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气象监测解决方案:中型城市综合气象监测网络部署案例

发布日期:2024-09-13
信息摘要:
项目背景 中型城市(面积约3000平方公里,人口约200万)计划建立一个全面的气象监测网络,以提高天气预报准确性,加强极端天气预警能力,并为城市规划、环境保护等提供数据支持。   ……
  1. 项目背景

中型城市(面积约3000平方公里,人口约200万)计划建立一个全面的气象监测网络,以提高天气预报准确性,加强极端天气预警能力,并为城市规划、环境保护等提供数据支持。

 

气象监测解决方案:中型城市综合气象监测网络部署案例

  1. 系统架构

2.1 监测站点布局

  • 1个中心气象站
  • 10个综合气象站(均匀分布在城市各区)
  • 50个自动气象站(覆盖重点区域和薄弱地带)

2.2 数据中心

  • 1个主数据中心
  • 1个备用数据中心(异地灾备)

2.3 网络结构

  • 采用5G网络作为主要数据传输通道
  • 使用卫星通信作为备用传输方式

气象监测解决方案:中型城市综合气象监测网络部署案例

  1. 硬件设备清单

3.1 中心气象站设备

  • 温湿度传感器:Vaisala HMP155
  • 气压传感器:Vaisala PTB330
  • 风速风向传感器:Young 05103
  • 雨量传感器:OTT Pluvio²
  • 太阳辐射传感器:Kipp & Zonen CMP21
  • 能见度传感器:Biral VPF-730
  • 云高仪:Vaisala CL31
  • 自动探空系统:Vaisala MW41
  • 气象雷达:Vaisala WRM200

3.2 综合气象站设备(每站)

  • 温湿度传感器:Vaisala HMP155
  • 气压传感器:Vaisala PTB330
  • 风速风向传感器:Young 05103
  • 雨量传感器:OTT Pluvio²
  • 太阳辐射传感器:Kipp & Zonen CMP21
  • 能见度传感器:Biral VPF-730

3.3 自动气象站设备(每站)

  • 温湿度传感器:Vaisala HMP110
  • 气压传感器:Vaisala PTB110
  • 风速风向传感器:Young 05103
  • 雨量传感器:Tipping bucket rain gauge

3.4 数据采集和传输设备(每站)

  • 数据采集器:Campbell Scientific CR1000X
  • 5G路由器:Sierra Wireless AirLink RV55
  • 太阳能供电系统:
    • 太阳能板:Renogy 200W 单晶硅太阳能板
    • 蓄电池:Trojan SPRE 12 225 AGM深循环蓄电池
    • 控制器:Victron Energy BlueSolar MPPT 100/50

3.5 数据中心设备

  • 服务器:Dell PowerEdge R740(10台)
  • 存储系统:Dell EMC Unity XT 880F(100TB有效容量)
  • 网络设备:Cisco Nexus 9300 系列交换机
  1. 软件系统

4.1 操作系统

  • 服务器:CentOS 8
  • 工作站:Windows 10 专业版

4.2 数据库

  • PostgreSQL 13 + TimescaleDB

4.3 应用软件

  • 数据采集软件:自主开发(C++)
  • 数据处理软件:自主开发(Java)
  • 数据分析软件:自主开发(Python)
  • 可视化平台:自主开发(Vue.js + Echarts)

4.4 气象模型

  • WRF(Weather Research and Forecasting)模型
  1. 部署流程

5.1 前期准备(2周)

  • 确定各监测站点的具体位置
  • 进行现场勘察,评估安装条件
  • 完成设备采购和到货

5.2 中心气象站部署(3周)

  • 安装气象观测塔(50米高)
  • 安装各类传感器和设备
  • 部署自动探空系统
  • 安装调试气象雷达

5.3 综合气象站部署(6周,每站约4天)

  • 安装10米观测塔
  • 安装各类传感器
  • 部署数据采集和传输设备
  • 安装太阳能供电系统
  • 进行设备调试和数据测试

5.4 自动气象站部署(8周,每站约1天)

  • 安装简易支架(3-5米高)
  • 安装基本传感器套装
  • 部署数据采集和传输设备
  • 安装太阳能供电系统
  • 进行设备调试和数据测试

5.5 数据中心建设(4周)

  • 机房环境准备(供电、空调、消防等)
  • 服务器和存储系统安装
  • 网络设备部署和配置
  • 操作系统和基础软件安装

5.6 软件系统部署(6周)

  • 数据库系统部署和优化
  • 应用软件安装和配置
  • 气象模型部署和调试
  • 系统集成和测试

5.7 系统联调和试运行(4周)

  • 全网数据采集测试
  • 数据处理和分析流程测试
  • 预报产品生成测试
  • 系统稳定性和性能测试
  1. 数据流程

6.1 数据采集

  • 自动气象站:5分钟/次
  • 综合气象站:1分钟/次
  • 中心气象站:1分钟/次(部分要素10秒/次)

6.2 数据传输

  • 使用MQTT协议进行实时数据传输
  • 数据加密:AES-256
  • 传输频率:与采集频率相同

6.3 数据处理

  • 数据质量控制:去除异常值,填补缺失值
  • 数据标准化:统一单位和格式
  • 数据汇总:计算小时值、日值等统计量

6.4 数据存储

  • 原始数据:保存5年
  • 处理后数据:永久保存
  • 数据备份:每日增量备份,每周全量备份

6.5 数据分析

  • 统计分析:各气象要素的统计特征
  • 天气预报:运行WRF模型,生成未来7天预报
  • 气候分析:长期趋势分析,极端事件统计
  1. 系统功能

7.1 数据展示

  • 实时气象数据展示
  • 天气预报产品展示
  • 历史数据查询和对比
  • 气象要素分布图(如温度、降水量分布)

7.2 预警功能

  • 暴雨预警
  • 高温预警
  • 大风预警
  • 空气质量预警

7.3 专题服务

  • 城市热岛效应分析
  • 农业气象服务
  • 交通气象服务
  • 旅游气象指数

7.4 数据共享

  • 为其他政府部门提供数据接口
  • 向公众开放部分数据和API
  1. 运维方案

8.1 日常维护

  • 设备巡检:每月一次
  • 传感器校准:每半年一次
  • 软件系统更新:每季度一次

8.2 应急预案

  • 设备故障:24小时内响应,72小时内修复
  • 通信中断:自动切换到备用通信方式
  • 数据中心故障:自动切换到备用数据中心

8.3 数据质量管理

  • 实时数据质量监控
  • 每日数据质量报告
  • 定期数据质量评估(每月一次)
  1. 培训计划

9.1 设备操作培训(1周)

  • 面向现场技术人员
  • 内容:设备安装、日常维护、故障排除

9.2 系统使用培训(1周)

  • 面向气象预报员和数据分析人员
  • 内容:系统操作、数据分析、产品制作

9.3 高级技术培训(2周)

  • 面向核心技术人员
  • 内容:系统架构、数据库优化、模型调优
  1. 项目周期和里程碑
  • 项目启动:2024年1月1日
  • 设备到货完成:2024年2月15日
  • 监测站点部署完成:2024年5月31日
  • 数据中心建设完成:2024年6月30日
  • 软件系统部署完成:2024年8月15日
  • 系统试运行:2024年8月16日 – 9月15日
  • 系统正式运行:2024年9月16日
  1. 预期效果
  • 天气预报准确率提高15%
  • 极端天气预警提前时间延长到2小时
  • 为城市规划、环境保护等提供可靠的数据支持
  • 年均减少气象灾害造成的经济损失约5000万元

这个详细的部署方案涵盖了气象监测系统的各个方面,包括硬件选型、软件系统、部署流程、数据处理流程、系统功能以及运维方案等。它为中型城市建立一个全面的气象监测网络提供了具体的实施路径。

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