1. Визначення та функції метеостанцій
Метеостанція — це система моніторингу навколишнього середовища, заснована на технології автоматизації, яка може збирати, обробляти та передавати дані про стан атмосферного середовища в режимі реального часу. Як інфраструктура сучасного метеорологічного спостереження, її основні функції включають:
Збір даних: безперервний запис температури, вологості, тиску повітря, швидкості вітру, напрямку вітру, опадів, інтенсивності освітлення та інших основних метеорологічних параметрів
Обробка даних: калібрування даних та контроль якості за допомогою вбудованих алгоритмів
Передача інформації: Підтримка 4G/5G, супутникового зв'язку та інших багаторежимних передач даних
Попередження про стихійне лихо: екстремальні погодні пороги запускають миттєві сповіщення
По-друге, технічна архітектура системи
Чутливий шар
Датчик температури: платиновий резистор PT100 (точність ±0,1 ℃)
Датчик вологості: ємнісний зонд (діапазон 0-100% відносної вологості)
Анемометр: Ультразвукова 3D система вимірювання вітру (роздільна здатність 0,1 м/с)
Моніторинг опадів: ковшовий дощомір (роздільна здатність 0,2 мм)
Вимірювання радіації: датчик фотосинтетично активного випромінювання (ФАР)
Рівень даних
Шлюз периферійних обчислень: працює на процесорі ARM Cortex-A53
Система зберігання даних: Підтримка локального сховища SD-карти (максимум 512 ГБ)
Калібрування часу: дворежимний синхронізатор GPS/Beidou (точність ±10 мс)
Енергетична система
Рішення з подвійним живленням: сонячна панель 60 Вт + літій-залізо-фосфатний акумулятор (за низьких температур -40℃)
Керування живленням: технологія динамічного сну (споживання в режимі очікування <0,5 Вт)
По-третє, сценарії застосування в галузі
1. Розумні методи ведення сільського господарства (Голландський тепличний кластер)
План розгортання: Розгорнути 1 мікрометеостанцію на кожну теплицю площею 500 кв. футів
Застосування даних:
Попередження про росу: автоматичний запуск циркуляційного вентилятора при вологості >85%
Акумуляція світла та тепла: розрахунок ефективної акумульованої температури (ЕАТ) для управління збиранням врожаю
Точне зрошення: Управління системою води та добрив на основі евапотранспірації (ЕТ)
Дані про переваги: економія води 35%, захворюваність на несправжню борошнисту росу знижена на 62%
2. Попередження про зсув вітру на низьких висотах в аеропорту (Міжнародний аеропорт Гонконгу)
Схема мережі: 8 веж спостереження за градієнтним вітром навколо злітно-посадкової смуги
Алгоритм раннього попередження:
Горизонтальна зміна вітру: зміна швидкості вітру ≥15 вузлів протягом 5 секунд
Вертикальне різання вітру: різниця швидкості вітру на висоті 30 м ≥10 м/с
Механізм реагування: Автоматично запускає сигналізацію на вежі та керує процесом ухилення від польоту.
3. Оптимізація ефективності фотоелектричної електростанції (електростанція Нінся потужністю 200 МВт)
Параметри моніторингу:
Температура компонентів (інфрачервоний моніторинг задньої плати)
Випромінювання горизонтальної/похилої площини
Індекс осадження пилу
Інтелектуальне регулювання:
Вихідна потужність зменшується на 0,45% на кожні 1℃ підвищення температури
Автоматичне очищення запускається, коли накопичення пилу досягає 5%
4. Дослідження ефекту міського теплового острова (міська мережа Шеньчжень)
Мережа спостереження: 500 мікростанцій утворюють сітку 1 км × 1 км
Аналіз даних:
Охолоджувальний ефект зелених насаджень: середнє зниження на 2,8 ℃
Щільність забудови позитивно корелює з підвищенням температури (R²=0,73)
Вплив дорожніх матеріалів: різниця температур асфальтового покриття протягом дня досягає 12℃
4. Напрямок технологічної еволюції
Об'єднання даних з кількох джерел
Лазерне радіолокаційне сканування поля вітру
Профіль температури та вологості мікрохвильового радіометра
Корекція зображення хмарності зі супутника в режимі реального часу
Додаток із покращеним штучним інтелектом
Прогноз опадів за допомогою нейронної мережі LSTM (точність покращена на 23%)
Тривимірна модель атмосферної дифузії (моделювання витоків у хімічному парку)
Датчик нового типу
Квантовий гравіметр (точність вимірювання тиску 0,01 гПа)
Аналіз спектру частинок опадів терагерцових хвиль
V. Типовий випадок: Система попередження про гірські повені в середній течії річки Янцзи
Архітектура розгортання:
83 автоматичні метеостанції (розгортання по гірському градієнту)
Моніторинг рівня води на 12 гідрографічних постах
Система асиміляції радіолокаційного відлуння
Модель раннього попередження:
Індекс раптової повені = 0,3×1-годинна інтенсивність дощу + 0,2× вміст вологи в ґрунті + 0,5× топографічний індекс
Ефективність реагування:
Завчасне попередження збільшено з 45 хвилин до 2,5 годин
У 2022 році ми успішно попередили сім небезпечних ситуацій
Кількість жертв зменшилася на 76 відсотків у порівнянні з аналогічним періодом минулого року
Висновок
Сучасні метеостанції розвинулися від обладнання для окремих спостережень до інтелектуальних вузлів Інтернету речей, а цінність їхніх даних значною мірою вивільняється завдяки машинному навчанню, цифровим двійникам та іншим технологіям. З розвитком Глобальної системи спостережень ВМО (WIGOS) мережа метеорологічного моніторингу високої щільності та високої точності стане основною інфраструктурою для боротьби зі зміною клімату та забезпечення ключової підтримки рішень для сталого розвитку людства.
Час публікації: 17 лютого 2025 р.