一种高铁可视化自动气象站系统的制作方法

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本实用新型气象观测技术领域。


背景技术：

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随着高速铁路的飞速发展，让高铁运行避免恶劣天气的影响有着重要的意义。高铁作为一种高效的运输方式，比起航空、水路、公路交通，铁路交通受天气影响的程度最小。在一般雷雨、风、雾、雪等天气下都能运行。但是并不能说高铁在任何天气下都能跑，就目前的技术而言，在某些极端天气情况下行驶，并不现实。一味追求任何气象条件下都高速运行，成本将会非常高。高铁高速运行与天气仍有密切联系。大风、雷电、暴雨洪水、冰雹、积雪、积沙、大雾等灾害性天气都可对高铁运行产生影响。因此需要一种地面气象观测系统来检测高铁高速运行环境的温度、湿度、光照强度、雨量、风速、风向、气压等基本气象要素，起到对气象灾害，重大灾害事故预警和预防作用。


技术实现要素：

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针对上述问题，本实用新型提出一种高铁可视化自动气象站系统。可以实现对气象要素的采集、处理、存储、传输和显示功能，额外加入摄像头模块，实现对自动气象站系统的可视化监控管理，外加远红外显示模块，在可见度低的天气条件下实现实时监测，将采集处理好的数据和监控信息通过5g传输实时更新至终端服务器的数据库中，可在网络终端设备上进行数据的实时监控以及预测。
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为实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：
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一种高铁可视化自动气象站系统，包括数据采集模块、控制单元、数据存储模块、数据传输模块；
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所述数据采集模块包括控制器以及与控制器相连的气象数据采集模块、可视化监控模块，所述气象数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器，所述可视化监控模块包括摄像头模块与远程红外显示模块；
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所述数据存储模块为存储卡，与控制单元连接；
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所述数据传输模块与网络终端无线连接；
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所述控制单元包括微型处理器，所述微型处理器通过串口与控制器连接，所述微型处理器通过数据传输模块与网络终端连接；
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进一步的，所述温度传感器、湿度传感器通过spi串口连接到控制器上，所述气压传感器通过rs422串口连接到控制器上，所述风速传感器、风向传感器、雨量传感器、摄像头模块与远程红外显示模块与控制器的i/o口相连。
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进一步的，所述摄像头模块采用cmos图像传感器ov14810，用于实时监控气象数据采集模块的工作状态和外在环境。
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进一步的，所述远程红外显示模块选用sat系列红外热像仪，用于监控气象数据采
集模块的工作环境和工作状态，以及高铁运行情况。
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进一步的，所述数据传输模块包括5g通讯模块，所述5g通讯模块为sim8200ea
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m2，所述5g通讯模块有pcie、usb3.1、gpio接口。
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进一步的，所述控制器选用的是arm芯片stm32系列单片机，所述控制器将收到的气象数据采集模块、可视化监控模块的数据进行打包，通过串口传输到控制单元。
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进一步的，所述控制单元为fpga的zynq-7000芯片，包括基于arm的微型处理器、扩展外设接口、cache存储器、存储器接口、互联网接口和时钟发生电路。
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进一步的，所述系统布置在无人看守的野外地区，所述系统还包括电源，所述电源选用的是12v30w太阳能板，采用高效率晶体硅太阳电池片。
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更进一步的，所述网络终端包括防火墙以及与防火墙相连的数据中心、监控中心、数据库服务器。
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与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
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（1）本实用新型在传统自动化气象系统的基础上加入了可视化管理，可以实时监控气象站的工作环境和运行情况，利于工作人员观测和维护，增强了自动气象系统的可靠性和自我监测能力。
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（2）本实用新型在可视化的基础上外加红外监控模块，可在气候条件恶劣的条件下监控传感器的工作状态，以及高铁的运行情况。
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（3）本实用新型通过控制单元将数据采集模块采集到的气象数据和监控视频数据通过5g传输到网络，使得观测更加方便快速，并且可在移动端或电脑等网络终端设备实时查看气象数据。
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（4）本实用新型采用模块化设计提高了系统运行的效率，降低了运行功耗，使得系统运行更加稳定。
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（5）本实用新型结合铁路系统和各种传感器技术，实现了铁路自动化气象站系统的远程控制和智能化处理。
附图说明
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图1为本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统整体结构图；
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图2为本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统中数据采集模块结构图；
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图3为本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统中数据传输流程图；
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图4为本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统中控制器芯片原理图；
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图5为本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统中控制单元原理图。
具体实施方式
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下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。
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如图1-3所示，本实用新型一种高铁可视化自动气象站系统，包括数据采集模块、控制单元、数据存储模块、数据传输模块；数据采集模块包括控制器以及与控制器相连的气象数据采集模块、可视化监控模块，气象数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器，气象数据采集模块中的各个传感器收集气象要素，并将检测到的数据传送到控制器，控制器将收到的数据进行打包，
通过串口传输到控制单元。
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可视化监控模块包括摄像头模块与远程红外显示模块，控制器与可视化监控模块连接，可视化监控模块将气象数据采集模块中的各个传感器的工作状态与监测到的高铁运行视频信息传输到控制器。
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温度传感器、湿度传感器通过spi串口连接到控制器上，气压传感器通过rs422串口连接到控制器上，风速传感器、风向传感器、雨量传感器、摄像头模块与远程红外显示模块与控制器的i/o口相连。
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摄像头模块采用cmos图像传感器ov14810，用于实时监控气象数据采集模块的工作状态和外在环境。
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远程红外显示模块选用sat系列红外热像仪，用于监控气象数据采集模块的工作环境和工作状态，以及高铁运行情况。
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数据传输模块包括5g通讯模块，5g通讯模块为sim8200ea
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m2，5g通讯模块有pcie、usb3.1、gpio接口。
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控制器选用的是stm32f407rgt6芯片，控制器将收到的气象数据采集模块、可视化监控模块的数据进行打包，通过串口传输到控制单元。stm32f407rgt6芯片的引脚和外观和外接电路图如图4所示。stm32f407rgt6芯片中y1、y2为晶振电路，c2-c4为电容，rest1为复位按钮。stm32f407rgt6芯片的pa1-7口外接温湿度传感器，风速风向传感器，stm32f407rgt6芯片的pb口外接雨量传感器和气压传感器。
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控制单元选择fpga的zynq-7000芯片，包括基于arm的微型处理器、扩展外设接口、cache存储器、存储器接口、互联网接口和时钟发生电路。zynq-7000芯片的传输通讯模块引脚和外接电路图如图5所示。zynq-7000芯片与stm32f407rgt6芯片的对应模块引脚连接，zynq-7000芯片外加5g通讯模块，通过图中usb引脚与5g通讯模块的对应引脚连接。
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系统布置在无人看守的野外地区，系统还包括电源，电源选用的是12v30w太阳能板，采用高效率晶体硅太阳电池片。
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网络终端包括防火墙以及与防火墙相连的数据中心、监控中心、数据库服务器。
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控制单元包括微型处理器，微型处理器通过串口与控制器连接，数据传输模块与控制单元相连，数据采集模块采集到的气象数据和可视化监控模块监测到的实时现场信息和气象传感器工作状态信息的监控数据通过数据传输模块内的5g通讯模块进行实时传输，并在网络终端显示。同时，控制单元将气象数据和监控数据传送至数据存储模块进行存储。
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在网络终端设备上可以显示出温度、湿度、风速、风向、气压、降雨量等气象要素的变化信息，并且根据温度湿度信息、降雨量信息创建表格，再生成折现图，可对气象信息进行预测。可根据风速、风向生产风玫瑰图，可以更直观地观察气象要素的变化。可在终端设备调用监测气象站附近工作环境和气象仪器的工作状态，以及高铁通过时的运行状态。特别是在能见度较低或者气候条件恶劣时，工作人员可以通过监控情况实施观测现场情况，当出现意外情况时，网络终端设备也会发出报警信息，为自动气象站系统提供更好的安全性和稳定性。