10米风杆优化设计及有限元分析

风是气象观测要素之一,根据中国气象局业务观测规范要求,需要测量10 m高度处的风速风向,因此在地面自动气象站中,10米风杆是常用的安装部件。文章在对原10米风杆现场测试失效原因分析的基础上,采用优化设计及系统设计等方法,从基础结构、杆体结构、材质选择等方面进行了改进,通过有限元分析的方法对风杆进行受力和变形量的计算分析,结果表明优化后的风杆具有更高的稳定性、可靠性及经济性。

北京特大暴雨中自动气象站运行分析

为提升自动气象站观测数据质量,进一步做好气象服务工作,本文首先分析了"7.21"北京大暴雨前后48个时次内,北京市气象局262个自动气象站报文的到报时间和到报率,对自动气象站设备出现的故障进行统计分析,归纳出通信中断、电源故障、中心站软件故障等三类主要原因。同时,对该过程中降水异常情况进行统计,分析导致数据异常的原因,并针对"7.21"北京大暴雨过程中自动气象站数据对气象服务造成的影响提出相应的解决对策。

北京冬奥会高山滑雪赛道测风数据研究

延庆高山滑雪赛区海拔高,局部气候特殊,气象保障团队采用了杯式风传感器与超声测风仪进行联合观测。文章研究了赛事前后的观测数据,分析得出2种传感器数据差异主要由赛道的坡度、湍流及地物影响造成;风传感器结冻现象是由过冷水、气温、相对湿度和风速共同作用产生。超声测风仪的加热功能有效保障了赛事运行期间测风数据的连续性和准确性。应用证实,2种传感器的联合使用,能够满足冬奥会精细化预报服务的要求。

基于北斗通信系统气象水文漂流浮标设计与实现

目前海洋监测大都采用锚碇浮标和Argos卫星通信技术,针对其监测范围有限、通信时限受卫星过顶时间限制、供电系统续航能力差、数据的安全得不到保证等问题,在参考已有的漂流浮标系统的基础上,设计一种新的小型化系统结构,在其经过的路径完成对相关海域的气象水文数据实时、连续、长期、准确地采集。为了最大限度地提高浮标运行时长,采用超低功耗微处理器、配置太阳能充电模块及为所有部件设置独立电源控制。浮标通信主要采用我国自主研发的北斗通信系统,不仅覆盖范围广,而且数据安全性能得到保证。实验测试结果表明该浮标数据采集及通信系统性能优良,对于深远海洋气象水文观测意义重大。

基于AM335X的农作物气象自动观测系统设计

为顺应农业气象现代化的发展需求,以及观测方式由人工观测向自动观测的转变,设计了一种基于AM335X的农业气象自动观测系统。系统依托Ubuntu嵌入式开发平台,从硬件和软件两方面设计考虑。硬件部分选取Cortex-A8核心工业控制MCU,应用于对农业观测要素的图像信息处理,利用模块化结构,提升硬件设计的层次化标准。软件部分采用Thread多线程通信机制,搭建C++函数动态链接库,将基于SSH安全协议的ftp上传软件WinSCP,作为测试系统与PC机的交互工具。基于SecureCRT软件仿真环境,对照系统各状态输出格式要求,对观测系统的要素状态文件信息与图像文件信息进行了模拟状态调试输出与上传ftp服务器功能测试。结果表明:系统能自动实现对农作物观测要素状态数据与实时生长图像的观测采集与信息上传,对以后农业气象观测自动化的推广应用提供了一定的技术参考。

基于STM32F407多路气象数据采集系统的设计

为解决气象多路数据采集智能化问题。设计了一种基于STM32F407单片机的数据采集器系统。系统用STM32F407的快速数据处理能力,对气象要素进行多通道数据采集、数据处理、数据存储且通过液晶显示并用FLASH存储数据,极大地提高了数据传输的效率。同时,通过北斗报文通信方式实现了数据的远程无线传输功能,保证数据收集能在无人看守的环境下正常的被远程监测。

一种自动气象站综合测试系统的设计

根据业务需求,设计了一种自动气象站综合测试系统,基本上能满足自动气象站设备维修、维护实际业务中的测试需求。其能够满足自动气象站设备故障的在线测试;自动气象站设备备件离线检查;采集器、智能传感器性能测试;自动气象站设备线路板级维修辅助测试;地面探测设备维护、维修培训;配备高精度传感器可以进行现场比对校验及作为应急气象站等。文章从该新型测试仪器的研究背景、研究方法、功能特点,设计方案等方面进行了叙述。

基于MSP430海洋气象漂流浮标采集器的程序设计

随着国家对海洋发展战略不断推进,为满足海洋水文气象数据的监测全面化和智能化需求。在采用MSP430系列单片机硬件平台的基础上,重点阐述漂流浮标采集器的程序设计。采集器程序在结构方面采用模块化设计,在运行控制方面采用以事件驱动的处理模式。模块化的设计使整个程序结构清晰,运行效率高;程序控制采用事件驱动控制方式,即把各种操作处理定义为事件,在需要执行时,设置相关的事件标志位。在程序的主循环中查询是否存在需要处理的事件标志,如果有则执行相关的操作处理,执行完成后,退回到主循环查询处理中。得到了较好的运行结果。

基于STM32的海洋气象要素采集系统设计

随着海洋发展战略受到国家的不断重视,为解决海洋气象要素采集问题,设计了一种以Cortex-M4内核为核心的STM32F407ZGT6处理器的海洋气象数据采集系统。该系统搭载于海洋浮标中,能够按照设计好的程序指令自主完成对所处的海洋气象数据的采集、传输、转换和处理。由于浮标要投入海洋中随着洋流漂流,本系统采用北斗通信的方式与外界进行信息交换。系统把采集到的信息存储在Flash中并将采集到的数据上传至岸上的服务器,地面工作人员用上位机软件提取服务器数据再通过人机界面进行数据分析。

智能气象站系统框架初探

基于无线传感器网络的气象站系统新框架,包括两层,分别是设备层和应用层。模拟信号采集、气象要素计算和数据格式化输出等功能位于设备前端(设备层);应用层由至少一个嵌入式系统组成,可用于实时数据收集、数据质量控制、极值统计、信息发布以及其他复杂功能。新框架的设备层聚焦于观测稳定性,而应用层关注功能扩展。随着嵌入式软件的不断丰富,地面气象观测系统将变得越来越智能。

基于北斗通信的海洋气象漂流观测仪

华云升达(北京)气象科技有限责任公司研发的海洋气象漂流观测仪是以小型浮标球为工作平台,搭载各种海洋气象水文观测以及数据通信设备,通过悬挂在水下的水帆,借助洋流的推动实现自主漂流观测。通过分析在我国南海布放工作中台风过程试验数据,表明该观测仪性能稳定、续航能力强、通信系统性能优良,对于我国深远海洋气象观测意义重大。

智能自动气象观测系统和海洋气象漂流观测仪的开发及应用

为了发展智能观测,推进观测装备的智能化和观测手段的综合化,提高我国地面气象观测水平,2012年12月,由华云集团牵头的科技部重大科学仪器专项“多要素智能气象站的研制与应用”项目获批。经过为期4年的研究工作,项目组顺利完成了研究任务。智能气象站为该项目的主要研究成果,以自动气象站为基础,利用新技术对常规传感器进行智能化,同时研发了多种特种传感器,可实现地面气象要素全自动、智能化观测。

北京市全天候称重雨量计组网运行效能

固态降水自动化观测对于预报服务,提高冬季降水观测资料的时空分辨率、减轻观测员工作强度等具有重要意义。为满足首都北京应急服务的迫切需求,北京市气象局2009年起开始建设全天候称重雨量计观测网。通过国家级台站的业务对比评估,较为全面地掌握了全天候称重雨量计的降水观测性能,结果表明其与现有业务观测设备相比仪器运行稳定、观测数据一致性较好。在2012年11月的雨雪相态复杂多变的暴雪天气过程中,全天候称重雨量计观测网为数值预报、气象服务等提供了及时、准确、可靠的观测数据,发挥了良好的经济、社会效益。

Qt下基于组件的嵌入式软件框架设计及实现

Qt是目前Linux下比较流行的C++类库,也是面向对象的软件开发环境,具有良好的跨平台性,它提出了一种新的通信机制,"信号与槽",可以替代之前的回调机制,并具有更加灵活、方便等特点。组件技术是在面向对象技术和结构化技术之上发展而来的,它将抽象程度提高到一个更高层次,进一步提高了代码的可重用性。在Qt下将基于组件的开发方法应用于智能气象站的嵌入式软件设计,根据功能需求设计了系统整体框架,将系统划分为若干组件;明确了类的继承关系、单元间通信方式和系统配置过程;描述了几个重要模块的工作流程,从而实现了嵌入式软件框架。

SL-3型双翻斗雨量传感器翻斗协调性误差分析

通过对SL-3型双翻斗雨量传感器进行模拟降水试验,分析上翻斗与计量翻斗翻动协调性带来的降水测量误差。模拟试验初步表明:当上翻斗最大承水量不合理,计量翻斗最大承水量合理时,会使翻斗翻动不协调,降水损失增加,导致实测降水偏小,如在雨强1mm/min,当上翻斗右斗最大承水量偏小0.4mL时,实测降水误差为-4%;当上翻斗最大承水量合理,计量翻斗最大承水量不合理时,计量翻斗最大承水量不合理程度对降水测量准确度影响较大,如同样在雨强1 mm/min,计量翻斗左斗最大承水量合理,当计量翻斗右斗最大承水量偏小0.4mL,实测降水误差为+11%,测量误差明显大;并且不是上翻斗(或计量翻斗)最大承水量调节合理就一定会使测量误差小,而是上翻斗与计量翻斗的协调性好才会使测量误差小。上翻斗的增加不能完全解决单翻斗雨量计因降水强度大小不同引起的测量误差,但明显缩小了不同雨强下降水测量误差偏差。提出利用虹吸原理装置代替上翻斗,减少人为调节因素的干扰,提高测量准确度。

土壤水分传感器探头的仿真分析

在分析土壤介电常数的基础上,研究了电容式土壤含水率传感器的测量原理。利用ANSYS软件建立了电容式水分传感器探头的三维模型,研究了传感器探头结构参数发生变化时,传感器对其的电容值、电场强度分布、含水率探测深度及灵敏度的影响,确定了探头的最优尺寸参数,设计了一种基于频域反射法的电容式土壤含水率传感器。仿真实验结果表明,当探头环状电极半径28 mm、轴向宽度28 mm、电极间距12 mm、电极厚度1 mm时,探头的灵敏度、信号测量强度以及探测范围均与对照产品相比显著提升,为电容式土壤含水率传感器的结构设计提供了理论依据。

利用集合深度学习方法订正空气质量数值预报结果——以新疆乌昌石城市群为例

开展基于空气质量数值模式CMAQ(社区多尺度空气质量模型)预报结果的后校正算法研究。利用集合深度学习方法,对CMAQ的PM2.5(细颗粒物)原始预报结果进行误差订正,以期提高预报准确率。该方法集合了深度神经网络模型、随机森林模型、梯度提升模型和广义线性模型4种机器学习模型,在每一个模型中结合原始的气象预报、空气质量预报和土地利用类型等多源数据作为辅助变量,对PM2.5预报浓度进行校正,最后求取4个模型的集合结果。将该方法应用于订正新疆乌(鲁木齐)昌(吉)石(河子)城市群的CMAQ预报结果,利用2018年的独立样本进行评估,订正预报结果的准确性显著提升,站点5天预报的决定系数R2为0.41~0.60,比原始预报提高60%~160%,均方根误差RMSE降低40%左右;交叉验证的站点预报R2同样提升50%~80%,RMSE下降30%左右。该订正方法的计算效率高,可以部署于业务化预报平台,进行可靠的运行。

OSSMO 2010与2004业务软件差异分析

新型自动气象站是根据当前国际先进的CAN总线技术进行设计,解决了当前自动气象站系统无法扩展新要素的问题。与之配套的新型站地面观测业务软件OSSMO 2010基于原2004版软件,具有运行稳定、配置灵活、功能扩展、界面清晰等特点,以适应未来业务发展。针对两个版本的软件功能差异,做了比对测试和分析,OSSMO2010在参数设置、数据文件、辐射和蒸发数据维护等方面做了较大改动,同时又沿用2004数据处理方式,实现现行业务无缝隙接轨。文章分析了两者的具体差异及处理方法,为台站业务人员快速掌握该软件提供参考。

综合集成硬件控制器的设计与实现

针对目前地面气象观测中设备众多、可扩展性不强等问题,本文设计了一种应用于地面气象观测的综合集成硬件控制器。设计采用以ARM9为内核的芯片级微处理器运行Linux操作系统的技术,实现了两种通信协议之间的转换和多种硬件设备之间的集成通信,解决了诸如观测设备众多、采样频次高、观测数据完整性要求高等难题。综合集成硬件控制器设计完成后,在全国多个地面气象观测台站进行使用,经过对使用情况进行统计分析,综合硬件集成控制器运行稳定,具有集成度高,扩展性强的优点。

双机冷备对称架构在区域中心站中的实现

区域站从建立之初就存在着多个供应商，设备存在着兼容性差，标准不统一等问题。给使用单位造成中心站维护、应用复杂、数据分散、可靠性差、资源浪费等问题。利用华云升达（北京）气象科技有限责任公司出版CAWSAny Where Server2013（以下简称统一版）区域自动站统一数据收集平台软件，将各厂家、各种类型观测站统一到本网络平台。为能够实现该平台的合理部署和可靠运行，本文在此统一版中心站基础上对各厂家设备的数据统一入库、系统备份、数据库备份、故障快速恢复、数据库业务应用等进行了阐述。