输方式来获取上层海洋10个温盐深传感器（CTD）的数据，如图8所示，系统内的耦合感应控制模块IMM只需要控制一个感应探头ICC，来获取固定在包塑钢缆上的10个耦合感应式的CTD传感器。

优选地，由于浮标系统需要长期工作，为了持续保证系统的供电，本实施例采用了太阳能充电方式，通过太阳能充电控制模块Phocos的CML15来控制太阳能板对蓄电池的充电以及蓄电池对外放电。

一种台风实时监测预警系统，包括上述的台风实时监测系统和台风预警系统，所述台风预警系统用于接收台风实时监测系统传输的实测数据和台风路径信息，并根据所接收的位置信息计算出台风中心离浮浮标系统的距离及台风期间上层海洋的响应与反馈强度信息；当台风中心离浮标系统的距离小于预设值，则台风预警系统远程的监控终端自动报警，并对浮标体周围海上平台和移动船只进行预警预报。

一种上述的台风实时监测预警系统的预警方法，包括以下步骤：

S1：获取实时海洋表面的气象、波浪数据以及上层海洋的海流、温盐剖面数据；

S2：根据台风中心移动位置与浮标系统的位置，计算台风中心与浮标系统的距离,预测海洋表面的波浪高度、上层海洋的海流强度以及上层海洋的温度和盐度响应强度；

S3：当台风中心与监测位置之间的距离小于预设值时，对监测位置周围的海上平台和移动船进行预警预报。

进一步地，步骤S2中预测台风中心离监测位置的距离的方法具体为：

假设中央气象台(www.nmc.cn)台风路径预报系统显示台风中心位置为（long1,lat1），浮标位置为（long2,lat2），隔间每小时计算两位置的距离（km），当距离小于200 km时，陆地远程监控终端发指令到浮标仓内的数据采集与通信系统，浮标观测进行加密，气象、波浪数据采样和传输间隔由1小时变成加密成20分钟；温盐深记录仪、声学多普勒海流剖面仪和温盐深链的数据采样和传输间隔由1小时变成加密成3分钟，以捕捉台风上层海洋响应的微结构。

进一步地，所述对监测位置周围的海上平台和移动船进行预警预报具体为：对监测位置周围的海上平台和移动船进行24小时和48小时预报。

本系统的具体工作方式如下：（1）将台风移动路径与浮标体之间的一定距离设定为一个阈值，如以浮标体的布放位置中心200海里划圈，如台风移动路径经过浮标预设阈值内，则浮标系统发出预警预报，对浮标周围海上平台和移动船只进行24小时和48小时预报；（2）台风移动路径在浮标预设阈值内，浮标系统观测频率进行加密，尤其是海流和温盐的数据，由非台风期间10分钟观测1次变成2分钟观测1次，获取高精度的海流、温度、盐度数据；铱星传输数据的频率由非台风期间的间隔每小时，变成台风期间，气象、波浪数据间隔20分钟，海流剖面、温盐剖面间隔3分钟；（3）台风移动路径在浮标预设阈值内，用软件直接读取显示多个参数，如最低气压，最低气温，最大风速，最大波高，最大流速及海水温度、盐度异常；（4）台风移动路径在浮标预设阈值内，一般几天至十几天的台风周期内，用软件自带公式计算台风期间海流的最大影响深度，海洋上层对台风的响应和反馈。其中，上述的台风移动路径可通过链接到网络上的实时台风数据网站获得，如中央气象台网站。

Claims (6)

1.一种台风实时监测系统，包括浮标体和锚碇系统，其特征在于，所述浮标体上设有气象观测系统，浮标体内设有波浪观测装置及数据采集与通信系统，浮标体的尾管部分安装温盐深记录仪和海流剖面仪，所述浮标体海面以下连接有温盐深链，所述数据采集与通信系统用于采集气象观测装置、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和温盐深链的数据，并传送给远程的监控终端；

所述气象观测系统包括第一气象站和第二气象站；所述第一气象站包括净辐射传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、大气压力传感器、能见度传感器、风速仪；所述第二气象站包括超声波气象站。

2.根据权利要求1所述的台风实时监测系统，其特征在于，所述数据采集与通信系统包括数据采集模块、数据储存模块和无线传输模块；所述数据采集模块用于采集气象观测系统、波浪观测装置、温盐深记录仪、海流剖面仪和温盐深链的数据；所述数据储存模块用于存储所述数据采集器所采集的数据；所述无线传输模块用于将所述数据采集器所采集的数据初步处理压缩后通过无线传输传输至远程的监控终端。

3.根据权利要求2所述的台风实时监测系统，其特征在于，所述数据采集模块为CR1000数据采集器。

4.根据权利要求1或2所述的台风实时监测系统，其特征在于，所述温盐深链为感应耦合数据传输式温盐深链。

5.根据权利要求4所述的台风实时监测系统，其特征在于，所述温盐深链包括包塑钢缆和若干安装于包塑钢缆上的温盐深记录仪。

6.一种台风实时监测预警系统，其特征在于，包括权利要求1~5任一项所述的台风实时监测系统和台风预警系统，所述台风预警系统用于接收台风实时监测系统传输的实测数据和台风路径信息，并根据所接收的位置信息计算出台风中心离浮标系统的距离及台风期间上层海洋的响应与反馈强度信息；当台风中心离浮标系统的距离小于预设值，则台风预警系统远程的监控终端自动报警，并对浮标体周围海上平台和移动船只进行预警预报。