Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường ứng dụng trong lĩnh vực khí tượng.

- Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 1 Nguyễn Tập Toàn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: NGUYỄN TẬP TOÀN Khoá: 2012B Ngành: Điều khiển và Tự động hóa Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường ứng dụng trong lĩnh vực khí tượng.
- Tìm hiểu tổng thể cấu trúc và hoạt động của hệ thống trạm khí tượng trên ở trên thế giới và Việt nam.
- Tìm hiểu các thông số và chức năng hoạt động, khoảng đo và sai số yêu cầu của ngành khí tượng của các đầu đo sử dụng trên thế giới.
- Tìm hiểu các chức năng hoạt động và nguyên lý điều khiển của đầu đo WXT510 - Thiết kế và xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường ứng dụng trong lĩnh vực khí tượng 3.
- Cán bộ hướng dẫn Phần Họ và tên cán bộ Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 2 Nguyễn Tập Toàn Phần lý thuyết TS.
- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế .
- Lê Minh Hoàng Học viên đã hoàn thành Ngày tháng năm 2015 (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Tập Toàn Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 3 Nguyễn Tập Toàn MỤC LỤC MỤC LỤC.
- 9 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TRẠM QUAN TRẮC KHÍ TƯỢNG.
- Ngành khí tượng ở Việt Nam và trên Thế giới.
- 12 1.1 Thực trạng công tác dự báo và nghiên cứu dự báo khí tượng ở Việt Nam.
- 12 1.2 Sự phát triển của công nghệ dự báo khí tượng trên thế giới .
- Cấu trúc của một trạm khí tượng tự động.
- Các thông số của trạm.
- 35 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ ÁP DỤNG VÀO XÂY DỰNG TRẠM KHÍ TƯỢNG.
- Cảm biến đa năng WXT510.
- 42 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 4 Nguyễn Tập Toàn 2.1 Cảm biến đo gió WINDCAP Cảm biến đo lượng mưa RAINCAP Module PTU .
- 58 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG.
- Thiết kế hệ thống trạm khí tượng.
- 59 1.1 Phần mềm “Trạm khí tượng Phần mềm “Cảm biến ảo WXT .
- 64 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TRÊN MÁY TÍNH VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG.
- Lựa chọn công cụ xây dựng hệ thống.
- Giao diện phần mềm Trạm khí tượng.
- 73 3.1 Đặt cấu hình Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 5 Nguyễn Tập Toàn 3.2 Lựa chọn chế độ đo Giám sát số liệu Tra cứu thống kê Phần mềm “Cảm biến ảo.
- 91 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 6 Nguyễn Tập Toàn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hệ thống mạng thông tin thời tiết di động.
- 17 Hình 2 Mạng truyền thông của hệ thống thông tin thời tiết di động.
- 18 Hình 3 Trạm khí tượng tự động quy mô nhỏ.
- 20 Hình 4 Trạm khí tượng tự động quy mô lớn.
- 47 Hình 14 Sai số đo lường tại độ ẩm tương đối 100% khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và cảm biến là 1°C.
- 49 Hình 15 Mô hình trạm khí tượng.
- 77 Hình 20 Giao diện chức năng “ Giám sát số liệu.
- 78 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 7 Nguyễn Tập Toàn Hình 21 Giao diện chức năng “ Tra cứu thống kê.
- 81 Hình 25 Phần mềm trạm khí tượng sau khi đã kết nối.
- 85 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 8 Nguyễn Tập Toàn DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Các giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng.
- 49 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 9 Nguyễn Tập Toàn LỜI NÓI ĐẦU Con người luôn mơ ước chinh phục thiên nhiên.
- Ngay từ khi có nhận thức về thiên nhiên-xã hội, con người đã biết tận dụng các điều kiện thuận lợi, tìm mọi cách tránh những điều kiện bất lợi để bảo tồn và nâng cao mức sống của mình, trong đó các điều kiện khí tượng luôn là yếu tố được đòi hỏi trước và yêu cầu ngày càng cao.
- Trong hoàn cảnh khoa học và công nghệ phát triển mạnh như hiện na y, thông tin thời tiết được bổ sung không ngừng và có độ tin cậy ngày càng cao, đòi hỏi các nhà khí tượng phải có những nghiên cứu ứng dụng nhằm đáp ứng kịp thời các đòi hỏi khắt khe của phát triển kinh tế - xã hội.
- Do nhiều nơi, nhiều lúc không kiểm soát được nên môi trường bị huỷ hoại nghiêm trọng.
- Mức độ khốc liệt của các hiện tượng khí tượng cũng mạnh mẽ hơn, nhiều vùng đất rộng lớn mất rừng, trở thành hoang mạc, khí hậu toàn cầu và ở nhiều địa phương đã có nhiều biến đổi trái quy luật và xảy ra thường xuyên hơn.
- Tất cả các quá trình trên là những thách thức to lớn đối với công tác dự báo khí tượng trên toàn cầu, đặc biệt đối với công tác dự báo khí tượng thủy văn (KTTV) ở nước ta.
- Nắm được các thông tin khí tượng thủy văn và biết sử dụng chúng một cách phù hợp sẽ hạn chế được những hậu quả của các hiện tượng thiên tai, tận dụng được những thuận lợi của các điều kiện thời tiết khí hậu, nâng cao hiệu quả của các hoạt động kinh tế xã hội và quốc phòng.
- Vì vậy đặt ra yêu cầu là các trạm quan trắc môi trường phải thu thập được số liệu thường xuyên, đồng thời phân tích được số liệu đó nhằm dự báo được chính xác và kịp thời.
- Ngày nay các trạm khí tượng tự động vừa thu thập, phân tích số liệu và còn truyền được qua mạng Internet đã trở nên phổ biến.
- Việc xây dựng các trạm như vậy ở Việt Nam là cần thiết vì các thiên tai đã gây thiệt hại to lớn đến đời sống của người dân mà phần nhiều là do công tác dự báo thời tiết còn thiếu và chậm.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 10 Nguyễn Tập Toàn Một trạm khí tượng tự động sẽ bao gồm cảm biến và phần mềm đi kèm.
- Ngôn ngữ lập trình C# thực sự đã đáp ứng được nhu cầu xây dựng một giao diện thu thập và xử lý tín hiệu của một trạm khí tượng như vậy.
- Với đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường ứng dụng trong lĩnh vực khí tượng” tôi mong muốn tìm hiểu về các thông số và cấu trúc của một trạm khí tượng , từ đó sử dụng mềm C# để thiết kế hệ thống thiết bị đo tự động các thông số sử dụng bộ cảm biến WXT510 thông qua cổng giao tiếp RS232.
- Tìm hiểu tổng quan về cấu trúc và nguyên lý hoạt đông của các trạm khí tượng thủy văn của nước ta và trên thế giới.
- Lựa chọn sử dụng và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của đầu đo WXT510 của hãng Vaissala dùng để đo thông số khí tượng.
- Thiết kế và xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường ứng dụng trong lĩnh vực khí tượng bao gồm: o Giao diện trạm khí tượng trên máy tính cho phép điều khiển, kết nối, thu thập dữ liệu từ đầu đo WXT510.
- o Cảm biến ảo có các chức năng giống như cảm biến WXT510 thực - Hệ thống trạm khí tượng được ghép nối và chạy thử nghiệm để đánh giá thực tế và đưa ra những hướng phát triển của hệ thống Sau thời gian ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, được sự hướng dẫn tận tình của TS.
- Lê Minh Hoàng, các thầy cô giáo bộ môn Kỹ thuật Đo & Tin học Công nghiệp, các cán bộ Viện Nghiên cứu quốc tế MICA, Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 11 Nguyễn Tập Toàn đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
- Hà Nội ngày tháng năm 2015 Học viên thực hiện Nguyễn Tập Toàn Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 12 Nguyễn Tập Toàn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TRẠM QUAN TRẮC KHÍ TƯỢNG 1.
- Ngành khí tượng ở Việt Nam và trên Thế giới Ngành Khí tượng Thủy văn có vị trí quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, củng cố quốc phòng, an ninh, đặc biệt là trong công tác phòng, tránh và giảm nhẹ thiên tai.
- Đầu tư cho ngành Khí tượng Thủy văn cần đi trước một bước để cung cấp kịp thời, chính xác thông tin và luận cứ khoa học về khí tượng thủy văn cho sự phát triển bền vững của đất nước trong bối cảnh thiên tai ngày càng khắc nghiệt và gia tăng do biến đổi khí hậu.
- 1.1 Thực trạng công tác dự báo và nghiên cứu dự báo khí tượng ở Việt Nam Phát triển ngành Khí tượng Thủy văn đồng bộ theo hướng hiện đại hoá, lấy việc đầu tư cho khoa học, công nghệ và đào tạo nguồn nhân lực làm giải pháp chủ yếu để phát triển trên cơ sở kế thừa và phát huy tối đa nguồn lực hiện có , khai thác triệt để thành tựu khoa học, công nghệ trong nước, đồng thời ứng dụng chọn lọc những thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trên thế giới.
- Đổi mới phương thức phục vụ của ngành Khí tượng Thủy văn theo hướng Nhà nước chịu trách nhiệm cung cấp thông tin, dữ liệu khí tượng thủy văn đáp ứng các yêu cầu phục vụ công cộng, phòng tránh thiên tai, bảo vệ cuộc sống, tài sản cho toàn xã hội.
- đồng thời, khuyến khích xã hội hoá, thương mại hoá các hoạt động khí tượng thủy văn và tăng cường sử dụng thông tin khí tượng thủy văn trong sản xuất, kinh doanh, dịch vụ nhằm mang lại hiệu quả kinh tế xã hội thiết thực.
- Mục tiêu tổng quát đến năm 2020, ngành Khí tượng Thủy văn Việt Nam đạt trình độ khoa học công nghệ tiên tiến của khu vực châu Á, có đủ năng lực điều tra cơ bản, dự báo khí tượng thủy văn, phục vụ yêu cầu phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai, phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh, khai thác, sử dụng Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 13 Nguyễn Tập Toàn hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Mạng lưới trạm điều tra cơ bản khí tượng thủy văn nhằm đáp ứng yêu cầu số liệu điều tra cơ bản, phục vụ dự báo KTTV, phục vụ phát triển kinh tế xã hội đảm bảo an ninh quốc phòng.
- Mạng lưới trạm được phân bố trên khắp mọi miền của đất nước, bao gồm cả đồng bằng, miền núi, hải đảo và vùng chủ quyền lãnh hải, với các loại trạm khác nhau như sau: Quan trắc khí tượng bề mặt Hiện có 168 trạm khí tượng bề mặt, gồm có: 57 trạm hạng I, 68 trạm hạng II và 43 trạm hạng III.
- 46 trạm khí hậu.
- Quan trắc khí tượng nông nghiệp Hiện có 27 trạm khí tượng nông nghiệp, trong đó có 15 trạm cơ bản, 12 trạm phổ thông đại diện cho các vùng.
- Quan trắc khí tượng thủy văn biển Hiện có 17 trạm khí tượng thủy văn biển quan trắc các yếu tố khí tượng và các yếu tố hải dương: sóng, mực nước biển, thủy triều v.v...Ngoài ra, còn có 1 tàu nghiên cứu biển phục vụ điều tra khảo sát biển.
- Quan trắc môi trường không khí và nước Hiện có 154 trạm, điểm đo, gồm.
- 6 trạm quan trắc tự động môi trường không khí, trong đó có 1 trạm nền vùng khí quyển (gồm 01 trạm quan trắc môi trường không khí tự động và 01 trạm quan trắc khí tượng bề mặt.
- 48 trạm quan trắc môi trường nước sông.
- 8 trạm quan trắc môi trường nước vùng hồ.
- 6 trạm quan trắc môi trường nước biển ven bờ.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 15 Nguyễn Tập Toàn • 68 điểm đo mặn Kiểm định máy khí tượng, thủy văn Trung tâm KTTV Quốc gia có cơ sở kiểm định các thiết bị, máy khí tượng thủy văn.
- Các máy đo một số yếu tố khí tượng thủy văn cơ bản như: nhiệt độ, độ ẩm, khí áp, bức xạ mặt trời, tốc độ gió và tốc độ dòng chảy được kiểm định thường xuyên, theo định kỳ nhằm đảm bảo độ chính xác của số liệu đo đạc.
- Phân tích môi trường Hiện có 3 phòng thí nghiệm phân tích môi trường được trang bị các thiết bị phân tích hiện đại, đồng bộ đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành Phố Hồ Chí Minh.
- Phân tích mẫu môi trường cho tất cả các trạm thuộc 9 Đài KTTV khu vực và các cơ quan, đơn vị có nhu cầu.
- 1.2 Sự phát triển của công nghệ dự báo khí tượng trên thế giới Vào thế kỷ 19, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ở Tây Âu đã tiến bộ với những bước tiến khổng lồ kéo theo sự phát triển về kinh tế và thương mại quốc tế.
- Chính trong bối cảnh đó, nhiều hội nghị quốc tế về khí tượng đã được triệu tập để xác định rõ vị trí, vai trò và tầm quan trọng của khí tượng đối với hoạt động sống con người.
- Hội nghị Khí tượng Quốc tế năm 1873 tại Vienna đã đánh dấu một bước ngoặt có tính chất lịch sử về hợp tác quốc tế của ngành Khí tượng thế giới và chính tại Hội nghị này, điều lệ của WMO đã được thông qua.
- Sự phát triển của công nghệ dự báo khí tượng trên thế giới đã ngày càng lớn mạnh từ đó.
- Phương tiện kỹ thuật trong đo đạc, thu thập số liệu ngày càng hiện đại và phát triển đến mức người ta có thể nhận được bất cứ yếu tố khí tượng nào ở bất cứ nơi nào Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường trong lĩnh vực khí tượng Luận văn thạc sĩ 16 Nguyễn Tập Toàn cần, từ vùng núi cao tuyết phủ đến các vùng biển ít tàu thuyền qua lại, ở mặt đất hay trên các độ cao bất kỳ.
- Mật độ các trạm khí tượng tự động ở các nước tiên tiến đủ thoả mãn nhu cầu thông tin đối với các mô hình dự báo số trị.
- Các máy đo gió tự động c ó thể thiết lập Profile gió cũng như các yếu tố khí tượng, môi trường ở mọi nơi, với đầy đủ các thông số cần thiết trong mỗi khối khí.
- Hệ thống ra-đa hiện đại dày đặc có thể phát hiện những biến đổi nhỏ nhất của các điều kiện khí tượng địa phương.
- Các phần mềm phân tích số liệu ra-đa, ảnh mây vệ tinh ngày càng tiến bộ giúp các nhà khí tượng nâng cao độ chính xác trong dự báo các hiện tượng thời tiết như tính chất mưa, lượng mưa, thời gian mưa ở các khu vực đồng thời cũng bổ sung lượng thông tin quan trọng trong việc giải các bài toán dự báo.
- Với hàng trăm vệ tinh theo dõi thời tiết, các nhà khí tượng không chỉ nhìn thấy hình ảnh, diễn biến của các đám mây, vùng bão, mà còn có khả năng phát hiện những biển đổi từ quy mô nhỏ nhất của các diễn biến thời tiết, khí hậu trên mọi vùng của trái đất, đến việc phát hiện những hiện tượng quy mô lớn hơn như lỗ thủng tầng ôzon, sự mỏng đi của lớp băng vùng cực, hay diễn biến của hiện tượng ENSO (El Nino-Southern Oscillation- sự dao động El Nino ở phía Nam).
- Vệ tinh khí tượng đã giúp tăng cường khả năng liên lạc với dung lượng, tốc độ rất lớn.
- Các máy tính thế hệ mới phát huy tính năng siêu việt, có thể giúp giải các bài toán khí tượng nhanh chóng mà chỉ vài chục năm trước đây không thể thực hiện được.
- Những mô hình dự báo cho phép các nhà khí tượng có thể tiến hành dự báo chính xác hơn nhiều yếu tố khí tượng với nhiều thời hạn dự báo khác nhau, từ những dự báo hạn cực ngắn đối với các xoáy nhỏ có thể gây ra tác động xấu cho hoạt động của máy bay ở các sân bay đến các dự báo quy mô lớn hơn như bão, gió mùa, với độ chính xác ngày càng cao.
- Internet, công cụ thông tin hiện đại đã phát triển mạnh mẽ, giúp không chỉ thu thập số liệu, mà còn trao đổi các loại thông tin khí tượng từ số liệu khí hậu đến các thông tin đủ loại trong khí tượng: ảnh mây, ra đa, các kết quả dự báo số trị, các trường dự báo, các yếu tố dự báo khí tượng mà bất cứ ai quan tâm cũng có thể tìm và sử dụng có hiệu quả.Việc ứng dụng các công nghệ cao như Hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt