多波段全天空成像和辐射观测系统

发布时间：2020-10-18 02:32

　　 云对大气的能量平衡和水汽循环有重要影响,在地球气候系统中扮演关键角色,因此详细了解云的辐射属性与图像属性具有重要意义。本项目旨在建立一套多波段全天空成像和辐射观测系统,测量太阳直接水平辐射、天空散射和全天空图像,为分析的云的属性提供数据来源。本项目设计并实现了一套多波段全天空成像和辐射观测系统,该系统主要由三部分组成:多波段全天空成像和辐射观测仪器、仪器的校正标定系统和云端数据采集与管理系统。多波段全天空成像和辐射观测观测仪器以开源计算机系统Raspberry Pi3作为控制核心,单片机开源硬件Arduino DUE负责实时任务,同步获取全天空图像、太阳直接水平辐射、天空散射、环境温湿度、位置信息和仪器状态信息等并实时上传至云端数据采集与管理系统。仪器的校正标定系统以异步消息队列Celery为中心,实现了 Cosine校正、绝对校正、线性度校正、光谱校正、图像位置校正等多项校正标定的分布式应用和校正数据的集中化管理。云端数据采集与管理系统以开源的IOT平台PandoCloud为基础修改而来,在其核心层增加了分布式文件系统FastDFS并在接口层增加了文件上传接口以满足观测仪器全天空图片和影带扫描数据的大规模小文件存储需求。另外利用其API和Django框架开发了仪器数据的可视化和仪器的实时控制应用。本项目现阶段部署了 20台仪器,实际运行表明这套系统运行稳定,部署灵活,扩展方便,服务器端数据采集与管理系统运行至今无任何严重问题,观测仪器环境适应能力强且数据精度高,对于大气理论研究领域具有重要意义,对现代化的小规模设备的IOT组网与数据采集和管理以及上层应用服务架构具有参考价值。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P414
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状和发展趋势
        1.2.1 全自动太阳光度计(CE318)
        1.2.2 多光谱旋转遮蔽影带辐射计
        1.2.3 总天空成像仪TSI (Total sky imager)
        1.2.4 全天空成像仪WSI (Whole sky imager)
        1.2.5 云技术与IOT (Intenet of things)
        1.2.6 小节
    1.3 本课题的研究内容
2 多波段全天空成像和辐射观测仪器
    2.1 仪器组成及工作原理
    2.2 ESIR硬件电路
    2.3 ESIR仪器软件
        2.3.1 主板嵌入式程序
        2.3.2 RaspberryPI端应用程序
        2.3.3 电源板程序
3 仪器标定
    3.1 标定软件平台
    3.2 暗电流标定
    3.3 绝对标定
        3.3.1 辐射计各向同性验证(光线垂直入射)
        3.3.2 绝对系数标定
    3.4 辐射计光谱
    3.5 辐射计线性度验证
    3.6 余弦校正
        3.6.1 原理
        3.6.2 校正装置
        3.6.3 校正数据采集
        3.6.4 校正数据处理
    3.7 相机聚焦与图像裁剪
4 数据采集平台
    4.1 语境
    4.2 容器架构
    4.3 组件
        4.3.1 Http访问组件(Httpaccess)
        4.3.2 注册组件(Registry)
        4.3.3 Mqtt访问组件(MqttAccess)
        4.3.4 控制器组件(Controller)
        4.3.5 设备管理组件(DeviceManager)
        4.3.6 接口组件(Apiprovidor)
    4.4 应用部署
        4.4.1 存储
        4.4.2 数据库
        4.4.3 网络
        4.4.4 服务器部署物理结构
5 数据分析
    5.1 数据完整性分析
    5.2 一致性分析
    5.3 LANGLEY校正
        5.2.1 原理
        5.3.2 大气光学质量(Air mass)计算
        5.3.3 Langley数据分析
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 贾东奇;浅谈辐射变化规律与辐射观测[J];气象;1996年02期

2 王钰;宋裕根;;南昌太阳辐射观测发展及现状分析[J];能源研究与管理;2009年04期

3 卫国安,曹东生,张永丰;辐射观测的数据采集[J];高原气象;1987年03期

4 范兴忠;;综合遥测辐射仪记录失真现象原因初探[J];四川气象;1993年01期

5 李桂珍;辐射观测中几个问题的探讨[J];陕西气象;1994年01期

6 王景红;辐射观测中几个常见问题的处理[J];陕西气象;1996年05期

7 杨丹宇;气象辐射观测仪器[J];气象水文海洋仪器;1998年01期

8 黄理,黄梅丽;广西辐射观测质量浅析[J];广西气象;1999年03期

9 柏东升;提高辐射观测报表质量应注意的几个环节[J];陕西气象;2002年02期

10 李渊;陈霞;;自动太阳辐射观测常见问题的处理和维护要点[J];贵州气象;2012年03期

相关博士学位论文 前3条

1 郑茹;太阳辐射观测仪及其标定技术研究[D];长春理工大学;2015年

2 颜学武;多波段光催化协合材料[D];中国建筑材料科学研究院;2004年

3 惠明;并发多波段多模式射频功率放大器数字预失真线性化技术研究[D];宁波大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 王佳华;多波段全天空成像和辐射观测系统[D];武汉大学;2017年

2 余予;香河大气综合观测站太阳辐射观测研究[D];南京信息工程大学;2006年

3 韦小丽;瓦里关全球大气本底站太阳辐射观测数据的QA及其趋势（1994-2008年）分析[D];中国气象科学研究院;2010年

4 汪丽旭;多波段兼容隐身微结构设计及其对目标红外辐射特性的影响研究[D];南京理工大学;2017年

5 付家鑫;多波段共孔径光学系统结构设计与分析[D];长春理工大学;2014年

6 陈丽丽;基于PSWF的多波段IR-UWB系统设计与性能分析研究[D];哈尔滨工程大学;2014年

7 王维波;加拿大海盆区辐射观测及其生物光学特性研究[D];中国海洋大学;2011年

8 刘向君;多波段SAR目标检测与图像分类融合[D];国防科学技术大学;2005年

9 曹庆铭;多波段通用的GNSS信号波形设计[D];哈尔滨工程大学;2016年

10 曾亮;多波段多极化SAR图像融合解译研究[D];杭州电子科技大学;2011年

本文编号：2845668