自動氣象站可自動地進行數(shù)據觀測和傳輸,其觀測的氣象數(shù)據是進行氣象預報和分析的重要依據。當前氣象站中溫度傳感器通常安裝在百葉箱內,百葉箱受到太陽輻射會引起葉片升溫,并加熱進入百葉箱內部的氣流影響其內部溫度傳感器的測溫精度,造成輻射誤差值可達0.8K或更高,難以滿足氣候變化監(jiān)測所需10mk精度要求。為提高大氣溫度觀測精確度,本文設計了一款新型的兼容Win8系統(tǒng)的自動氣象站數(shù)據采集與處理軟件,具有太陽輻射誤差修正功能。本文首先進行了自動氣象站采集器系統(tǒng)的硬件設計,該系統(tǒng)主要包括氣象要素傳感器、主控制器、通訊設備以及電源。采集器系統(tǒng)通過串口或網口通信方式與自動氣象站上位機軟件系統(tǒng)建立連接。本文提出一種利用計算流體力學(CFD)方法仿真獲得百葉箱內的溫度場分布的方法,為溫度傳感器在百葉箱內的測量位置設計提供了依據。搭建了一套測試平臺,以強制通風溫度傳感器作為參考,在不同輻射強度、不同風速下測量輻射誤差值。接著提出一種L-M (Levenberg-Marquardt)算法,獲得了一種具有一定通用性的輻射誤差修正方程�？蓪崿F(xiàn)對不通風速、輻射強度等環(huán)境參數(shù)下的實時輻射誤差修正。本文采用C#語言并在Microsoft Visual Studio 2013開發(fā)工具下實現(xiàn)自動氣象站上位機軟件的開發(fā)。具體開發(fā)過程中采用面向對象編程思想并利用ADO.NET數(shù)據訪問技術、套接字技術、GDI+技術在三層架構模式下完成軟件開發(fā)工作。在傳統(tǒng)自動氣象站上位機軟件可完成數(shù)據的實時接收、顯示、存儲及導出等功能的基礎上,將誤差修正方程集成在軟件中,實現(xiàn)通過上位機軟件對輻射誤差的實時修正。實驗結果表明,在一定的輻射強度和風速范圍內,輻射誤差平均值降低到0.016K, RMS誤差為0.018K,可顯著提高自動氣象站氣溫觀測精確度。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：P415.12;TP274.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究的背景及意義
    1.2 自動氣象站國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 自動氣象站組成
        1.2.2 自動氣象站國外技術發(fā)展狀況
        1.2.3 自動氣象站國內技術發(fā)展狀況
    1.3 降低太陽輻射誤差的傳統(tǒng)方式
        1.3.1 木質百葉箱
        1.3.2 自然通風防輻射罩
        1.3.3 強制通風防輻射罩
    1.4 自動氣象站上位機軟件研究現(xiàn)狀
    1.5 主要研究內容
第二章 自動氣象站采集器的硬件設計
    2.1 傳感器選型及電路設計
        2.1.1 溫度傳感器
        2.1.2 濕度傳感器
        2.1.3 總輻射傳感器
        2.1.4 溫濕度及總輻射采集電路設計
        2.1.5 雨量傳感器
        2.1.6 氣壓傳感器
        2.1.7 風速風向傳感器
    2.2 微處理器選型及程序開發(fā)環(huán)境
    2.3 電源模塊設計
    2.4 通信模塊設計
        2.4.1 串口通信
        2.4.2 網口通信
    2.5 本章小結
第三章 自動氣象站輻射誤差實驗與分析
    3.1 百葉箱內溫度場的CFD建模與仿真
        3.1.1 CFD及FLUENT簡介
        3.1.2 模型建立及網格劃分
        3.1.3 流體動力學求解及溫度場分布
    3.2 實驗平臺搭建
    3.3 基于L-M的輻射誤差修正算法
    3.4 本章小結
第四章 自動氣象站數(shù)據采集與處理軟件系統(tǒng)分析
    4.1 軟件開發(fā)平臺簡介
        4.1.1 .NET框架
        4.1.2 軟件開發(fā)工具
        4.1.3 軟件開發(fā)語言
        4.1.4 數(shù)據庫管理軟件
    4.2 自動氣象站數(shù)據采集與處理軟件需求分析
    4.3 軟件開發(fā)涉及到的幾點重要技術
        4.3.1 面向對象技術
        4.3.2 ADO.NET數(shù)據訪問技術
        4.3.3 SOCKET套接字
        4.3.4 GDI+圖形圖像技術
    4.4 本章小結
第五章 自動氣象站數(shù)據采集與處理軟件設計
    5.1 系統(tǒng)總體架構設計
    5.2 系統(tǒng)三層架構搭建
    5.3 數(shù)據庫設計
        5.3.1 人員信息表
        5.3.2 臺站信息表
        5.3.3 氣象要素數(shù)據表
        5.3.4 預警值數(shù)據表
    5.4 軟件重要類設計
    5.5 本章小結
第六章 軟件的實現(xiàn)與測試
    6.1 登錄界面的實現(xiàn)
    6.2 軟件主界面設計
    6.3 軟件設置界面的實現(xiàn)
        6.3.1 通信設置
        6.3.2 用戶信息設置
        6.3.3 臺站管理信息設置
        6.3.4 報警閾值設置
    6.4 圖形顯示界面的實現(xiàn)
        6.4.1 實時波形顯示
        6.4.2 儀表盤控件繪制
        6.4.3 溫度計控件繪制
    6.5 數(shù)據管理功能的實現(xiàn)
        6.5.1 歷史數(shù)據管理功能模塊
        6.5.2 歷史波形管理功能模塊
    6.6 誤差修正方法的實現(xiàn)
    6.7 據庫備份與恢復
    6.8 Win8系統(tǒng)中運行及測試
    6.9 本章小結
第七章 總結與展望
    7.1 論文總結
    7.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介

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1 許瀘靜;從Win8的界面設計談圖像的建構[D];武漢紡織大學;2015年

2 史蘇紅;兼容win8的自動氣象站數(shù)據采集與處理軟件設計[D];南京信息工程大學;2016年

本文編號：2884414