1. Definitie en functies van weerstations
Een weerstation is een op automatiseringstechnologie gebaseerd systeem voor milieumonitoring, dat atmosferische milieugegevens in realtime kan verzamelen, verwerken en verzenden. Als onderdeel van de infrastructuur voor moderne meteorologische observatie omvatten de kernfuncties onder meer:
Gegevensverzameling: Continue registratie van temperatuur, luchtvochtigheid, luchtdruk, windsnelheid, windrichting, neerslag, lichtintensiteit en andere belangrijke meteorologische parameters.
Gegevensverwerking: Gegevenskalibratie en kwaliteitscontrole via ingebouwde algoritmen.
Gegevensoverdracht: Ondersteuning voor 4G/5G, satellietcommunicatie en andere multi-mode gegevensoverdracht.
Rampwaarschuwing: Extreme weersomstandigheden leiden tot onmiddellijke waarschuwingen.
Ten tweede, de technische architectuur van het systeem.
Sensorlaag
Temperatuursensor: Platinaweerstand PT100 (nauwkeurigheid ±0,1℃)
Vochtigheidssensor: Capacitieve sonde (bereik 0-100% RH)
Anemometer: Ultrasoon 3D-windmeetsysteem (resolutie 0,1 m/s)
Neerslagmeting: Kantelbakregenmeter (resolutie 0,2 mm)
Stralingsmeting: Fotosynthetisch actieve straling (PAR) sensor
Gegevenslaag
Edge Computing Gateway: Aangedreven door een ARM Cortex-A53-processor
Opslagsysteem: Ondersteuning voor lokale opslag op SD-kaart (maximaal 512 GB)
Tijdkalibratie: GPS/Beidou dual-mode timing (nauwkeurigheid ±10 ms)
Energiesysteem
Dubbele stroomvoorziening: 60W zonnepaneel + lithium-ijzerfosfaatbatterij (geschikt voor temperaturen tot -40℃)
Energiebeheer: Dynamische slaapstandtechnologie (standbyvermogen <0,5 W)
Ten derde, toepassingsscenario's voor de industrie.
1. Slimme landbouwpraktijken (Nederlands kassencluster)
Implementatieplan: Plaats 1 micro-weerstation per kas van 500 m².
Gegevenstoepassing:
Dauwwaarschuwing: automatische inschakeling van de circulatieventilator bij een luchtvochtigheid van meer dan 85%.
Licht- en warmteaccumulatie: berekening van de effectieve geaccumuleerde temperatuur (GDD) ter ondersteuning van de oogst.
Precisie-irrigatie: Controle van het water- en bemestingssysteem op basis van verdamping (evapotranspiratie, ET).
Gegevens over de voordelen: 35% waterbesparing, 62% minder valse meeldauw.
2. Waarschuwing voor windschering op lage hoogte op de luchthaven (Internationale luchthaven van Hongkong)
Netwerkopzet: 8 windmeettorens rond de landingsbaan.
Algoritme voor vroegtijdige waarschuwing:
Horizontale windverandering: verandering in windsnelheid van ≥15 knopen binnen 5 seconden
Verticale windafsnijding: verschil in windsnelheid op 30 m hoogte ≥10 m/s
Reactiemechanisme: Activeert automatisch het torenalarm en begeleidt de omkeerprocedure.
3. Efficiëntieoptimalisatie van een fotovoltaïsche energiecentrale (Ningxia 200MW-energiecentrale)
Monitoringparameters:
Componenttemperatuur (backplane infraroodbewaking)
Horizontale/schuine vlakstraling
Stofafzettingsindex
Intelligente regelgeving:
De output neemt met 0,45% af voor elke temperatuurstijging van 1 ℃.
De automatische reiniging wordt geactiveerd wanneer de stofophoping 5% bereikt.
4. Studie naar het stedelijk hitte-eilandeffect (stedelijk raster van Shenzhen)
Observatienetwerk: 500 microstations vormen een raster van 1 km × 1 km.
Gegevensanalyse:
Verkoelend effect van groene ruimtes: gemiddelde temperatuurdaling van 2,8℃
De bebouwingsdichtheid is positief gecorreleerd met de temperatuurstijging (R²=0,73).
Invloed van wegdekmaterialen: het temperatuurverschil van het asfalt kan gedurende de dag oplopen tot 12℃.
4. Richting van de technologische evolutie
Gegevensfusie uit meerdere bronnen
Laser radar windveldscanning
Temperatuur- en vochtigheidsprofiel van een microgolfradiometer
realtime correctie van wolken in satellietbeelden
AI-verbeterde applicatie
Neerslagvoorspelling met behulp van een LSTM-neuronaal netwerk (nauwkeurigheid verbeterd met 23%)
Driedimensionaal atmosferisch diffusiemodel (leksimulatie in een chemisch park)
Nieuw type sensor
Kwantumgravimeter (nauwkeurigheid drukmeting 0,01 hPa)
Analyse van het deeltjesspectrum van neerslag door terahertzgolven
V. Typisch voorbeeld: Bergoverstromingswaarschuwingssysteem in het middenstroomgebied van de Yangtze-rivier
Implementatiearchitectuur:
83 automatische weerstations (opstelling op berghellingen)
Waterpeilmetingen bij 12 hydrografische stations.
Radar-echo-assimilatiesysteem
Vroegtijdig waarschuwingsmodel:
Flash flood index = 0,3 × 1 uur regenintensiteit + 0,2 × bodemvochtigheid + 0,5 × topografische index
Effectiviteit van de respons:
De waarschuwingstijd is verlengd van 45 minuten naar 2,5 uur.
In 2022 hebben we met succes gewaarschuwd voor zeven gevaarlijke situaties.
Het aantal slachtoffers daalde met 76 procent ten opzichte van vorig jaar.
Conclusie
Moderne weerstations zijn geëvolueerd van eenvoudige meetapparatuur naar intelligente IoT-nodes, en de waarde van hun data wordt steeds beter benut dankzij machine learning, digitale tweelingen en andere technologieën. Met de ontwikkeling van het Wereld Meteorologisch Observatiesysteem (WIGOS) zal dit meteorologische monitoringsnetwerk met hoge dichtheid en precisie de kerninfrastructuur vormen voor de aanpak van klimaatverandering en cruciale ondersteuning bieden bij besluitvorming voor duurzame menselijke ontwikkeling.
Geplaatst op: 17 februari 2025