【智易时代】自动气象站解决方案

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自动气象站解决方案1、背景介绍1.1项目背景近年来，我国极端天气事件增多，突发性、局地性气象灾害呈现多发、频发、重发态势，因其历时短、突发性强、发生规律异常，对气象灾害监测预警及信息发布工作提出了严峻挑战。针对当前气象灾害监测预警和发布传播中存在的一些突出问题和不足，近期国务院办公厅发布了《关于加强气象灾害监测预警及信息发布工作的意见》，这是国务院继2006年出台的《关于加强气象事业发展的若干意见》，2007年国务院办公厅下发《关于进一步加强气象灾害防御工作的意见》和2010年国务院颁布的《气象灾害防御条例》之后，又一个指导气象防灾减灾工作的重要文件，充分体现了党中央、国务院对气象防灾减灾工作的高度重视，这对于进一步强化各级政府对气象灾害监测预警及信息发布的主导作用，加强部门间的联动，充分利用社会资源，努力减少和消除气象灾害预警信息发布“盲区”，全面提升全社会防灾避险能力，最大限度地防御和减轻气象灾害造成的损失，具有重要的意义和积极的作用。对环境进行实时监控，采取环境监测系统，保证环境安全，我们采用可靠、科学、有效的自动监测系统，进行全天24小时实时监控，加强安全管理，保证居民的安全出行。直观显示景区当前环境质量，提高景区安全系数，实时掌握环境质量参数变化，减轻工作人员的劳动力。1.2项目意义气象自动监测可实现一定区域范围的气象环境实时监测，加强气象监测水平，在防灾减灾工作中发挥着重要的作用，使得气象为人民服务工作更加科学合理可靠，更好的协助各个地区特色农业的发展，助力农业增产增收。区域自动气象站一款用于监测温湿度、风向、风速、大气压等气象参数的气象仪器，该仪器的应用，为人民出行安全等提供重要指向。不仅可以自动采集和记录数据，而且可以登录管理云平台实时在线查看数据。科学仪器的应用，让气象观测变得简单易行，而日常生活中，以有效的气象监测数据作为支撑，在防灾抗旱、精细化生产管理方面做到有据可循，实现由“靠天吃饭”到“用天吃饭”的转变。完善的防雷击、抗干扰等保护措施。在电子线路方面采用了防雷、噪声抑止等多种抗干扰措施，在硬件和软件设计方面采用了降额设计、电磁兼容设计、野值剔除等多种可靠性设计技术，可靠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。可实现对环境质量全面、实时、网格化、精细化不点需求，将采集端上传的数据及时解析、处理、分析和集成，空气环境质量监测站长期收集环境空气质量的连续监测数据，用户可以在线查看空气质量实时数据和历史数据，及时掌握当前辖区内环境空气现状和变化规律及趋势。2、设计原则可靠性和稳定性原则系统可扩展性和易维护性原则安全性和高效性原则系统经济性及实用性先进性和成熟性原则开放性原则3、系统概况监控平台系统主要由在线监测、数据采集和传输系统、视频监控系统、后台数据处理系统及信息监控管理平台等几部分组成。集成了物联网、大数据和云计算技术，通过监测设备，实现了实时、远程、自动监控气象数据。数据通过采用有线、无线3G/4G等网络传输，可以在WEB端、移动端及大屏幕端展现，同时可对接其他系统平台也可支持各种终端平台通过公网访问。本系统主要由：感知层、传输层、应用层三部分组成。（1）感知层：自动气象站，主要指现场端在线监测设备，包括：气象五参数监测仪、噪声监测仪和视频监控摄像机，对气象参数、噪声和现场视频进行连续自动在线监测。（2）传输层：主要指专用传输网络，通常采用有线、无线、3G 等方式传输各种监测数据。（3）应用层：主要指监控中心，面向不同的客户端系统，在线监测信息监控管理平台可支持各种终端平台通过公网访问，实现基于 Web 端的污染源实时数据在线监测、现场图像和视频的监控、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。4、系统平台数据中心包含众多应用系统及基础信息采集系统，产生的数据有RS遥感数据、GIS地理信息数据、GPS数据、大屏幕显示等类多媒体数据。4.1实时数据可以查看系统实时监测的数据信息，利用 GIS地图位置呈现功能，可结合电子地图确切的知道每个设备所在位置，通过点击地图上的设备图标可查看设备所配备各项传感器采集的实时监测因子，包括温度、湿度、风速、风向、大气压等。4.2点位管理点位管理可根据需要添加点位，按要求填入序号、点位编号、点位名称、详细地址，并在启用设备一栏打上对勾启动设备，还可以在地理位置一栏选择查看与变更选项， 导出数据打印时支持选用 JPG 图片、PDF、EXCEL、WORD 文档多种格式，下一栏是添加时间，以及相关操作包括：编辑、删除、预警设置。4.3历史数据查询系统提供历史数据查询功能，用户通过设置时间类型、点位名称、查询时间选项后，即可查看到所选择点位的历史数据信息，包括各项监测因子、数据更新时间等，查询结果支持选用EXCEL文档形式导出。4.4趋势分析数据展示支持折线图、柱状图、表格等多种形式，展示的内容为各项监测因子浓度的实时与历史分钟值、小时值，方便用户查看时间段内各项监测因子变化趋势，同时可以进行监测点位之间的各项参数的对比分析，用户可以自主设定展示的时间区间，导出打印时支持选用 JPG 图片、PDF、EXCEL、WORD文档多种格式。4.5报警记录设置污染物浓度预警设置，是针对污染物一旦超过某一数值系统会自动给使用者发送预警提示信息的一种设置。一旦各项监测因子浓度出现异常波动时，系统启动超标报警，当达到预警设置后会发出报警信号。通过报警记录，可以清楚的知道发出报警的点位名称、报警时间以及各个监测数据的比较。监测数据包括：实时数值、限值以及倍数。数据显示清楚直观，而且对于搜集到的用户数据，报警记录还可以存储一段时间，在一定时间内随时查询分析，也可以和之前、之后的数据、或者其他点位做对比。4.6指挥中心集中设置GPS监控指挥、数据中心监控、利用显示设备接入个监控点，实时监控现场环境因素变化，方便工作人员以及游客更充分的了解；4.7LED大屏幕信息发布系统LED大屏幕信息发布系统集成景区天气、空气质量、湿度、负离子浓度、噪声、水质等环境信息及旅游咨询、最佳推荐、重要事项等的信息联播系统。4.8用户管理对于不同的角色设置相应权限管理，一个角色关联了一套操作权限。5、硬件设备自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备，主要由传感器、采集器、通讯接口、系统电源等组成，随着气象要素值的变化，各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。5.1气象自动站自动气象站可以监测温度、湿度、噪声、风速、风向等等多个环境监测因素，是集成颗粒物在线监测仪、数据采集板及信息平台等技术为一体的开放式气象在线监测终端。自动气象站气象传感器技术先进。产品的准确性和稳定性优越，气象要素传感器多样化，用户可根据不同的需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。良好的防护措施。国外自动气象站在防雷、防蚀等方面较国内完善，适用于各种复杂环境，而且在装备使用的机动性、操作的便捷性、维修的快捷性等方面都做得较好。                   5.2适用场所（1） 区域气象监测，省、市、县各行政级别气象监测网络；（2） 公园、校园、旅游景区适宜指数气象监测；（3） 公路、铁路、机场、港口、航运等场所的气象监测；（4） 森林防火气象监测；（5） 大型仓储区小气候监测；（6） 科研，农业种植试验小区小气候监测；（7） 环保科研，野外生态站常规气象监测；（8） 科研，水循环、热平衡、碳循环、风资源等课题研究常规监测。o f insw Z in s w Z sof i inw fi 自动气象站解决方案 oins wZ sof i in w 一、背景介绍 fo sn 1.1项目背景 iw Zwi nso fi ins o w fi in s o ins c wZ 近年来，我国极端天气事件增多，突发性、局地性气象灾害呈现多发、频发、重发态势，因其历时短、突发性强、发生规律异常，对气象灾害监测预警及信息 发布工作提出了严峻挑战。针对当前气象灾害监测预警和发布传播中存在的一些 突出问题和不足，近期国务院办公厅发布了《关于加强气象灾害监测预警及信息 发布工作的意见>，这是国务院继2006年出台的<关于加强气象事业发展的若 干意见》，2007年国务院办公厅下发<关于进一步加强气象灾害防御工作的意 见>和2010年国务院颁布的《气象灾害防御条例》之后，又一个指导气象防灾 减灾工作的重要文件，充分体现了党中央、国务院对气象防灾减灾工作的高度重 视，这对于进一步强化各级政府对气象灾害监测预警及信息发布的主导作用，加 强部门间的联动，充分利用社会资源，努力减少和消除气象灾害预警信息发布“盲 区”，全面提升全社会防灾避险能力，最大限度地防御和减轻气象灾害造成的损 失，具有重要的意义和积极的作用。 ins ofi in s w 对环境进行实时监控，采取环境监测系统，保证环境安全，我们采用可靠、科学、有效的自动监测系统，进行全天24小时实时监控，加强安全管理，保证 居民的安全出行。直观显示景区当前环境质量，提高景区安全系数，实时掌握环 境质量参数变化，减轻工作人员的劳动力。 u in so f ff o 1.2项目意义 s uin 气象自动监测可实现一定区域范围的气象环境实时监测，加强气象监测水 平，在防灾减灾工作中发挥着重要的作用，使得气象为人民服务工作更加科学合 理可靠，更好的协助各个地区特色农业的发展，助力农业增产增收。区域自动气 象站一款用于监测温湿度、风向、风速、大气压等气象参数的气象仪器，该仪器 的应用，为人民出行安全等提供重要指向。 f T so win i n W Z oft i ns Zwi nso fi uins o f Zwi n s nso f f inS o1w 不仅可以自动采集和记录数据，而且可以登录管理云平台实时在线查看数 据。科学仪器的应用，让气象观测变得简单易行，而日常生活中，以有效的气象 监测数据作为支撑，在防灾抗旱、精细化生产管理方面做到有据可循，实现由“靠 天吃饭”到“用天吃饭”的转变。完善的防雷击、抗干扰等保护措施。在电子线 路方面采用了防雷、噪声抑止等多种抗干扰措施，在硬件和软件设计方面采用了 降额设计、电磁兼容设计、野值易除等多种可靠性设计技术，可靠运行于各种恶 劣的野外环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守。 nSo f win s o Z 可实现对环境质量全面、实时、网格化、精细化不点需求，将采集端上传的 数据及时解析、处理、分析和集成，空气环境质量监测站长期收集环境空气质量 的连续监测数据，用户可以在线查看空气质量实时数据和历史数据，及时掌握当 前辖区内环境空气污染现状和变化规律及趋势。 in s ofi 二 、设计原则 f f 2.1可靠性和稳定性原则 os n win sof i ins or w 在系统设计、设备生产、调试等环节都严格执行国家、行业的有关标准和环 保部门相关要求，在设计初期从技沐角度保证设备的可靠运行。 所有产品均为成熟稳定的产品，在配置成功的情况下能够实现无人值守，且 能长时间稳定的工作。以可靠成熟的软件产品为基础，结合具体需求进行配置、定制和二次开发的方式进行实施，系统各环节具备故障分析与恢复和容错的能 力，降低风险，以保证项目稳定实施。系统支持多个客户端(包括移动端和 PC 端)同时浏览、编辑、推送、上传等与数据库的交互式操作；当意外事件发生时，能通过快速的应急处理，实现故障修复，保证数据的完整，避免了重要数据的丢 失。 Zwi n s d in sof i if os n 2.2系统可扩展性和易维护性原则 i w mwi nso i 在初步设计时，就考虑未来良好的扩展性，以降低未来扩展的成本，使系统 具有良好的可持续发展性。支持各子系统互连机制，系统可提供二次开发接口，与其它系统、产品进行集成。 min sof T 设计系统时一直保有一定的前瞻性，充分考虑系统升级、修改、扩容、扩充 f uins o Zwi n s OfIS 和维护等的可行性。因为随着系统长期的使用，数据量也会逐步增加，因此软件 系统的建设要能够适应不断发展的业务需求，能够灵活扩充、易于调整，并以较 小的代价升级系统，最大限度的满足业务的需求。 ins o f w nSo ff 本系统采用插件化、面向服务的设计体系，选用符合国际标准的通信协议和 设备技术参数，使系统的硬件系统、软件系统、操作平台之间的相互依懒减至最 小，提供完整的应急预案和恢复预案。同时，系统还采用容错或容灾配置，对系 统可能出现的故障备有完善的处理预案，并配有必要的技术手段支持。 o insw Z 2.3安全性和高效性原则 ofi in s 系统的程序或文件有能力阻止未授权的使用、访问、篡改，或者毁坏的安全 防卫级别，同时系统能轻松完成海量存储的艰巨任务，让数据存储更高效、更安 全。系统的安全性和保密性是系统稳定运行的至关重要因素，因为既要考虑信息 资源的充分共享，又要考虑信息的保护和隔离，所以系统在各个层次对访问都进 行了控制，将用户划分为多个角色并设置了严格的操作权限，同时，利用日志系 统、备份系统和完善的恢复策略将系统的安全性能和保密性能进一步提升。 win s Z i f os in 2.4系统经济性及实用性 w Zwi n s 6 系统的操作简单快捷、环节少，以保证不同文化层次的操作者能够熟练操作。系统有非常强的容错操作能力，使得在各种可能发生的误操作下，不引起系统的 混乱。具有较好的性价比，设计面向实际，注重实效，坚持实用，充分合理利用 现有设备和信息资源，帮助用户节省投资；同时，系统具有一致的、友好的客户 化界面，遵循简单实用的原则，操作简便，易于使用和推广，使用户能够快速的 掌握方法，有一个良好的人机交互体验。 d in sof i ff o 2.5先进性和成熟性原则 s uin 在系统设计时，将充分应用先进和成熟的技术，提出先进合理的功能规划，保持系统在技术方法、数据管理上的先进与成熟，使系统具有较高性能，符合当 今技术的发展方向，符合未来的发展趋势；同时保证系统具有较强的可移植性、可重用性，以便在将来能迅速采用最新技术，长期保持系统的先进性。 f win so o1insw Z f i o in s 3 fi ins o wZ uins of f 2O S in s w Z if os n 2.6开放性原则 i w sof i o1inS w 系统设计遵循开放式原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，特别是对未 来的各种新型联网模式的兼容，保障本次投资的长期有效。同时提供开放式的系 统接口，便于支持系统的再整合和二次开发。 nSO f L o 三 、系统概况 ins Zw 监控平台系统主要由在线监测、数据采集和传输系统、视频监控系统、后台 数据处理系统及信息监控管理平台等几部分组成。集成了物联网、大数据和云计 算技术，通过监测设备，实现了实时、远程、自动监控气象数据。数据通过采用 有线、无线 3G /4G等网络传输，可以在 WEB 端、移动端及大屏幕端展现，同时 可对接其他系统平台也可支持各种终端平台通过公网访问。 f2in s o 小 I 本系统主要由：感知层、传输层、应用层三部分组成。f O S inS c w (1)感知层：自动气象站，主要指现场端在线监测设备，包括：=气象五参 数监测仪、噪声监测仪和视频监控摄像机，对气象参数、噪声和现场视频进行连 续自动在线监测。 min sof i (2)传输层：主要指专用传输网络，通常采用有线、无线、3G等方式传 输各种监测数据。 in s w (3)应用层：主要指监控中心，面向不同的客户端系统，在线监测信息监 控管理平台可支持各种终端平台通过公网访问，实现基于 Web 端的污染源实时 数据在线监测、现场图像和视频的监控、污染源超标报警、以及面向不同管理层 的各种管理与统计分析。 d in sof i fo 3.1系统构建 n s nSO fi 信息化建设是在统一规划框架的指导下，重视信息化建设的整体性、共享性，切实通过先进的技术手段，为促进颗粒物监测管理工作提供支持。该系统建设的 技术实现框架遵循监测站信息化的要求。 win sof 7 系统开发采用是基于 B /S 架构， B/S 结构，即 Browser /Server(浏览器/服务器)结构，用户界面完全通过 WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但 ins c wZ f i o in s Zwi nso f uins of 2 in s w nso f f 是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓三层体系结构。B/S结构利用不断成 熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能。B/S结 构的主要特点是分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体拥有成本低。 ins o f w i f o 3.2系统优势 ns im 自动气象站基于对气象监测的需求而设计，系统优势主要体现在以下 7点： (1)监测终端系统集成了温度、湿度、噪声、光照强度、风向和风速等多 个环境参数。 Zwi ns o (2)24小时在线连续监测，全天候提供监测区域内的数据记录。 (3)超过报警值时能自动启动报警，具有多参数、实时性、智能化等特性。 (4)通过传感网、无线网、因特网这三大网络传输数据，快速便捷地更新 实时监测数据。 (5)基于云计算的数据中心平台汇集了不同区域、不同时段的监测数据，具有海量存储空间。 ins o f w (6)系统可进行多维度、多时空的数据统计分析，便于管理部门有序开展 工作，同时也为建立气象监测积累数据，以推动对空气环境的长效管理。 m in sof i (7)系统具有远程升级功能，同时可以使用软件进行远程控制，实时调取 仪器操作界面，方便对仪器进行远程操作。 in s w 四、系统平台 数据中心包含众多应用系统及基础信息采集系统，产生的数据有 RS 遥感数 据、GIS 地理信息数据、GPS数据、大屏幕显示等类多媒体数据。 014.1实时数据 S mi n d in sof i Sof L 可以查看系统实时监测的数据信息，利用 GIS 地图位置呈现功能，，可结合 电子地图确切的知道每个设备所在位置，通过点击地图上的设备图标可查看设备 所配备各项传感器采集的实时监测因子，包括温度、湿度、风速、风向、大气压 等。 公 sof t winZ 4.2点位管理 点位管理可根据需要添加点位，按要求填入序号、点位编号、点位名称、详 uins o f Zwi n s nSo fi 细地址，并在启用设备一栏打上对勾启动设备，还可以在地理位置一栏选择查看 与变更选项，导出数据打印时支持选用 JPG图片、PDF、EXCEL、WORD 文 档多种格式，下一栏是添加时间，以及相关操作包括：编辑、删除、预警设置。 ins o f w if os 4.3历史数据查询 uin 系统提供历史数据查询功能，用户通过设置时间类型、点位名称、查询时间 选项后，即可查看到所选择点位的历史数据信息，包括各项监测因子、数据更新 时间等，查询结果支持选用 EXCEL 文档形式导出。 Zwi ns o of 4.4趋势分析 ins ofi in S 数据展示支持折线图、柱状图、表格等多种形式，展示的内容为各项监测因 子浓度的实时与历史分钟值、小时值，方便用户查看时间段内各项监测因子变化 趋势，同时可以进行监测点位之间的各项参数泊对比分析，用户可以自主设定展 示的时间区间，导出打印时支持选用 J PG 图片、PDF、EXCEL、WORD文档多 种格式。 win S Z t 4.5报警记录设置 of ins win sof i 污染物浓度预警设置，是针对污染物一旦超过某一数值系统会自动给使用者 发送预警提示信息的一种设置。一旦各项监测因子浓度出现异常波动时，系统启 动超标报警，当达到预警设置后会发出报警信号。 win s Z 通过报警记录，可以清楚的知道发出报警的点位名称、报警时间以及各个监 测数据的比较。监测数据包括：实时数值、限值以及倍数。数据显示清楚直观，而且对于搜集到的用户数据，报警记录还可以存储一段时间，在一定时间内随时 查询分析，也可以和之前、之后的数据、或者其他点位做对比。 fiso d in fto s 4.6指挥中心 inm o i insw 集中设置 GPS 监控指挥、数据中心监控、利用显示设备接入个监控点，实 时监控现场环境因素变化，方便工作人员以及游客更充分的了解； t sofin w 4.7LED 大屏幕信息发布系统 win sc Z of i in s inS o1m 2f os Z wi n f uins o Zwi n s nso ff LED大屏幕信息发布系统集成景区天气、空气质量、湿度、负离子浓度、噪声、水质等环境信息及旅游咨询、最佳推荐、重要事项等的信息联播系统。 f ins o w i f 4.8用户管理 o nS 对于不同的角色设置相应权限管理，一个角色关联了一套操作权限。目前系 统共提供了三种操作权限： inW (1)系统用户：拥有系统的所有功能操作权限。 2(2)管理用户：拥有部分业务相关的功能操作权限。f o o insw Z (3)普通用户：只能进行系统中相关内容的查询操作。 in s ofi 系统实现不同级别操作人员对数据访问范围和数据读写性的严格控制，建立 统一用户管理平台，实现所有用户的身份管理，包括：用户个人身份信息、角色 信息、电子邮箱、个人账号和密码。 五、硬件设备 nso f win so Z uins ofi 自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备，主要由传感器、采集器、通讯接口、系统电源等组成，随着气象要素值的变化，各传感器的感应 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。 in s w Z 2Of f 5.1气象自动站 f o m in SO 1 o f d in s 自动气象站可以监测温度、湿度、噪声、风速、风向等等多个环境监测因素，是集成颗粒物在线监测仪、数据采集板及信息平台等技术为一体的开放式气象在 线监测终端。 f o 自动气象站气象传感器技术先进。产品的准确性和稳定性优越，气象要素传 感器多样化，用户可根据不同的需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。良好的防护措施。国外自动气象站在防雷、防蚀等方面较国内完善，适用于各种 复杂环境，而且在装备使用的机动性、操作的便捷性、维修的快捷性等方面都做 得较好。 f T so win o1insw Z of i s n Zwi nso ff ins o f wZ iof nswi 乡 ofins wi Z fiso inw Z in s w Z t ins of w Z fio sin Zw fi in s o fio ins Zw fi 2o insw Z f i o insw Z 5.2适用场所 sof i inw Z fi nso w i fi 2nso Zwi u in sof i sof i inw Z 2fio insw Z o insw Z o1ins Zw ins o w Z ofi 2sin wZ fi uin so 5.3技术参数 i f os inw Z (1)区域气象监测，省、市、县各行政级别气象监测网络；(2)公园、校园、旅游景区适宜指数气象监测；(3)公路、铁路、机场、港口、航运等场所的气象监测；(4)森林防火气象监测；(5)大型仓储区小气候监测；(6)科研，农业种植试验小区小气候监测；(7)环保科研，野外生态站常规气象监测；(8)科研，水循环、热平衡、碳循环、风资源等课题研究常规监测。8 fi 2so inw Z ofis inw Z f a SO fio sin w Z i ofs n ins of w f i so Zwi n ins o f w Z 2fo s win Z i ns o f ins o f w in s w fi in s o Of iS r o 5.4功能特点 ns i f o sin wZ win s Z 2Jf u in sof i 2 WI n Z fi ins o wZ 要素测量范围分辨率 准确度 单位 大气温度 -40--1200.1±0.3 大气湿度 0--10013 %RH 大气压力 10--11000.1 ±0.3 hpa 风速 0--45 0.1) ± (0.3±0.03V m/s 风向 0--360 1 ±3 度 风力 0--12 1 ±1 级 噪声 30--130 1±3 dB (1)结实耐用，正常运行于各种恶劣的野外环境； (2)采用高性能数据采集仪；高精度传感器；(3) 数据 GPRS 无线传输。可连续、 在线监测； (44))可 可靠的电源控制系统，可 保证自动站在各种供电环境下连续运行；(5)低功耗、高稳定性、可无人值守；(6)完 完善的防雷击、抗干扰等保护措施。 h in s o of insw Z ins off w Z sof i inw Z of insw Zwi nso fi fi ins o w Z fiso inw Z in s w fio insw Z Zwi nso fi 2 f i o ins Z w fio insw f T o insw Z so f i in Z w