產(chǎn)品介紹

碧野千里走航式氣象實時監(jiān)測系統(tǒng)是基于移動式互聯(lián)平臺開發(fā)的走航式氣象自動監(jiān)測設(shè)備。它采用嵌入式技術(shù)，可用于測量風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣濕、氣壓、全輻射等各類氣象數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶需求靈活增加或減少相應(yīng)的傳感器模塊，任意組合，方便、快捷地滿足各類用戶的需求。設(shè)備采用了4G無線傳輸技術(shù)，融合GPS定位模塊實現(xiàn)監(jiān)測點位可實時回傳，車輛移動軌跡繪制，軌跡沿途線路氣象數(shù)據(jù)的實時顯示。具有超標(biāo)預(yù)警提示等功能。主要應(yīng)用于環(huán)保巡邏隊的移動監(jiān)測，快速搜集各區(qū)域氣象數(shù)據(jù)，移動執(zhí)fa。

1.1 技術(shù)參數(shù)

參數(shù)參數(shù)

量程

分辨率

精確度

溫度傳感器

-40℃-100℃

0.1℃

±0.4℃

濕度傳感器

0～RH

0.1%

±3%RH

風(fēng)速傳感器

0～70m/s

0.1 m/s

±(0.3±0.03V）m/s

風(fēng)向傳感器

0～360°

1°

±3°

大氣壓力

500～1100hPa

0.1 hPa

±0.3hPa

光照傳感器

0～200000lux

1lux

±7%

二氧化碳

0-2000PPM（如

要 5000 以上訂

貨前通知）

1ppm

±50PPM

供電方式/通訊方式

/查看方式

220V 交流

給氣象站供電

12V 直流

太 陽 能 供 電 系

2

RS485 有線

通訊距離 0-1000m

無線 GPRS

通訊距離不限可在任何 PC 端、微xin端、手機 APP 隨時查看數(shù)據(jù)。

1.2 技術(shù)特點

（1） 具有云端自動在線校準(zhǔn)功能，自動修正傳感器漂移及環(huán)境干擾，無需現(xiàn)場人工校準(zhǔn)；

（2） 簡易化設(shè)計，拆卸方便無需改裝車輛；可以同時監(jiān)測氣體參數(shù)和可吸入顆粒物，并在數(shù)據(jù)平臺上顯示出監(jiān)測值；

（3） 無工具拆卸，方便點位遷移與設(shè)備維護；

（4） 用于對風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、大氣壓力等氣象要素進行全天候自動監(jiān)測。可以通過專業(yè)配套的數(shù)據(jù)采集通訊線與計算機進行連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C氣象數(shù)據(jù)庫中，用于統(tǒng)計分析和處理。

（5） 風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、大氣壓力等傳感器為氣象傳感器，具有高精度高可靠性的特點。

（6） 參數(shù)可拓展，靈活配置；

（7） 應(yīng)用單片機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，采用數(shù)據(jù)存儲功能，不僅可提供方便的數(shù)據(jù)查詢方式，還可以通過 USB 接口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機，利用配套的上位機軟件自動計算日平均值、月均值、污染指數(shù)、生成各種圖形數(shù)據(jù)標(biāo)，并進行打印；

（8） 性能穩(wěn)定、精確度高、操作方便、易于維護具有斷電保護功能；

（9） 集成 GPRS 通信技術(shù)，實時監(jiān)測大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，實時傳輸數(shù)據(jù)， 實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)；

（10） 實現(xiàn)多參數(shù)自動監(jiān)測，防干擾技術(shù)設(shè)計；

（11） 實現(xiàn)各類參數(shù)采集，自動上傳網(wǎng)絡(luò)平臺，自動發(fā)布數(shù)據(jù)；

（12） GPS 擴展，車輛移動軌跡繪制實時定位車輛與氣象信息；

（13） 可配備網(wǎng)絡(luò)攝像頭，氣象環(huán)境數(shù)據(jù)超標(biāo)自動預(yù)警視頻抓拍，數(shù)據(jù)字符可在視頻疊加顯示。

2. 技術(shù)方案

2.1 方案綜述

碧野千里走航式氣象監(jiān)測系統(tǒng)，是我司結(jié)合不同的監(jiān)測場景所衍生出來的產(chǎn)品，是移動監(jiān)測、流動監(jiān)測等場景的首xuan監(jiān)測利器。同時也是固定監(jiān)測點位無法覆蓋到區(qū)域的有效補充。目前應(yīng)用廣泛、效果z佳的是公交車、出租車，執(zhí)fa車作為走航式環(huán)境監(jiān)測，對范圍內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)進行移動式動態(tài)監(jiān)測。隨著公交車及出租車在城市區(qū)域內(nèi)的移動監(jiān)測，既能了解區(qū)域內(nèi)氣象數(shù)據(jù)，又能對范圍內(nèi)氣象進行監(jiān)控，實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)宏觀到微觀的全面監(jiān)控；同時，利用*的大數(shù)據(jù)和云平臺技術(shù)，結(jié)合專業(yè)的大氣模型，將采集的數(shù)據(jù)按照大氣環(huán)境質(zhì)量變化的規(guī)律和趨勢進行科學(xué)預(yù)測。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)、合理的制定不同區(qū)域、不同類型區(qū)域、街道減排指標(biāo)，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)的變化，對治霾方案進行動態(tài)調(diào)整。

2.2 方案拓撲

2.3 監(jiān)測原理

2.3.1 溫濕度傳感器原理

溫濕度傳感器的組成部分主要包括濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路兩部分，濕敏電容是由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極等四個部分組成。濕敏電容的兩個下電極與濕敏材料，上電極構(gòu)成的兩個電容成串聯(lián)連接。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對濕度變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在 48~56pf 間)。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)于相對濕度 0~RH 的變化，傳感器的輸出呈 0~1v 的線性

變化。

2.3.2 大氣壓傳感器原理

大氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對壓強敏感的薄膜，它連接了一個柔性電阻器。當(dāng)被測氣體的壓強降低或升高時，這個薄膜變形，該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得 0-5V 的信號電壓，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以 GPRS/RS485 形式把結(jié)果傳送給云平臺

/LED 顯示屏。

2.3.3 風(fēng)速傳感器原理

風(fēng)速傳感器由風(fēng)杯、傳感器主體、電路模塊、傳輸電纜等裝置構(gòu)成。風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯通常由高耐候性、高強度、防腐蝕和防水金屬制造，可適應(yīng)惡劣環(huán)境;電路模塊具有極可靠的抗電磁*力和高低電壓保護能力，可確保主機在

-30℃~80℃，濕度 0~ 的環(huán)境中正常工作。由傳感器風(fēng)杯轉(zhuǎn)動帶動傳感器軸承轉(zhuǎn)動，再由光電轉(zhuǎn)換進行數(shù)字量化處理，從而計算出風(fēng)速值（m/s ，1m/s = 3.6km/h）。

2.3.4 風(fēng)向傳感器原理

光電式風(fēng)向傳感器的核心采用式格雷碼盤編碼(四位格雷碼或七位格雷碼)，利用光電信號轉(zhuǎn)換原理，可以準(zhǔn)確的輸出相對應(yīng)的風(fēng)向信息;電壓式風(fēng)向傳感器的核心采用精密導(dǎo)電塑料傳感器，通過電壓信號輸出相對應(yīng)的風(fēng)向信息;電

子羅盤式風(fēng)向傳感器的核心采用電子羅盤定位方向，通過 RS485 接口輸出

風(fēng)向信息。

2.3.5 數(shù)據(jù)采集器原理

數(shù)據(jù)采集器是系統(tǒng)重要組成部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整合了信號、傳感器、激勵器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和應(yīng)用軟件。當(dāng)系統(tǒng)從前端傳感器監(jiān)測的數(shù)字信號和模擬信號時，數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)通過采集器處理成數(shù)字信號通過 4G 模塊傳送到上位機進行分析統(tǒng)計處理。

2.3.6 LCD 觸摸屏

配置 7 寸 LCD 觸摸屏，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)查看，相關(guān)參數(shù)設(shè)置，人機交互體驗度好，可以直觀查看相關(guān)參數(shù)曲線分析圖

2.3.7 巡航軌跡回放

走航式監(jiān)測系統(tǒng)均配備 GPS 定位模塊，實時上傳設(shè)備的位置至服務(wù)器，用戶可登陸我司云平臺根據(jù)時間段查詢設(shè)備在該時間段的移動軌跡，并可進行回放查看。

2.3.8 斷網(wǎng)續(xù)傳

為預(yù)防設(shè)備出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失，我司特開發(fā)了斷網(wǎng)續(xù)傳功能，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)中斷時，自動將監(jiān)測數(shù)據(jù)保存至本地，待檢測到設(shè)備恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)后，自動將斷線的這段時間里所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器保存。

2.3.9 視頻監(jiān)控裝置

可配備高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的實時圖像監(jiān)控，基于數(shù)據(jù)庫的視頻疊加功能。

支持與海康、大華等品牌攝像頭進行數(shù)據(jù)視頻疊加開發(fā)，配套客戶端和手機APP 遠程查看錄像，通過上位機軟件設(shè)置閥值，超標(biāo)自動抓拍上傳圖片，可實時錄像存儲時間不少于 1 個月。支持寬帶/WIFI/GPRS 傳輸方案。

2.3.10傳輸網(wǎng)絡(luò)

設(shè)備支持 3G/4G，RJ45 以太網(wǎng)接口，RS485，RS232 等通訊方式把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綂W斯恩云平臺，保存，分析，統(tǒng)計展示，預(yù)警處理。

2.4 系統(tǒng)組成

2.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

（1） 采集端。采集端一般指現(xiàn)場數(shù)采儀或監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)采集傳輸模塊，采集端并非屬于本系統(tǒng)的一部分，圖中給出只是為了方便描述。

（2） 網(wǎng)絡(luò)通信層。網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)端系統(tǒng)，基于 TCP 協(xié)議，負責(zé)與采集端維持

連接，進行數(shù)據(jù)通信。

（3） 校驗、分析等處理，然后交由下層；另一方面，執(zhí)行底層向采集端的發(fā)送

任務(wù)，將發(fā)送任務(wù)組織為遵循規(guī)范的報文交由網(wǎng)絡(luò)通信層。

（4） 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理層。報文處理層將監(jiān)測數(shù)據(jù)報文解析為預(yù)定義格式的數(shù)據(jù)后

交由本子系統(tǒng)，本子系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)的終存儲。本子系統(tǒng)劃分為兩個單元：本地緩存和數(shù)據(jù)庫存儲，本地緩存單元負責(zé)將數(shù)據(jù)緩存至本地磁盤，數(shù)據(jù)庫存儲單元負責(zé)將緩存的數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫。

（5） 設(shè)備參數(shù)狀態(tài)處理層。報文處理層將監(jiān)測數(shù)據(jù)報文解析為預(yù)定義格式的數(shù)據(jù)后交由本子系統(tǒng)，本子系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)的終存儲。本子系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求劃分為兩個模塊，每個模塊由本地緩存和數(shù)據(jù)庫存儲兩個單元組成。兩

個模塊分別處理值數(shù)據(jù)和值更新記錄數(shù)據(jù)。

（6） 實時庫。將基礎(chǔ)信息（如站點、監(jiān)測項、設(shè)備參數(shù)項等）常駐內(nèi)存，供各業(yè)務(wù)層子系統(tǒng)使用。實時庫在整個系統(tǒng)架構(gòu)中處于中心地位，所有其它業(yè)務(wù)子系統(tǒng)都基于它進行數(shù)據(jù)處理，它自身沒有任何業(yè)務(wù)邏輯，僅作為數(shù)據(jù)

層提供基礎(chǔ)信息及提供實時庫的持久化。

（7） 系統(tǒng)啟動層。作為整個系統(tǒng)的啟動入口，負責(zé)管理所有業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

（8） 運行監(jiān)控系統(tǒng)。俗稱看門狗程序，負責(zé)監(jiān)視所有業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的運行。

（9） 外部接口。提供本系統(tǒng)與外界的交互訪問，按照業(yè)務(wù)需求，目前此接口需要提供遠程設(shè)備控制功能。

2.4.2 系統(tǒng)功能

(1) 前置通訊功能

系統(tǒng)軟件通過同時支持多種通訊方式（如有線、無線、串口），多種通訊模

式（如定時發(fā)送模式、實時發(fā)送模式、召喚發(fā)送模式等）和多種通訊協(xié)議進行數(shù)

據(jù)采集。

(2) 實時內(nèi)存庫

為了能保證系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)設(shè)有一個緊湊的、功能強大的實時內(nèi)存庫，用來實時、高效地處理海量實時數(shù)據(jù)、實時狀態(tài)、實時報警、遙調(diào)指令、計算量數(shù)據(jù)等，對內(nèi)部數(shù)據(jù)對象進行查找、定位、過濾等，并且實時刷新。

實時內(nèi)存庫提供數(shù)據(jù)訪問接口，以便于第三方或軟件開發(fā)人員訪問其中的數(shù)據(jù)（如 WEB 開發(fā)人員通過該接口在網(wǎng)頁上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)）。

(3) 數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)軟件可采集海量數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)需要快速、有效地處理，而系統(tǒng)軟件具有很強的數(shù)據(jù)處理能力，能根據(jù)客戶提供的計算公式、工程轉(zhuǎn)換方法、項目系數(shù)、審核規(guī)則、國家或行業(yè)相關(guān)規(guī)定等對采集的原始數(shù)據(jù)進行運算，算完后將原始數(shù)據(jù)和運算后數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫不同表中同時分別存儲。且出現(xiàn)越限數(shù)據(jù)、質(zhì)量

碼異常數(shù)據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)報警。

(4) 數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)軟件具有多種數(shù)據(jù)庫的寫入功能，如 ORACLE 等。管理員通過相關(guān)配置界面選擇其中一種數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，將來不及寫入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)及時存儲到實時文件里，在系統(tǒng)空閑時或故障恢復(fù)后及時將數(shù)據(jù)補回到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，確保數(shù)據(jù)不丟失。對于與數(shù)據(jù)庫的連接、插入、查詢等操作，充分考慮了系統(tǒng)的容錯性，如出現(xiàn)斷線重連、異常屏蔽、數(shù)據(jù)庫死鎖等異常現(xiàn)象，系統(tǒng)均具有處理能力。系統(tǒng)采用多線程、多連接方式對數(shù)據(jù)庫進行操作，以確保海量數(shù)據(jù)的插入、

查詢、更新等。

2.4.3 系統(tǒng)性能

由于本系統(tǒng)負責(zé)現(xiàn)場各類上傳數(shù)據(jù)的接收、處理、分析和存儲，因此系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性非常重要。系統(tǒng)需具備如下性能：

1）系統(tǒng)寫入速度不低于 10000 條/秒。

2）可確保 7*24 小時穩(wěn)定*運行。

3）可支持 10000 個點的數(shù)據(jù)并發(fā)處理，并且可擴展通訊協(xié)議。

2.5 環(huán)保信息化云平臺