云對大氣的能量平衡和水汽循環(huán)有重要影響,在地球氣候系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色,因此詳細(xì)了解云的輻射屬性與圖像屬性具有重要意義。本項目旨在建立一套多波段全天空成像和輻射觀測系統(tǒng),測量太陽直接水平輻射、天空散射和全天空圖像,為分析的云的屬性提供數(shù)據(jù)來源。本項目設(shè)計并實現(xiàn)了一套多波段全天空成像和輻射觀測系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由三部分組成:多波段全天空成像和輻射觀測儀器、儀器的校正標(biāo)定系統(tǒng)和云端數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)。多波段全天空成像和輻射觀測觀測儀器以開源計算機系統(tǒng)Raspberry Pi3作為控制核心,單片機開源硬件Arduino DUE負(fù)責(zé)實時任務(wù),同步獲取全天空圖像、太陽直接水平輻射、天空散射、環(huán)境溫濕度、位置信息和儀器狀態(tài)信息等并實時上傳至云端數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)。儀器的校正標(biāo)定系統(tǒng)以異步消息隊列Celery為中心,實現(xiàn)了 Cosine校正、絕對校正、線性度校正、光譜校正、圖像位置校正等多項校正標(biāo)定的分布式應(yīng)用和校正數(shù)據(jù)的集中化管理。云端數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)以開源的IOT平臺PandoCloud為基礎(chǔ)修改而來,在其核心層增加了分布式文件系統(tǒng)FastDFS并在接口層增加了文件上傳接口以滿足觀測儀器全天空圖片和影帶掃描數(shù)據(jù)的大規(guī)模小文件存儲需求。另外利用其API和Django框架開發(fā)了儀器數(shù)據(jù)的可視化和儀器的實時控制應(yīng)用。本項目現(xiàn)階段部署了 20臺儀器,實際運行表明這套系統(tǒng)運行穩(wěn)定,部署靈活,擴展方便,服務(wù)器端數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)運行至今無任何嚴(yán)重問題,觀測儀器環(huán)境適應(yīng)能力強且數(shù)據(jù)精度高,對于大氣理論研究領(lǐng)域具有重要意義,對現(xiàn)代化的小規(guī)模設(shè)備的IOT組網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集和管理以及上層應(yīng)用服務(wù)架構(gòu)具有參考價值。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P414
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
        1.2.1 全自動太陽光度計(CE318)
        1.2.2 多光譜旋轉(zhuǎn)遮蔽影帶輻射計
        1.2.3 總天空成像儀TSI (Total sky imager)
        1.2.4 全天空成像儀WSI (Whole sky imager)
        1.2.5 云技術(shù)與IOT (Intenet of things)
        1.2.6 小節(jié)
    1.3 本課題的研究內(nèi)容
2 多波段全天空成像和輻射觀測儀器
    2.1 儀器組成及工作原理
    2.2 ESIR硬件電路
    2.3 ESIR儀器軟件
        2.3.1 主板嵌入式程序
        2.3.2 RaspberryPI端應(yīng)用程序
        2.3.3 電源板程序
3 儀器標(biāo)定
    3.1 標(biāo)定軟件平臺
    3.2 暗電流標(biāo)定
    3.3 絕對標(biāo)定
        3.3.1 輻射計各向同性驗證(光線垂直入射)
        3.3.2 絕對系數(shù)標(biāo)定
    3.4 輻射計光譜
    3.5 輻射計線性度驗證
    3.6 余弦校正
        3.6.1 原理
        3.6.2 校正裝置
        3.6.3 校正數(shù)據(jù)采集
        3.6.4 校正數(shù)據(jù)處理
    3.7 相機聚焦與圖像裁剪
4 數(shù)據(jù)采集平臺
    4.1 語境
    4.2 容器架構(gòu)
    4.3 組件
        4.3.1 Http訪問組件(Httpaccess)
        4.3.2 注冊組件(Registry)
        4.3.3 Mqtt訪問組件(MqttAccess)
        4.3.4 控制器組件(Controller)
        4.3.5 設(shè)備管理組件(DeviceManager)
        4.3.6 接口組件(Apiprovidor)
    4.4 應(yīng)用部署
        4.4.1 存儲
        4.4.2 數(shù)據(jù)庫
        4.4.3 網(wǎng)絡(luò)
        4.4.4 服務(wù)器部署物理結(jié)構(gòu)
5 數(shù)據(jù)分析
    5.1 數(shù)據(jù)完整性分析
    5.2 一致性分析
    5.3 LANGLEY校正
        5.2.1 原理
        5.3.2 大氣光學(xué)質(zhì)量(Air mass)計算
        5.3.3 Langley數(shù)據(jù)分析
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
附錄
致謝

【相似文獻】

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本文編號：2845668