地面气象测温传感器设计及实验研究

地面气象测温传感器受太阳辐射的影响,测量时其辐射误差可达1 K量级。针对此问题,设计了一种新型地面测温传感器结构。使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法将多个气象参数下的仪器辐射误差进行量化,采用粒子群优化支持向量机算法对其结果进行拟合,得到辐射误差修正方程。以076B强制通风仪器的测量值作为温度基准开展场外实验。结果表明,设计的地面气象测温传感器经修正方程修正后的测量结果与温度基准的均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.029 K和0.027 K,可将辐射误差保持在0.05 K以内。

基于BLDC的气象温度传感器设计与实验研究

针对自然通风温度传感器受太阳辐射影响后测量精度较差,而强制通风温度传感器功耗大、能耗浪费严重等问题,设计了一种基于无刷直流电机(BLDC),将自然通风与强制通风相结合的新型温度传感器。首先利用计算流体动力学(CFD)方法量化传感器在不同环境变量及电机转速下的辐射误差,并基于此制定电机转速的控制策略。其次利用粒子群优化的神经网络算法对仿真数据进行训练学习,并拟合成辐射误差修正方程。最后搭建户外测试平台验证新型温度传感器的测温精度以及修正方程的修正效果。实验结果表明,新型温度传感器具有较高的温度测量精度,其修正值与基准值的差值的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为0.035℃和0.043℃。

气象预警信息智能接收处理系统的设计与实现

设计了一气象预警信息智能接收系统,实现了对各级各类发布的预警信息的解密接收、存储、检索统计和监控。提出基于混沌序列的加解密接收方法提高预警信息传输安全性;构造基于文件形式的预警信息存取方法实时存取预警信息;提出一种基于混合模式的组合向量提取方法实现预警信息接收平台信息的实时监控定位。本系统的设计实现可在实时准确接收气象预警信息的基础上,真正意义上实现集存储、检索、监控和传送为一体的预警信息实时接收,将有效保证预警信息传输的针对性、时效性、安全性和智能性。

闪电探测站点布局优化方法研究

针对闪电探测站点布局受地理条件制约的问题,提出基于布谷鸟搜索算法的站点布局优化方法。以站点坐标为自变量、站点位置范围为约束条件、目标区域内闪电平均定位误差最小为准则,确定闪电定位优化布站的目标函数,建立闪电定位布站最优化模型。实验表明,布谷鸟搜索算法优化布站后的目标区域平均定位误差为0.432 km,相比传统“Y”形、“T”形布站下的目标区域平均定位误差分别减小了17.7%和23.1%。

机载下投式探空温度传感器设计与实验研究

为降低太阳辐射对机载下投式探空仪中温度传感器的影响,设计了一种阵列式NTC珠状热敏电阻探空温度传感器。该传感器阵列通过探头间的太阳辐射误差比值推算大气环境温度的真实值。首先,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法选出传感器探头的最优引线夹角,再对表面涂覆不同太阳辐射反射率涂层的探头进行太阳辐射误差比值计算;然后利用支持向量机(support vector machine, SVM)拟合仿真,得到辐射误差比值拟合模型;最后,搭建低气压风洞以及太阳模拟器实验平台。实验结果表明,该温度传感器阵列可将测量误差降低至0.065℃,均方根误差降至0.078℃,有望将太阳辐射误差对下投式探空仪温度测量的影响降低至0.1℃以内。

用于气象观测的阵列式温度传感器流体动力学分析与实验研究

传统百叶箱和防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射会导致其温度高于大气真实温度,升温量可达0.8 K甚至更高.为提高大气温度观测精度,本文设计了一种阵列式温度传感器.利用计算流体动力学方法分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射升温量,采用遗传算法对计算结果进行拟合,获得辐射升温量修正方程.为验证阵列式温度传感器的实际性能,研制了强制通风温度测量平台.将阵列式温度传感器、配有传统防辐射罩的温度传感器和强制通风温度测量平台置于相同环境下,进行大气温度观测比对实验.配有传统防辐射罩的温度传感器辐射升温量平均值为0.409 K;与前者相比,阵列式温度传感器的辐射升温量仅为0.027 K.这种阵列式温度传感器可将辐射升温引起的误差降低约93%.辐射升温量实验测量值与修正方程修正值之间的平均偏移量为0.0174 K,均方根误差为0.0215 K,该结果验证了计算流体动力学方法与遗传算法的准确性.如果配合计算流体动力学方法与遗传算法,温度测量精度有进一步提高的潜力.

基于ATmega 16单片机的微型气象探测系统设计

设计了一种便携式低功耗微型气象探测系统,该系统以低功耗ATmega 16单片机作为核心控制部件,采用温湿度传感器、气压传感器以及光强度传感器,进行温度、湿度、气压和光照强度的测量;通过12864液晶、时钟芯片和E2PROM实现数据的显示、存储和查询。实验测试结果表明该微型气象探测系统的测量精度达到了普通气象测量要求,稳定性高。由于该气象探测系统具有微型化、低功耗、实时化和便携式等特点,因而特别适用于小区域的气象监测。

基于北斗的气象预警信息传输方法

为解决北斗短报文对气象预警信息发布过程中一份信息需要经过多次北斗短报文播报才能完成传输,以及接收端接收大量冗余数据的问题,先对气象预警信息进行编码、关联信息匹配处理,依据气象数据特点改进LZSS压缩算法,并级联LZW算法,使得最后需要传输的数据小于78.5 byte,通过实验验证,结果表明该方法能够高效地将气象预警信息通过北斗短报文传输发布到相应的接收端,为气象预警信息发布提供了一种新思路。

综合气象观测运行监控系统监控信息的标准化与传输

为加强气象探测保障能力,提高气象观测数据的可用性,规范监控信息发送的标准化,提高气象设备维护维修的实效性,利用Visual Studio 2010编写了监控快报、监控日报短信发送软件。该软件自投入使用以来,监控快报、监控日报的发送越来越规范,人为因素导致的不规范现象锐减,取得了良好的效果。

实验室智能监控系统设计

设计了一种基于PLC+STM32的智能实验室SCADA系统。RTU硬件采用分散式的结构,将原来由一个MCU完成的复杂任务分散给多个MCU共同完成,系统可靠性和数据处理速率得到大幅度提高。RTU软件遵循可配置性原则,每个GPIO可以针对不同的用途重新配置成,提高了软件的开发效率。调试结果表明,该系统运行稳定,保证实验室各环境参数满足设定要求。

气象探测设备常见故障分析

通过综合气象观测运行监控系统对黑龙江省高空探测设备和地面观测设备常见故障进行统计分析,着重分析了新一代天气雷达和自动气象站常见故障。自2016年自动气象站观测采用双套站并轨运行以来,数据要素缺测问题频发,迫切需要解决。此外,对探空雷达、自动土壤水分站、闪电定位仪故障进行分析,对各类观测设备故障分类总结,找出其产生的原因。针对黑龙江省的实际情况提出了设备维护维修建议,这对提高全省气象观测设备的运行保障能力具有重要意义。

小区域气象要素不同方法插值的性能分析

为了有效显示小区域气象观测要素分布,文章分析了显示气象观测要素的各种方法,指出了离散显示、连续显示的特点,在不同幂指数下,利用反距离加权内插法对南京信息工程大学西苑老食堂及周边区域的气温、湿度、气压进行了处理,在同一时间下,与普通克里金内插法进行了比较,结果表明反距离加权内插法优于普通克里金内插法,更适合准确、清晰地显示小区域的气温、湿度和气压气象要素的分布。

多旋翼无人机在气象探测中的现状与展望

针对传统气象探测方法在时间与空间分辨率上存在的缺陷,本文介绍了具有低成本、易部署、高机动特点的多旋翼无人机在气象探测领域的优势,重点阐述了多旋翼气象无人机所搭载的气象载荷以及多旋翼气象无人机所采用的两种探测模式,分析了多旋翼气象无人机在发展过程中的关键技术,结合现代电子技术、飞行控制技术、微传感器技术对未来气象探测的发展方向以及多旋翼气象无人机的研究重点做出了合理的展望,为多旋翼气象无人机的推广提供了必要的参考。

用于气象探测的低辐射误差温度传感器设计

为了降低太阳辐射对温度传感器测量精度的影响,提出了一种低辐射误差温度传感器设计.该传感器系统包括不同涂层外壳的铂电阻探头、信号调理电路、嵌入式处理系统及误差修正算法构成.在不同太阳辐射强度下,利用不同涂层传感器的温升比值不变,推算出真实的大气温度.采用计算流体动力学方法（CFD）仿真计算出的辐射温升比值为2.31,实测比值为2.23.实验结果表明,通过低辐射误差温度传感器推算的温度值与真实大气温度值误差在0.09 - 0.26 C之间.与传统气象站使用的温度传感器相比,这种低辐射误差温度传感器具有精度高、响应速度快、体积小等优点.

应用于气象探测的双加热温度传感器设计

为消除高空气象探测等领域中温度传感器的沾水误差,提出了一种新颖的双加热温度传感器,利用温度测量元件交替加热测量的方法获得不同风速及降水强度条件下沾水误差与时间常数的变化。通过拟合对应的函数关系可实现沾水误差修正和降水强度测量功能。实验结果表明,在一定的风速及降水强度范围内,该传感器能使沾水引起的误差从±0.3℃降低至±0.1℃以下,降水强度测量误差低于±0.2 mm/min。与传统探空仪温度传感器相比,该双加热温度传感器不但精度高,具有消除沾水误差的能力,亦可初步实现降水强度的测量。

高校实验室管理的几点体会

实验室管理状况直接影响到教学实验和科研工作能否顺利、高效进行.本文总结了高校实验室日常管理中的一些体会,并简要介绍了Labman实验室管理系统在实际中的应用.

用于气象探测的阵列式球型温度传感器设计

太阳辐射是影响大气温度观测精度的主要因素,为降低辐射误差,文中提出一种阵列式球形温度传感器设计,无需安装于百叶箱或防辐射罩内。该传感器利用阵列式球形温度传感器之间的辐射误差比值关系,可推导出环境温度的真实值。首先,利用计算流体动力学(CFD)方法计算出阵列式球形温度传感器相互之间的辐射误差比值。然后,采用极限学习机(ELM)算法获得该比值与环境各因素之间的关系。最后,为验证阵列式球形温度传感器的观测精度,以基于太阳模拟器的实验平台测试数据为参考,进行标准气温测量对比实验。实验结果表明,文中提出的阵列式球形温度传感器均方根误差为0.16 K。

地面气象测量温度传感器的设计与实验研究

根据国家基准气候站和基本气象站的记录,近54年来我国年平均地表气温变化幅度为1.3℃。然而实际测量过程中,观测站采用的百叶箱和防辐射罩的辐射误差通常可达1℃以上。为了降低辐射误差,提出了一种地面气象测量温度传感器。该传感器包括导流通风防辐射罩、高反射率铂电阻探头、高精度嵌入式温度采集系统及误差修正算法。首先,通过计算流体动力学(CFD)方法计算不同环境因素下的辐射误差;然后,利用反向传播(BP)神经网络算法进行拟合仿真得到辐射误差修正公式模型;最后,在室外综合观测基地对此温度传感器测量精度进行验证。结果表明:温度传感器的修正值与参考值的误差ΔT平均值为0.052℃,均方根误差为0.039℃,有望将辐射误差降至0.1℃以内。

一种气象温度传感器设计及实验研究

针对传统防辐射罩内气流不易流通以及其工作能耗较大的问题,提出了一种具有低辐射误差、组合自然通风与强制通风的气象温度传感器设计。首先使用计算流体动力学(CFD)仿真分析在不同环境变量和风扇速度下的辐射误差优化设计,其次利用支持向量回归(SVR)算法训练仿真结果得到预测模型,最后搭建户外实验测试平台验证本设计的可行性以及预测模型的测量精度。实验结果表明,本文提出的气象温度传感器可将测量辐射误差降低至0.05℃以内,其降低辐射效果显著且预测模型准确度高,实验值与076B强制通风防辐射罩测量值的均方根误差为0.185℃,与预测值的均方根误差是0.129℃。

基于样条插值法与GIS的江苏省暴雨洪涝风险评估

暴雨洪涝灾害更是种十分常见的自然灾害，所以对其风险评估刻不容缓。该文利用到江苏1957-2007年的降水资料，将整个评估流程划分为四个部分，致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和抗灾因子安全性，其中自然灾害中导致灾害直接发生的因素即是致灾因子，因此对致灾因子的正确评估对整个评估起着举足轻重的作用。其中选取样条插值法中的张力样条函数来处理致灾因子部分，能形成一个比较光滑的曲线，比较真实的符合降雨情况，然后结合灾害评估方法、层次分析法、ArcGIS空间处理方法、加权综合评价法，以县为单位，公里为栅格进行评估。结果表明江苏省的自然风险呈从南至北逐渐增加，风险较高地区主要集中在苏北例如宿迁、徐州、淮安等城市一带，其结果与历年灾情相符合。