移动式气象站的制作方法

本实用新型涉及一种移动式气象站。

背景技术：

随着环境的影响越来越广泛地被重视以来，各种环境参数被提上监测议程。在环境检测、工业风道检测以及危险性气体的测量等工业生产和科学研究中都对移动式气象站有着广泛的应用需求。例如森林火灾现场，需要使用到不断变化的风速、风向数据来做出科学的现场指挥，从而有效的阻止火势的蔓延。又例如可以在移动气象站上加载PM2.5监测仪接入到系统中，来监测附近区域的PM2.5浓度值变化，根据移动气象站的数据可以判断出PM2.5输送方向等。在重大事件气象活动中，移动气象站也能提供地面气象数据的基础资料。风速风向作为其中特别重要的气象要素之一，尤其在航海、现场应急气象服务等的建设中都需要移动式风速风向测量系统。随着移动载体动态移动过程中，精确定位及实时的风速风向测量是首要难点问题，不仅影响到后续的其它参数测量，更甚者恶劣气象环境使仪器不能测量。

本实用新型公开了一种新型的采用多模块组合的移动式气象站，克服了现有技术中不能够在移动条件下判断准确的风速风向，并且不能在极端天气下进行移动测定气象数据的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，现有移动气象站不能够判断准确的风速风向，并且不能够在极端天气下进行移动测定，提供了一种移动式气象站，该气象站能实现高可靠性的实时准确风速、风向数据及准确定位数据的测定，并在极端天气下能够得到准确的数据。

为解决上述技术本实用新型所采取的技术方案是：一种移动式气象站，其特征在于，包括风速风向传感器1、固定气象仪2、高精度GPS定位模块3、固定支架5、太阳能供电模块7、系统集成模块8、底盘装置9、螺旋桨10、移动载体11；其特征在于：太阳能供电模块7固定在系统集成模块8箱体外侧；固定支架5从上到下依次安装了风速风向传感器1、固定气象仪2、系统集成模块8和三轴电子罗盘模块4；移动载体11位于底盘装置9下方。

上述技术方案中，所述系统集成模块8和三轴电子罗盘模块4位于固定气象仪2下方，分布在固定支架两侧。

上述技术方案中，所述三轴电子罗盘模块4安装在固定支架5上，与支架间的倾斜角度范围在45～120度之间。

上述技术方案中，所述三轴电子罗盘模块4航向精度为0～0.5°，分辨率为0～0.2°。

上述技术方案中，所述三轴电子罗盘模块4正上方外置高精度GPS定位模块3，三轴电子罗盘4中含有三维磁阻传感器、倾角传感器和温度补偿系统。三维磁阻传感器采用三个互相垂直的磁阻传感器，检测各自对应地磁场变化量，综合三个方向变化量计算航向值；电子罗盘发生倾斜时，倾角传感器对电子罗盘进行倾斜补偿，保证航向数据准确无误；倾角传感器和三维磁阻传感器指向角产生温度漂移时，温度补偿系统可以最大限度减少温度对三轴电子罗盘的影响。

上述技术方案中，所述太阳能供电模块7由1～4片功率为30～50W的太阳能板组成。

上述技术方案中，所述太阳能供电模块7充放电电池由移动载体11内部的移动电源提供。

上述技术方案中，气象站中安装1～2块蓄电池(6)，电池容量为50～70AH的铅酸电池。

上述技术方案中，所述电缆接头选用湿插拔接头。

上述技术方案中，所述系统集成模块8内部配备有数据采集装置、低压检测装置及4G无线网卡无线远程自动收发装置。

上述技术方案中，所述固定气象仪2中内置传感器、加热设备、浪涌保护器，其中所述内置传感器包括：温湿度传感器、气压传感器、降水传感器和风传感器；加热设备为加热温度传感器Th；浪涌保护器为紧凑型瞬态过电压抑制器；所述内置传感器、加热设备以及浪涌保护器：位于固定气象仪2内部的降水传感器下面和风传感器内部的加热设备使降水传感器和风传感器上面不会堆积冰雪。降水传感器下面的加热元件(Th)控制加热，系统检测到内部设置的最低温度临界值时，启动加热功能；气象站设置浪涌保护器装置是一种适合室外使用的紧凑型瞬态过电压抑制器，用于防止高空雷击和防止浪涌干扰。

上述技术方案中，所述固定支架5及底盘装置9减振等级为10～15dB，其中底盘装置采用底盘超宽稳固式安装方式，固定支架用来固定部件和走线。

使用本发明的技术方案，移动式气象仪包括九个相对独立又相互关联模块，各个模块之间协同工作,高精度GPS定位模块和三轴电子罗盘模块，弥补了传统气象站在移动状态下无法得到真实风向风速值的缺点，实现了移动式气象站的自动定位和移动式气象站及整车的精确风速风向的自动校准。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：1、本发明移动气象站在固定气象站观测的空气温度、湿度、风速、风向、雨或雪量、气压六要素基础上，添加了三轴电子罗盘模块，准确测定真风向，不受移动载体行驶速度变化等的影响。2、添加了高精度GPS模块，精确定位和精准计算风速；同时也能输出所观测数据与之对应的GPS坐标。保证了数据的准确性，结构简单，移动方便；3、添加了加热设备，具备加热功能，位于降水传感器下面和风传感器内部的加热设备使降水传感器和风传感器上面不会堆积冰雪。降水传感器下面的加热元件(Th)控制加热，能够防止水汽、结冰、雾气等对测量产生的影响，保证测量数据的准确性，即使在超低温情况下，仪器也能正常工作，当禁用加热功能时，加热会关闭，应用灵活方便；4、添加了风速风向传感器，能够第一时间视觉感知风向及风速强度，为初步观测风速风向值提供了第二种途径。

附图说明

图1为本发明一种移动式气象站结构示意图。

图1中：1为风速风向传感器、2为固定气象仪、3为高精度GPS定位模块、4为三轴电子罗盘模块、5为固定支架、6蓄电池、7为太阳能供电模块、8为系统集成模块、9为底盘装置、10为螺旋桨。

图2是在图1的基础上增加了11为移动载体，所述移动载体为普通公务车，或船舶、无人机等移动式载体。

采用移动气象站中的固定气象仪2实时监测现场的气象要素，包括实际风向、实际风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量；同时采用移动气象站中的风速风向传感器1测量机械风速和机械风向以及实际风向与移动载体的行驶方向的夹角α；三轴电子罗盘模块4用来精确指向，内部三个互相垂直的磁阻传感器使三轴电子罗盘模块精准测量航向；浪涌保护器防止浪涌通过接线端口进入干扰移动气象站且防雷击作用；高精度GPS定位模块3计算移动载体在行驶过程中产生的经度纬度，同时先计算出移动载体行驶过程中产生的相对风，计算移动载体的行驶速度；系统集成模块8将上述步骤中传输来的各组数据信号进行运算和整合后将最终校正后的数据结果实时通过数据采集器由4G无线网络传输到数据收集部门，完成气象数据的实时监测。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

【实施例1】

一种如图1所示的移动式气象站，搭载固定气象仪、风速风向传感器、高精度GPS定位模块、三轴电子罗盘模块，其中固定气象仪中具有内置传感器和浪涌保护器；三轴电子罗盘模块与支架间的夹角为90度，航向精度为0.5°，分辨率为0.2°、三轴电子罗盘模块中具有三维磁阻传感器和倾角传感器、太阳能板40w功率的2片，系统集成模块，移动载体，在道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续10小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1。

【实施例2】

一种如图1所示的移动式气象站，搭载固定气象仪，其中固定气象仪中具有内置传感器、加热设备和浪涌保护器，风速风向传感器、高精度GPS定位模块、三轴电子罗盘模块，其中三轴电子罗盘模块与支架间的夹角为90度，航向精度为0.5°，分辨率为0.2°、三轴电子罗盘模块中具有三维磁阻传感器和倾角传感器；太阳能板40w功率的2块，系统集成模块，移动载体，在道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续10小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1。

【实施例3】

一种如图1所示的移动式气象站，搭载固定气象仪，其中固定气象仪中具有内置传感器、加热设备和浪涌保护器，风速风向传感器、高精度GPS定位模块、三轴电子罗盘模块，其中三轴电子罗盘与支架间的夹角为90度，航向精度为0.5°，分辨率为0.2°、三轴电子罗盘模块中具有三维磁阻传感器、倾角传感器和温度补偿系统；太阳能板40w功率的2块，系统集成模块，移动载体，在道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续10小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1。

【比较例1】

一种传统移动式气象站，与实施例1中的气象站相比，没有高精度GPS定位模块，其他设备完全相同，在与实施例1相同的测定条件下，在道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续10小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1。

【比较例2】

一种传统移动式气象站，与实施例1中的气象站相比，没有三轴电子罗盘模块，其他设备完全相同，在与实施例1相同的测定条件下，在道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续10小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1：

【比较例3】

采用一种现有传统气象站，不具备高精度GPS定位模块和三轴电子罗盘模块，同时固定气象仪中也不设置加热设备，其他设备与实施例2完全相同。在相同监测环境下，传统气象站监测的数据如下(单位:mg/L)：风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表1：

为考察移动气象站数据是否准确，现采用移动监测区域内的一个二级露天固定式气象站的监测数据作为参考数据。该固定气象站采用传统气象监测仪，无辅助加热设备，测定温度范围为0～40℃，测定区域范围为半径5千米内实时气象数据，测定的气象参数分别为：雨或雪量、温湿度、风速风向值和大气压。

表1

如表1中实例2和实例3所示，分别在极端温度条件下，采用本发明移动气象站能够测定极端温度条件下的雨量、风速和风向，而传统固定气象站不能测得数据。

通过上述数据分析对比，本发明的移动气象站搭载高精度GPS定位模块和三轴电子罗盘模块在测定动态条件下取得了很好的效果。与传统固定气象站测量数值相比，能够监测极端温度条件下的气象状况。

【实施例4】

采用与实施例3相同的移动式气象站，搭载固定气象仪，其中固定气象仪中具有内置传感器、加热设备和波浪保护器，风速风向传感器、高精度GPS定位模块、三轴电子罗盘模块，其中三轴电子罗盘与支架间的夹角为90度，航向精度为0.5°，分辨率为0.2°、三轴电子罗盘模块中具有三维磁阻传感器、倾角传感器和温度补偿系统；太阳能板40w功率的2块，系统集成模块，使用相同的5辆移动载体，速度分别采用20、30、40、50和60km/h，在同一道路上行驶每2个小时检测一次数据，连续8小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果详见表2。

为考察移动气象站数据是否准确，现采用移动监测区域内的一个二级露天固定式气象站的监测数据作为参考数据。该固定气象站采用传统气象监测仪，无辅助加热设备，测定温度范围为0～40℃，测定区域范围为半径5千米内实时气象数据，测定的气象参数分别为：雨或雪量、温湿度、风速风向值和大气压。

现场固定气象站测量数据

表2

从表2中可以看出，本发明的移动气象站在不同的移动速度下均能够获得准确的监测结果。

【实施例5】

采用与实施例3相同的移动式气象站，搭载固定气象仪，其中固定气象仪中具有内置传感器、加热设备和浪涌保护器，风速风向传感器、高精度GPS定位模块、三轴电子罗盘模块，其中三轴电子罗盘与支架间的夹角为90度，航向精度为0.5°，分辨率为0.2°、三轴电子罗盘模块中具有三维磁阻传感器、倾角传感器和温度补偿系统；太阳能板40w功率的2块，系统集成模块，在温度为-20℃、-10℃、40℃分别每1个小时检测一次数据，连续5小时气象站监测的数据风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨或雪量，结果分别详见表3、表4、表5。

为考察移动气象站数据是否准确，现采用移动监测区域内的一个二级露天固定式气象站的监测数据作为参考数据。该固定气象站采用传统气象监测仪，添加辅助加热设备，测定温度范围为-20℃～40℃，测定区域范围为半径5千米内实时气象数据，测定的气象参数分别为：雨或雪量、温湿度、风速风向值和大气压。

现场固定气象站测量数据(环境温度为-20℃)

表3

为考察移动气象站数据是否准确，现采用移动监测区域内的一个二级露天固定式气象站的监测数据作为参考数据。该固定气象站采用传统气象监测仪，添加辅助加热设备，测定温度范围为-20℃～40℃，测定区域范围为半径5千米内实时气象数据，测定的气象参数分别为：雨或雪量、温湿度、风速风向值和大气压。

现场固定气象站测量数据(外界温度为-10℃)

表4

为考察移动气象站数据是否准确，现采用移动监测区域内的一个二级露天固定式气象站的监测数据作为参考数据。该固定气象站采用传统气象监测仪，添加辅助加热设备，测定温度范围为-20℃～40℃，测定区域范围为半径5千米内实时气象数据，测定的气象参数分别为：雨或雪量、温湿度、风速风向值和大气压。

现场固定气象站(外界气温为40℃)

表5

从表3、表4、表5中可以看出，本发明的移动气象站在极端低温及范围内高温条件下均能够获得准确的监测结果。