兼容win8的自动气象站数据采集与处理软件设计

发布时间：2020-11-15 05:51

　　 自动气象站可自动地进行数据观测和传输,其观测的气象数据是进行气象预报和分析的重要依据。当前气象站中温度传感器通常安装在百叶箱内,百叶箱受到太阳辐射会引起叶片升温,并加热进入百叶箱内部的气流影响其内部温度传感器的测温精度,造成辐射误差值可达0.8K或更高,难以满足气候变化监测所需10mk精度要求。为提高大气温度观测精确度,本文设计了一款新型的兼容Win8系统的自动气象站数据采集与处理软件,具有太阳辐射误差修正功能。本文首先进行了自动气象站采集器系统的硬件设计,该系统主要包括气象要素传感器、主控制器、通讯设备以及电源。采集器系统通过串口或网口通信方式与自动气象站上位机软件系统建立连接。本文提出一种利用计算流体力学(CFD)方法仿真获得百叶箱内的温度场分布的方法,为温度传感器在百叶箱内的测量位置设计提供了依据。搭建了一套测试平台,以强制通风温度传感器作为参考,在不同辐射强度、不同风速下测量辐射误差值。接着提出一种L-M (Levenberg-Marquardt)算法,获得了一种具有一定通用性的辐射误差修正方程。可实现对不通风速、辐射强度等环境参数下的实时辐射误差修正。本文采用C#语言并在Microsoft Visual Studio 2013开发工具下实现自动气象站上位机软件的开发。具体开发过程中采用面向对象编程思想并利用ADO.NET数据访问技术、套接字技术、GDI+技术在三层架构模式下完成软件开发工作。在传统自动气象站上位机软件可完成数据的实时接收、显示、存储及导出等功能的基础上,将误差修正方程集成在软件中,实现通过上位机软件对辐射误差的实时修正。实验结果表明,在一定的辐射强度和风速范围内,辐射误差平均值降低到0.016K, RMS误差为0.018K,可显著提高自动气象站气温观测精确度。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P415.12;TP274.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 自动气象站国内外研究现状
        1.2.1 自动气象站组成
        1.2.2 自动气象站国外技术发展状况
        1.2.3 自动气象站国内技术发展状况
    1.3 降低太阳辐射误差的传统方式
        1.3.1 木质百叶箱
        1.3.2 自然通风防辐射罩
        1.3.3 强制通风防辐射罩
    1.4 自动气象站上位机软件研究现状
    1.5 主要研究内容
第二章 自动气象站采集器的硬件设计
    2.1 传感器选型及电路设计
        2.1.1 温度传感器
        2.1.2 湿度传感器
        2.1.3 总辐射传感器
        2.1.4 温湿度及总辐射采集电路设计
        2.1.5 雨量传感器
        2.1.6 气压传感器
        2.1.7 风速风向传感器
    2.2 微处理器选型及程序开发环境
    2.3 电源模块设计
    2.4 通信模块设计
        2.4.1 串口通信
        2.4.2 网口通信
    2.5 本章小结
第三章 自动气象站辐射误差实验与分析
    3.1 百叶箱内温度场的CFD建模与仿真
        3.1.1 CFD及FLUENT简介
        3.1.2 模型建立及网格划分
        3.1.3 流体动力学求解及温度场分布
    3.2 实验平台搭建
    3.3 基于L-M的辐射误差修正算法
    3.4 本章小结
第四章 自动气象站数据采集与处理软件系统分析
    4.1 软件开发平台简介
        4.1.1 .NET框架
        4.1.2 软件开发工具
        4.1.3 软件开发语言
        4.1.4 数据库管理软件
    4.2 自动气象站数据采集与处理软件需求分析
    4.3 软件开发涉及到的几点重要技术
        4.3.1 面向对象技术
        4.3.2 ADO.NET数据访问技术
        4.3.3 SOCKET套接字
        4.3.4 GDI+图形图像技术
    4.4 本章小结
第五章 自动气象站数据采集与处理软件设计
    5.1 系统总体架构设计
    5.2 系统三层架构搭建
    5.3 数据库设计
        5.3.1 人员信息表
        5.3.2 台站信息表
        5.3.3 气象要素数据表
        5.3.4 预警值数据表
    5.4 软件重要类设计
    5.5 本章小结
第六章 软件的实现与测试
    6.1 登录界面的实现
    6.2 软件主界面设计
    6.3 软件设置界面的实现
        6.3.1 通信设置
        6.3.2 用户信息设置
        6.3.3 台站管理信息设置
        6.3.4 报警阈值设置
    6.4 图形显示界面的实现
        6.4.1 实时波形显示
        6.4.2 仪表盘控件绘制
        6.4.3 温度计控件绘制
    6.5 数据管理功能的实现
        6.5.1 历史数据管理功能模块
        6.5.2 历史波形管理功能模块
    6.6 误差修正方法的实现
    6.7 据库备份与恢复
    6.8 Win8系统中运行及测试
    6.9 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
作者简介

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1 许泸静;从Win8的界面设计谈图像的建构[D];武汉纺织大学;2015年

2 史苏红;兼容win8的自动气象站数据采集与处理软件设计[D];南京信息工程大学;2016年

本文编号：2884414