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一种基于自动气象站组网综合探测系统

阅读：62发布：2020-05-22

专利汇可以提供一种基于自动气象站组网综合探测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于气象探测设备领域，涉及一种基于自动气象站组网综合探测系统，包括自动气象站模块、数据采集模块、数据存储模块、数据融合与分析模块、气象综合展示模块；所述自动气象站模块的输入端获取气象数据，自动气象站模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接数据存储模块的输入端，数据存储模块的输出端连接数据融合与分析模块的输入端，数据融合与分析模块的输出端连接气象综合展示模块的输入端。本发明具有探测数据丰富、数据精度高的优点，且能够对风切变和大风进行告警，为飞机的安全飞行提供了保障。，下面是一种基于自动气象站组网综合探测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：包括自动气象站模块(1)、数据采集模块(2)、数据存储模块(3)、数据融合与分析模块(4)、气象综合展示模块(5)；所述自动气象站模块(1)的输入端获取气象数据，自动气象站模块(1)的输出端连接数据采集模块(2)的输入端，数据采集模块(2)的输出端连接数据存储模块(3)的输入端，数据存储模块(3)的输出端连接数据融合与分析模块(4)的输入端，数据融合与分析模块(4)的输出端连接气象综合展示模块(5)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述自动气象站模块(1)设置为多个，多个自动气象站模块(1)均分布在跑道的两侧，且通过局域网相互关联。
3.根据权利要求2所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述自动气象站模块(1)设置为八个，所述跑道两端的位置处各分布三个，跑道中间位置处分布两个。
4.根据权利要求2所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述自动气象站模块(1)包括温度感应器(11)、湿度感应器(12)、风感应器(13)、压强感应器(14)、雨水感应器(15)、能见度感应器(16)；所述温度感应器(11)获取到的温度数据、湿度感应器(12)获取到的湿度数据、风感应器(13)获取到的风数据、压强感应器(14)获取到的压强数据、雨水感应器(15)获取到的雨水数据、能见度感应器(16)获取到的能见度数据均通过网络传输至数据采集模块(2)；所述数据采集模块(2)将采集到所有气象数据转换成设定的格式存储到数据存储模块(3)中，用户通过数据融合与分析模块(4)的FTP服务器下载其需要的数据，且通过局域网使用Web浏览器对数据存储模块(3)进行访问，快速得到温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述温度感应器(11)、湿度感应器(12)、风感应器(13)、压强感应器(14)、雨水感应器(15)、能见度感应器(16)的时间分辨间隔均设为30秒,且设定高度为近地面十米。
6.根据权利要求4所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述数据融合与分析模块(4)通过获取到的温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据，采用滑动平均和算术平均的方法对温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据进行预处理进而得到气象要素数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述气象要素数据包括瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量。
8.根据权利要求7所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述气象综合展示模块(5)包括告警显示单元(51)、历史数据统计单元(52)、数据展示单元(53)、二维风场展示单元(54)；所述数据展示单元(53)包括仪表盘显示框和文本显示框，所述文本显示框对瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量进行展示，所述仪表盘显示框对两分钟平均风向、两分钟风向变化范围、十分钟风向变化范围进行图像化展示；所述历史数据统计单元(52)包括地理坐标系玫瑰图统计展示区、地理坐标系折线图展示区、跑道坐标系折线图展示区，所述地理坐标系玫瑰图统计展示区对设定时间内风向的分布和风速所占的时间百分比进行展示，所述地理坐标系折线图展示区通过折线方式展示统计时间内的风速、风向随时间的变化情况，所述跑道坐标系折线图展示区通过折线图展示出统计时间内基于跑道坐标系的顺、逆风和侧风随时间的变化；所述二维风场展示单元(54)从通过气象要素数据绘制展示自动气象站覆盖区域内的二维风场，其风向用流线表示，其风速用不同色域的颜色表示，当风速大于17m/s时，流线的颜色变成设定的颜色；所述告警显示单元(51)通过从数据融合与分析模块(4)中获取的气象要素数据计算风切变结果数据，当跑道区域内风切变大于预设阈值时生成报警信号，其报警信息包括风切变的强度、发生时间和具体位置。
9.根据权利要求8所述的一种基于自动气象站组网综合探测系统，其特征在于：所述告警显示单元(51)还设置有大风告警显示区域，在任意站点测量的风速数据大于17m/s时，大风告警显示区域生成大风告警信息，其包括风向和风速。

说明书全文

一种基于自动气象站组网综合探测系统

技术领域

[0001] 本发明属于气象探测设备领域，具体地讲涉及一种基于自动气象站组网综合探测系统。

背景技术

[0002] 随着科技进步和生活水平的提高，面对复杂多变的天气现象，对于气象预报的准确率和精细化程度要求越来越高，地基气象观测业务的发展影响着气象部门对社会公共服务的水平。对于预报模式的尺度分辨率、临近和短时预报，这些都迫切需要气象探测系统提供高时空分辨率的观测信息，为此需要合理布置自动气象站，满足一定区域的气象观测业务需求。

[0003] 中国气象综合探测起步较晚，而国外较早基本采用遥测自动气象站，观测上同时性和准确度得以改善，并且许多国家先后实现了地面气象自动化、观测气象要素多、准确度高、业务化的自动观测网络。目前中国也在大力发展以实现通信网络、高性能计算机等技术相结合，形成比较完整、实时测量的气象信息系统，但目前还在完善中。为了提高气象预报的准确率，增强捕捉局地突发性中小尺度灾害天气系统的能力，为交通运输等部门提高安全保障，尤其是在民航交通运输上具有重要的应用价值。

[0004] 传统单台气象站探测形式单一，部分自动气象站组网分布不合理，获取的有效数据十分有限，无法得到区域整体特征，以及业务使用中人机数据接口不够便捷，并且在复杂天气下，预报员无法实时了解局部区域的风场变化并及时发布告警信息。

发明内容

[0005] 根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于自动气象站组网综合探测系统，其具有探测数据丰富、数据精度高的优点，且能够对风切变和大风进行告警，为飞机的安全飞行提供了保障。

[0006] 本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种基于自动气象站组网综合探测系统，包括自动气象站模块、数据采集模块、数据存储模块、数据融合与分析模块、气象综合展示模块；所述自动气象站模块的输入端获取气象数据，自动气象站模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接数据存储模块的输入端，数据存储模块的输出端连接数据融合与分析模块的输入端，数据融合与分析模块的输出端连接气象综合展示模块的输入端。

[0008] 优选的，所述自动气象站模块设置为多个，多个自动气象站模块均分布在跑道的两侧，且通过局域网相互关联。

[0009] 进一步优选的，所述自动气象站模块设置为八个，所述跑道两端的位置处各分布三个，跑道中间位置处分布两个。

[0010] 更进一步优选的，所述自动气象站模块包括温度感应器、湿度感应器、风感应器、压强感应器、雨水感应器、能见度感应器；所述温度感应器获取到的温度数据、湿度感应器获取到的湿度数据、风感应器获取到的风数据、压强感应器获取到的压强数据、雨水感应器获取到的雨水数据、能见度感应器获取到的能见度数据均通过网络传输至数据采集模块；所述数据采集模块将采集到所有气象数据转换成设定的格式存储到数据存储模块中，用户通过数据融合与分析模块的FTP服务器下载其需要的数据，且通过局域网使用Web浏览器对数据存储模块进行访问，快速得到温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据。

[0011] 更进一步优选的，所述温度感应器、湿度感应器、风感应器、压强感应器、雨水感应器、能见度感应器的时间分辨间隔均设为30秒,且设定高度为近地面十米。

[0012] 更进一步优选的，所述数据融合与分析模块通过获取到的温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据，采用滑动平均和算术平均的方法对温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据进行预处理进而得到气象要素数据。

[0013] 更进一步优选的，所述气象要素数据包括瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量。

[0014] 更进一步优选的，所述气象综合展示模块包括告警显示单元、历史数据统计单元、数据展示单元、二维风场展示单元；所述数据展示单元包括仪表盘显示框和文本显示框，所述文本显示框对瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量进行展示，所述仪表盘显示框对两分钟平均风向、两分钟风向变化范围、十分钟风向变化范围进行图像化展示；所述历史数据统计单元包括地理坐标系玫瑰图统计展示区、地理坐标系折线图展示区、跑道坐标系折线图展示区，所述地理坐标系玫瑰图统计展示区对设定时间内风向的分布和风速所占的时间百分比进行展示，所述地理坐标系折线图展示区通过折线方式展示统计时间内的风速、风向随时间的变化情况，所述跑道坐标系折线图展示区通过折线图展示出统计时间内基于跑道坐标系的顺、逆风和侧风随时间的变化；所述二维风场展示单元从通过气象要素数据绘制展示自动气象站覆盖区域内的二维风场，其风向用流线表示，其风速用不同色域的颜色表示，当风速大于17m/s时，流线的颜色变成设定的颜色；所述告警显示单元通过从数据融合与分析模块中获取的气象要素数据计算风切变结果数据，当跑道区域内风切变大于预设阈值时生成报警信号，其报警信息包括风切变的强度、发生时间和具体位置。

[0015] 更进一步优选的，所述告警显示单元还设置有大风告警显示区域，在任意站点测量的风速数据大于17m/s时，大风告警显示区域生成大风告警信息，其包括风向和风速。

[0016] 本发明的优点和有益效果在于：

[0017] 1)相对于传统的自动气象站只有一个或者个数比较少，本发明的自动气象站模块设置为多个，且分布在跑道的不同位置，能够对跑道周边进行更加细致的监测，同时本发明的自动气象站模块配置了温度感应器、湿度感应器、风感应器、压强感应器、雨水感应器、能见度感应器，监测比较全面，探测数据丰富、获取的气象数据精度高。

[0018] 2)传统的探测系统探测数据显示比较单一，且没有一个完整的告警设施，本发明不仅设置有正常的历史数据统计单元、数据展示单元、二维风场展示单元，从而对气象数据进行直观的展示，而且同时单独设置有告警显示单元，当风切变大于设定阈值或者风速大于设定值时，告警显示单元会直观的通过设定颜色的流线展示出来，使得预报员能够及时、直观的获取相关告警信息，为飞机的安全飞行提供了保障。附图说明

[0019] 图1为本发明探测系统的系统组成图。

[0020] 图2为本发明自动气象站模块的分布示意图。

[0021] 图3为本发明数据展示单元的显示示意图。

[0022] 图4为本发明的地理坐标系玫瑰图统计展示区的显示示意图。

[0023] 图5为本发明的地理坐标系折线图展示区的显示示意图。

[0024] 图6为本发明的二维风场展示单元的显示示意图。

[0025] 图7a、图7b分别为实施例中15跑道和33跑道的自动气象站的风速变化图。

[0026] 图8a、图8b分别为实施例中15跑道和33跑道的自动气象站的风向变化图。

[0027] 图9为当天机组报告发生时刻(16:30)附近的风切变识别情况图。

[0028] 附图标记：

[0029] 1-自动气象站模块，2-数据采集模块，3-数据存储模块，4-数据融合与分析模块，5-气象综合展示模块，11-温度感应器，12-湿度感应器，13-风感应器，14-压强感应器，15-雨水感应器，16-能见度感应器，51-告警显示单元，52-历史数据统计单元，53-数据展示单元，54-二维风场展示单元。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 如图1所示，一种基于自动气象站组网综合探测系统，包括自动气象站模块1、数据采集模块2、数据存储模块3、数据融合与分析模块4、气象综合展示模块5；所述自动气象站模块1的输入端获取气象数据，自动气象站模块1的输出端连接数据采集模块2的输入端，数据采集模块2的输出端连接数据存储模块3的输入端，数据存储模块3的输出端连接数据融合与分析模块4的输入端，数据融合与分析模块4的输出端连接气象综合展示模块5的输入端。

[0032] 如图2所示，所述自动气象站模块1设置为多个，多个自动气象站模块1均分布在跑道的两侧，且通过局域网相互关联。

[0033] 所述自动气象站模块1设置为八个，所述跑道两端的位置处各分布三个，跑道中间位置处分布两个。

[0034] 所述自动气象站模块1包括温度感应器11、湿度感应器12、风感应器13、压强感应器14、雨水感应器15、能见度感应器16；所述温度感应器11获取到的温度数据、湿度感应器12获取到的湿度数据、风感应器13获取到的风数据、压强感应器14获取到的压强数据、雨水感应器15获取到的雨水数据、能见度感应器16获取到的能见度数据均通过网络传输至数据采集模块2；所述数据采集模块2将采集到所有气象数据转换成设定的格式存储到数据存储模块3中，用户通过数据融合与分析模块4的FTP服务器下载其需要的数据，且通过局域网使用Web浏览器对数据存储模块3进行访问，快速得到温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据。

[0035] 所述温度感应器11、湿度感应器12、风感应器13、压强感应器14、雨水感应器15、能见度感应器16的时间分辨间隔均设为30秒,且设定高度为近地面10米。

[0036] 所述数据融合与分析模块4通过获取到的温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据，采用滑动平均和算术平均的方法对温度数据、湿度数据、风数据、压强数据、雨水数据、能见度数据进行预处理进而得到气象要素数据。

[0037] 所述气象要素数据包括瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量。

[0038] 如图3、图4、图5、图6所示，所述气象综合展示模块5包括告警显示单元51、历史数据统计单元52、数据展示单元53、二维风场展示单元54；所述数据展示单元53包括仪表盘显示框和文本显示框，所述文本显示框对瞬时风向、瞬时风速、两分钟平均风向、两分钟平均风速、十分钟平均风向、十分钟平均风速、阵风风向、阵风风速、温度、湿度、修正海平面气压、场面气压、露点和雨量进行展示，所述仪表盘显示框对两分钟平均风向、两分钟风向变化范围、十分钟风向变化范围进行图像化展示；所述历史数据统计单元52包括地理坐标系玫瑰图统计展示区、地理坐标系折线图展示区、跑道坐标系折线图展示区，所述地理坐标系玫瑰图统计展示区对设定时间内风向的分布和风速所占的时间百分比进行展示，所述地理坐标系折线图展示区通过折线方式展示统计时间内的风速、风向随时间的变化情况，所述跑道坐标系折线图展示区通过折线图展示出统计时间内基于跑道坐标系的顺、逆风和侧风随时间的变化；所述二维风场展示单元54从通过气象要素数据绘制展示自动气象站覆盖区域内的二维风场，其风向用流线表示，其风速用不同色域的颜色表示，当风速大于17m/s时，流线的颜色变成设定的颜色；所述告警显示单元51通过从数据融合与分析模块4中获取的气象要素数据计算风切变结果数据，当跑道区域内风切变大于预设阈值时生成报警信号，其报警信息包括风切变的强度、发生时间和具体位置。

[0039] 所述告警显示单元51还设置有大风告警显示区域，在任意站点测量的风速数据大于17m/s时，大风告警显示区域生成大风告警信息，其包括风向和风速。

[0040] 下面以本发明的探测系统结合一次风切变案例说明本发明探测系统的准确性和实用性。

[0041] 实施例：

[0042] 现以合肥新桥机场的一次风切变为案例，如图7a和图7b所示，通过自动站的数据显示：机场跑道南北两端地面站数据波动显著，忽大忽小；15号跑道风速瞬时最大偏差5m/s,而33跑道风速瞬时最大偏差8m/s，总体上15号跑道瞬时风速变化小于33跑道。尤其在16:00～16:15和16:28～16:39该段时间内南北两个气象站瞬时风速波动变化明显，瞬时风速偏差较大。

[0043] 如图8a和图8b所示，自动气象站的数据显示：跑道北RWY15的瞬时风向波动性较大，在16:03～16:09和16:13～16:17时间段风向变化约110°，在16:25～16:30瞬时风向变化70°左右，方向摆动明显。跑道南RWY33，在16:03～16:09和16:10～16:13时间段内风向变化约80°，而在16:33～16:36时间段瞬时风向变化90度左右。整体看来该时间段机场跑道南北风向变化都较大。

[0044] 如图9所示，通过对2012～2018年的地面站数据经预处理和分析手动打了标签，通过机器学习算法训练出若干模型。统计已验证风切变时刻如下：[2015-08-05,2016-05-06,2017-03-07,2017-06-20,2017-07-28,2018-03-15,2018-07-09]其中2018年7月9日对风切变的识别结果如图所示，与当天机组给出报告于该时刻附近在30m高度遭遇风切变比较吻合。

[0045] 综上所述，本发明提供了一种基于自动气象站组网综合探测系统，其具有探测数据丰富、数据精度高的优点，且能够对风切变和大风进行告警，为飞机的安全飞行提供了保障。

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