氣象災害自動化監測預警系統的制作方法

本實用新型涉及的是氣象預警技術領域，具體涉及氣象災害自動化監測預警系統。

背景技術：

氣象災害是自然災害中最為頻繁而又嚴重的災害，而我國是世界上自然災害發生十分頻繁、災害種類甚多，造成損失十分嚴重的少數國家之一，每年由于干旱、洪澇、臺風、暴雨、冰雹等災害危及到人民生命和財產的安全，國民經濟也受到了極大的損失，而且，隨著經濟的高速發展，自然災害造成的損失亦呈上升發展趨勢，直接影響著社會和經濟的發展，因此，做好防御和減輕氣象災害，保護國家和人民生命財產安全，各級氣象主管機構所屬的氣象臺站向社會公眾發布氣象災害預警信號是十分普遍的方式。

現有的氣象預警裝置存在以下問題：監測數據難以做到快速回傳、快速處理分析，難以快速了解信息，且受制于時間、空間、成本的限制，難以隨時隨地掌握現場信息；此外，由于天氣條件、項目執行過程的需求變化、周邊環境變化引起的監測頻率增加從而導致監測成本劇增，不利于氣象預警的快速應用和發展。

為了解決上述問題，設計一種新型的氣象災害自動化監測預警系統還是很有必要的。

技術實現要素：

針對現有技術上存在的不足，本實用新型目的是在于提供一種氣象災害自動化監測預警系統，結構簡單，設計合理，操作便捷，監測數據真實穩定，處理分析迅速，實現全程隨時隨地地掌握現場信息，可重復利用，節省人力成本，兼容性好，實用性強，易于推廣使用。

為了實現上述目的，本實用新型是通過如下的技術方案來實現：氣象災害自動化監測預警系統，包括前端采集單元、中段傳輸單元和網絡平臺，前端采集單元與中段傳輸單元連接，中段傳輸單元與網絡平臺連接，所述前端采集單元包括有大氣壓強傳感器、輻射傳感器、光照傳感器、土壤水份傳感器、大氣溫濕度傳感器、風速儀、風向儀、雨雪傳感器、降雨量傳感器、土壤溫度傳感器、固定式測斜儀、GPS定位儀，前端采集單元可實現現場監測數據全自動采集和主動發送，能夠兼容多種類型的傳感器，可以處理模擬量、數字量信號，可以根據具體監測項目的差異，減少或擴容接入的傳感器設備，上述傳感器均接至中段傳輸單元。

作為優選，所述的中段傳輸單元由MCU智能測量單元、DTU單元、基站組成，MCU智能測量單元與包含多個傳感器的前端采集單元連接，MCU智能測量單元接DTU單元，DTU單元與基站連接，基站通過3G、4G、GPRS、Internet、北斗無線通訊網絡中的一種或組合與網絡平臺連接，中段傳輸單元采用 GPRS、網橋、電臺、4G 網絡等成熟無線傳輸設備手段，靈活組網，滿足監測項目所處不同區域的通訊網絡狀態要求，因地制宜地布設有線或無線通訊網絡，實現全天候監測數據的快速傳輸、處理、分析。

作為優選，所述的網絡平臺包括有服務器、防火墻、交換機、手機、筆記本、臺式機、打印機，服務器與無線通訊網絡連接，服務器連接有防火墻，防火墻與交換機連接，交換機分別與手機、筆記本、臺式機、打印機連接，手機與無線通訊網絡連接，網絡平臺實現移動平臺如手機、平臺電腦等移動智能平臺的數據訪問、接受預警信息，實現實時地數據查詢、遠程設置、遠程查看設備運行信息，各類型圖標如柱狀圖、折線圖、趨勢圖的展示及簡單報表輸出，包含每天定時指定路徑輸出、即時手動輸出等。

作為優選，所述的大氣壓強傳感器、輻射傳感器、光照傳感器、土壤水份傳感器、大氣溫濕度傳感器、風速儀、風向儀、雨雪傳感器、降雨量傳感器、土壤溫度傳感器、固定式測斜儀、GPS定位儀、MCU智能測量單元、DTU單元、基站均安裝在自動化監測站中，自動化監測站中還包括有提供動力來源的電源系統，電源系統由一個或多個太陽能電池板并聯穩壓器和一個或多個充電池組成。

作為優選，所述的自動化監測站設置有多個，每個自動化監測站均通過無線通訊網絡與網絡平臺連接，自動化監測站作為本地監測站點，全自動化的、無人值守的、實時的采集各類、多個監測傳感器的數據，并本地存儲，處理分析、數據上傳，自動化監測站能夠采集多種傳感器數據，主要由于其采集器的智能化、模塊化、擴展化的設備特性，采集器內部可以增加或減少不同傳感器的采集模塊，實現對采集傳感器種類與數量的擴容與減少，與網絡平臺互動實現對監測站的自動化管理，如設備運行日志、數據管理、自動化關鍵設備控制，如固件更新與故障維護等。

本實用新型的有益效果：(1)監測數據穩定可靠：采用成熟的無線采集和發送技術，通過設備自檢、設定閾值、系統異常判定機制等技術手段，保證監測數據的真實可靠、不間斷回傳，快速處理、分析。

(2)隨時隨地地掌握信息：系統實現在線遠程操控，配置定時和即時兩種采集模塊，通過本地服務器或移動智能終端設備，突破時間、空間、成本的限制，實現全程隨時隨地地掌握現場信息。

(3)重復利用價格低廉：本系統前端采集所涉及的無線發送模塊及數據集成模塊均為可重復性利用產品，設備安裝、調試完畢即可實現數據的采集、傳輸工作，監測工程結束后可回收；整個監測過程中僅需安裝人員進行部分硬件維護和部分硬件現場或遠程升級更新，極大地節省人力成本；解決了因天氣條件、項目執行過程的需求變化、周邊環境變化引起的監測頻率增加從而導致監測成本劇增的問題。

(4)兼容性強應用廣泛：本系統可兼容大部分監測市場上現有或普及監測元件、設備及儀器，系統對元件設備的適應、兼容性極強；在此基礎上，系統實現工程監測多參數的采集，可廣泛地應用于氣象監測、水利工程監測、防災監測、隧道監測、環境監測、隧道監測、橋梁監測等監測工程，結合系統管理平臺，自由組合，實現大數據平臺和單一工程系統的有機結合。

(5)操作界面友好，操作便捷：將系統軟件平臺設置為前端展示、分析數據、查看設備在線狀態；后端設置設備參數、查看設備在線狀態。前端主要為管理者提供便捷操作、通觀全局服務，后臺主要為工程專業技術人員安裝調試、設定各類參數、系統維護服務。在前后端各項注釋清晰、化繁為簡，操作便捷，以實際需求為出發點，有效區分不同用戶群體，同時，按照根據用戶級別給予不同操作權限，避免失誤操作和造成不必要的后果。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式來詳細說明本實用新型；

圖1為本實用新型的結構框圖；

圖2為本實用新型自動化監測站的結構框圖；

圖3為本實用新型多個自動化監測站的應用結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本實用新型。

參照圖1-3，本具體實施方式采用以下技術方案：氣象災害自動化監測預警系統，包括前端采集單元1、中段傳輸單元2和網絡平臺3，前端采集單元1與中段傳輸單元2連接，中段傳輸單元2與網絡平臺3連接，所述前端采集單元1包括有大氣壓強傳感器101、輻射傳感器102、光照傳感器103、土壤水份傳感器104、大氣溫濕度傳感器105、風速儀106、風向儀107、雨雪傳感器108、降雨量傳感器109、土壤溫度傳感器110、固定式測斜儀111、GPS定位儀112，前端采集單元1可實現現場監測數據全自動采集和主動發送，能夠兼容多種類型的傳感器，可以處理模擬量、數字量信號，可以根據具體監測項目的差異，減少或擴容接入的傳感器設備，上述傳感器均接至中段傳輸單元2。

值得注意的是，所述的中段傳輸單元2由MCU智能測量單元201、DTU單元202、基站203組成，MCU智能測量單元201與包含多個傳感器的前端采集單元1連接，MCU智能測量單元201接DTU單元202，DTU單元202與基站203連接，基站203通過3G、4G、GPRS、Internet、北斗無線通訊網絡中的一種或組合與網絡平臺3連接，中段傳輸單元2采用 GPRS、網橋、電臺、4G 網絡等成熟無線傳輸設備手段，靈活組網，滿足監測項目所處不同區域的通訊網絡狀態要求，因地制宜地布設有線或無線通訊網絡，實現全天候監測數據的快速傳輸、處理、分析。

此外，所述的網絡平臺3包括有服務器301、防火墻302、交換機303、手機304、筆記本305、臺式機306、打印機307，服務器301與無線通訊網絡連接，服務器301連接有防火墻302，防火墻302與交換機303連接，交換機303分別與手機304、筆記本305、臺式機306、打印機307連接，手機304與無線通訊網絡連接，網絡平臺3實現移動平臺如手機、平臺電腦等移動智能平臺的數據訪問、接受預警信息，實現實時地數據查詢、遠程設置、遠程查看設備運行信息，各類型圖標如柱狀圖、折線圖、趨勢圖的展示及簡單報表輸出，包含每天定時指定路徑輸出、即時手動輸出等。

本具體實施方式所述的大氣壓強傳感器101、輻射傳感器102、光照傳感器103、土壤水份傳感器104、大氣溫濕度傳感器105、風速儀106、風向儀107、雨雪傳感器108、降雨量傳感器109、土壤溫度傳感器110、固定式測斜儀111、GPS定位儀112、MCU智能測量單元201、DTU單元202、基站203均安裝在自動化監測站4中，各類傳感器主要負責感知氣壓、溫度(空氣與地層)、濕度(空氣與土壤)、風向、風速、雨量、日照、輻射、地質變化、位置等物理信息，并轉化為電信息，供采集器采集。

系統由一個或若干分布在不同區域內的自動化監測站通過通信鏈路組成的, 從而構成廣區域內的、全面的、綜合性的、實時的預警系統。自動化監測站作為本地監測站點，全自動化的、無人值守的、實時的采集各類、多個監測傳感器的數據，并本地存儲，處理分析、數據上傳，自動化監測站能夠采集多種傳感器數據，主要由于其采集器的智能化、模塊化、擴展化的設備特性，采集器內部可以增加或減少不同傳感器的采集模塊，實現對采集傳感器種類與數量的擴容與減少。與網絡平臺互動實現對監測站的自動化管理，如設備運行日志、數據管理、自動化關鍵設備控制如固件更新與故障維護等；采集器是自動化監測站的核心，其主要功能是數據采樣、數據處理、數據存儲及數據傳輸控制，以每分鐘完成一次全部數據收集的頻率，數據存儲器容量至少能滿足30天的數據采集存儲要求，并能在本地存儲器內形成數據文件，方便現場調試與用戶現場讀取，其主要技術性能為：數據采樣速率、存儲容量及算法約定。

自動監測站的數據傳輸通過無線方式，如GPRS/3G/4G/遠程電臺等無線通訊方式，在不同的應用環境下，對自動化監測站的數據傳輸也會要求不同，多種可選擇的無線通訊方式滿足不同條件下的數據傳輸要求。對于需要傳輸的數據種類與數量，采集器內建電子數據庫，不同種類的傳感器在電子數據庫中都有其對應位置，或可重新定義、復制定義等操作，滿足了多種類數據存儲與傳輸。

自動化監測站4中還包括有提供動力來源的電源系統，電源系統由一個或多個太陽能電池板并聯穩壓器和一個或多個充電池組成，可實現電源自供給，如太陽能發電，在市電滿足的情況下，也可直接接入市電；一般而言，太陽能電池板的輸出是其最佳的只有每天 5 個小時，因此安裝角度和位置是至關重要的，在北半球的太陽能電池板將被安裝成面向南，南半球的則面向北，安裝的角度則各有不同，但安裝的角度絕不應為 5 度，是因為會使灰塵積聚而令電力輸出下降，電源系統系統的電池能量存儲至少滿足自動化監測站 20 天正常工作。

本具體實施方式是一種無人值守的、能自動化地監測、存儲、上傳氣象觀測數據與相關的地質數據的監測預警系統，主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統電源、信息化軟件等組成, 隨著氣象要素值的變化，各種傳感器的感應元件輸出的電量產生變化，這種變化量被 CPU實時控制的數據采集器所采集，經過線性化和定量化處理，實現工程量到要素量的轉換，再對數據進行篩選，得出各個氣象要素值和關聯的地質變化要素值。系統監測項目主要包括氣壓、溫度(空氣與地層)、濕度(空氣與土壤)、風向、風速、雨量、日照、輻射、地質變化、位置等要素, 數據采集頻率較高，每分鐘采集并存儲一組觀測數據。

各個自動化監測站負責監測區域內各要素值，按照一定的時間周期采集、本地存儲，再以一定時間周期通過無線方式(GSM/GPRS/3G/4G/北斗無線通訊方式)上傳至網絡服務器上，網絡服務器負責接收、存儲各個自動化監測站的數據，并做各類圖表統計、分析，同時提供各類終端用戶的訪問服務管理功能，如出現超過預警值問題，網絡服務器負責信息推送，告知各類終端用戶提高警惕與關注。各類終端用戶可通過手機、筆記本、臺式電腦等設備，隨時依據自己擁有的權限訪問網絡服務器，查看、下載、打印原始數據、統計報表等各類信息。

本具體實施方式的系統功能：(1)氣象環境監測：系統可以采集監測中的12大項氣象要素，包括大氣溫度與壓力、環境濕度，平均風速風向，瞬時風速風向，降水量，降雨天數，光照時數，太陽直接輻射，土壤溫度，土壤熱通量，土壤水分、地下水位，實時數據采集、展示，實時/歷史曲線圖展示、報表輸出，以及校正時間。

(2)地質變化監測：系統可以監測的地質深層的水平位移、地表垂向位移(沉降)、大面積地表遷移；通過在監測位置處垂直打入測斜管，將多個測斜儀連成一串放入測斜管中固定式監測地表以下地質在受土壤水份、溫度變化等影響下的內部水平滑移位移；通過在監測位置上安裝高精度 GPS，監測地表在地層內部改變情況下發生的垂向位移或水平表面的大面積遷移；實時數據采集、上傳，提供預警通報，為地質防災提供可靠依據，提升災害與安全事故預防管理能力。

(3)深化擴展功能：系統可以根據特殊用戶要求，在系統原有功能上開發、定制用戶特需功能，如減少監測地質變化的測斜儀和 GPS 定位系統后系統可以實現全自動化的氣象監測系統，如系統僅保留土壤水份傳感器、僅增加酸堿度傳感器后系統可以實現全自動墑情監測系統，如增加水位、水流等傳感器后系統可以實現水利工程在線監測系統等，通過前端采集的傳感器種類或數量的改變與終端采集器實現對不同傳感器輸出信號的采集，系統演變會多種形式，完成不同在線監測需求，還如礦上工程在線監測、市政工程在線實時監測、基坑監測與深挖掘的在線實時自動化監測等。所以，系統的靈活深化擴展能力足以強大支撐不同在線實時監測項目的需求，因此，使用戶能夠通過一個系統管理多個項目，大大節約系統開發成本及不同數據融合的繁雜工作量。

(4)多傳感器兼容：系統能夠兼容多種類型的傳感器，主要在于采集器和數據庫兩個方面的靈活性與擴展性，采集器實現模塊化與堆棧化設計，可以減少或增加不同采集模塊(用于采集輸出不同信號的傳感器)，采集模塊可以方便地堆棧化安裝在采集器中，更新采集器的固件能夠實現對不同傳感器數據的收集傳輸，數據庫中能夠支持但很多種類傳感器的數據形態，通過自定義方式，可以使能當前能夠支持的或增加定義新種類的傳感器數據形態，滿足不同種類傳感器的接入；系統對不同傳感器類型的數據采集是互不影響，數據真實并穩定。

本具體實施方式監測數據穩定可靠，保證監測數據不間斷回傳，快速處理、分析，能隨時隨地掌握信息，實現在線遠程操控，操作便捷，兼容性強，且能重復利用，價格低廉，具有廣闊的市場應用前景。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。