百葉箱的總體架構設計邏輯架構設計

總體架構設計

整個系統由數據采集系統、終端系統、云平臺應用軟件系統組成，系統原型如圖1所示。數據采集系統包括氣象自動觀測儀、水質自動觀測儀、液位自動觀測儀、自動土壤水分觀測儀、土壤水分宇宙射線儀、土壤鹽度與酸堿度檢測儀、地下水位儀、大氣負氧離子監測儀等儀器，可以將氣象觀測、土壤觀測、水體觀測以及環境觀測（負離子濃度、空氣溫濕度）要素通過無線通訊方式直接傳輸至中心站，實現對氣象、土壤、水體和負氧離子等相關要素的在線監測；終端系統由計算機、網絡設備組成，可以查詢和顯示濕地氣象信息；云平臺應用軟件系統可以實現信息的采集入庫、信息統計分析、系統的管理、預警和對策的發布。

邏輯架構設計

整個系統采主要包括采集層、數據層、支撐層、應用層、展現層，系統邏輯架構。

（1）采集層

采集層由感知部分和網絡部分組成，其中感知部分由分布在監測區域的傳感器節點構成，傳感器采集環境數據，采集對象包括氣象、植被、土壤、水體、大氣環境等。傳感器的類型可以根據需要監測的濕地參數進行選擇，如二氧化碳、光合有效傳感器等；網絡部分接收感知層各傳感器節點傳送來的數據，通過其他外部的網絡（Internet/GPRS/3G/4G）將數據傳送到監測中心，監測中心負責對目標監測區域發出各項環境指標的查詢請求命令，并對收集上來的數據進行分析處理。

（2）數據層

數據層按照規范的程序和數據標準，對數據資源進行處理、交換以及管理。數據庫由基礎信息數據庫、生態要素信息數據庫、信息發布數據庫等組成。系統對數據處理有多種模式，提供面向消息中間件的適配器接口，通過這個接口，系統可實時地向第三方系統交換數據。數據資源建設按照業務分類、依托應用系統采集、組織數據，并在應用過程中逐步完善和豐富。

（3）支撐層

支撐層通過選擇各種成熟的中間件、數據庫技術和技術架構，構建系統的應用支撐環境。提供客戶端數據和服務接口；客戶端應用最終都轉換為對這些接口的調用，這些接口在實際應用中也可以得到更新和補充。

（4）應用層

在支撐層的基礎上，生態氣象觀測數據收集處理與應用分析平臺系統通過信息查詢與發布系統，統一信息查詢入口，依據用戶權限為不同用戶發布不同的數據信息。應用層通過規范化流程、友好界面和方便性操作設計，為行業監管、領導決策提供信息服務，提供監測信息發布、預警信息發布等信息服務。

（5）展現層

展現層包括Web應用軟件、手機APP，提供信息發布和查詢等功能，并為各功能平臺提供統一服務入口，實現生態氣象信息的發布和查詢。

8 數據采集設計

本系統中的生態氣象觀測要素包含氣象環境、土壤環境、水體環境以及大氣環境五大類。除了區域植被狀況和水域面積的觀測通過無人機航拍實現外，其它所有觀測要素數據均可通過地面觀測設備進行在線監測，且監測數據及各設備儀器的相關狀態信息（傳感器狀態、通信狀態、電池狀態、采集器狀態等）均可通過無線通訊方式直接傳輸至中心站。系統觀測要素豐富且安裝儀器設備較多，由于觀測對象和現場環境的限制，多數設備無法集中布設，且安裝距離較遠，這給數據的集中采集帶來困難。依據儀器的觀測對象和安裝位置，項目采用區域數據分離采集并單獨上傳的方案，上傳數據通過無線網絡（3G/4G）方式傳輸至中心站。

除此之外，由于系統共包含多類觀測設備，采集對象種類較多，且均通過無線網絡上傳至數據中心，為了降低數據中心網絡帶寬的壓力，系統針對數據采集的頻次、監測對象的選擇、采樣點選擇和采樣點傳感器布設進行了設計。

9 數據傳輸設計

S-CG200型大氣負(氧)離子監測儀可支持通過多種方式傳輸數據，其中主要以遠程無線（3G/4G）、遠程有線（光纖）、近距離有線（RS485/RS232、RJ45）等幾種方式。

大氣負（氧）離子自動監測系統是專為大氣環境監測開發的大氣負（氧）離子自動監測站。數據傳輸主要以：GPRS數據傳輸網絡、數據接收服務器、客戶機（服務器和客戶端可為同一臺電腦）等組成。無須布傳輸線。

根據監測現場的通信條件，可選用公網GPRS/CDMA/3G進行通信傳輸， 無線通信（GPRS/CDMA/3G）是指不需要物理連接線的通信，即利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特征進行信息交換的一種通信方式。無線通信設備最大優點就是環境，不需要受安裝通訊線的限制，具有一定的移動性，可以在移動狀態下通過無線連接進行通信，施工難度低，成本和費用相對較低，傳輸距離基本不受限制。因此，在進行數據傳輸時，可以借助于當地GPRS、CDMA、3G/4G等公用網信息平臺實現，方便且可靠。

9 供電設計

傳統的氣象監測站供電方式主要有市電供應和太陽能供電兩種。本系統觀測位置處于野外，多數處于自然保護區，考慮到站點距離市電接入點距離較遠，且專供線審批、占地、造價、協調、安全和維護的問題較多，因此不予采用。

太陽能光伏供電系統技術相對成熟，目前在我國絕大部分地區具備廣泛應用條件。本系統建立在生態保護區，項目建設時應充分考慮儀器的綠色節能特性，本方案采用太陽能供電系統實現對試驗站內各自動監測站的供電。

因此本系統在設計時充分考慮了供電的可靠性、安全性，且各觀測設備采用了低功耗設計，太陽能供電單元主要由太陽能光伏電池板、充放電控制器、儲能蓄電池組成。供電容量主要和連續工作陰雨天數、每天工作時間、系統功耗相關，本方案儀器在無陽光的情況下可連續工作15天以上。