Автономная гидрометеорологическая станция (АГМС)

Общее описание

Автономная гидрометеорологическая станция – АГМС, разработана сотрудниками лаборатории гидрологии и гидрофизики Лимнологического института СО РАН. Станция предназначена для сбора и передачи в режиме реального времени гидрологической и метеорологической информации по беспроводным каналам связи на удаленный интернет-сервер. Интернет-сервер имеет свою собственную WEB-страницу (рис. 1) с которой имеется возможность, как оперативно визуализировать полученные данные, так и выгружать их для последующего анализа в табличном формате.

WEB-страница интернет сервера

Рис. 1. WEB-страница интернет сервера

Логику работы всего устройства задает микроконтроллер фирмы Microchip c 16-ти разрядной архитектурой, который является связующим звеном всех элементов АГМС. Для передачи данных в Интернет в устройство интегрирован GSM терминал (SIM900D производства SIM Technology Group), при отсутствии в районе установки сетей сотовой связи предусмотрена возможность подключения спутникового терминала, или работы в полностью автономном режиме, с сохранением собранных данных на сменной энергонезависимой карте памяти типа SD. Карта памяти отформатирована в FAT32 поэтому записанные данные могут быть считаны из любой операционной системы без использования специализированных программ. Для синхронизации времени в устройстве интегрирован приемник географических координат (ML8088s производства ООО “НАВИА” Россия), обеспечивающий привязку к атомным часам спутников ГЛОНАСС и GPS. Станция питается от свинцового аккумулятора напряжением 12В, заряд производится от солнечной панели мощностью 30 Вт. В схему питания интегрирован контроллер заряда, поддерживающий оптимальное зарядное напряжение в зависимости от температуры аккумуляторов, и обеспечивающий их защиту от перезаряда и глубокого разряда, что существенно продлевает срок эксплуатации. Наличие в устройстве внешних I2C и COM портов, а также резервных аналоговых каналов, открывает возможности ее гибкого расширения: оснащения дополнительными датчиками, подключения внешнего оборудования.

Технические характеристики

Измеряемые метеопараметры и их точность зависят от используемой в составе АГМС метеостанции или метеодатчиков, и могут быть изменены по требованию заказчика. В базовом варианте используются метеодатчики Davis Vantage Pro 2.
1. Измеряемые метеопараметры, и их разрешающая способность:
1.1 Атмосферное давление     0,05 мм рт. ст.
1.2 Температура воды     0,01°С
1.3 Скорость ветра (опционально)   0,5 м/с
1.4 Направление ветра (опционально) 1°
1.5 Влажность воздуха (опционально) 1%
1.6 Температура воздуха (опционально) 0,1 °С
1.7 Солнечное излучение (опционально) 1 Вт/м2
1.8 Количество осадков (опционально) 0,25 мм
2. Измерение уровня воды:
2.1 Разрешающая способность    0,5 мм
2.2 частота:        до 5 Гц
3. Точность временной синхронизации не хуже 1 мкс.
4. Емкость энергонезависимой памяти данных не более 32Гбайт

Технико-экономические преимущества

Измерения уровня традиционно осуществляются на постах Росгидромета преимущественно два раза в сутки с точностью 1-2 см. С использованием датчика гидростатического давления (рис. 2) разработанная станция позволяет производить на порядок более точные (до 0,5 мм) и высокочастотные (с дискретностью до 5 Гц) измерения уровня и атмосферного давления, с жесткой временной привязкой полученных данных по спутникам ГЛОНАСС и GPS. По точности измерения уровня воды АГМС соответствует лучшим мировым аналогам (напр. Датчик «Orpheus Mini» производства OTT Hydromet GmbH, или система EHP-СМС производства EHP-Tekniikka Ltd.), а в части регистрации высокочастотных колебаний (с периодами меньше минуты) их превосходит. Результаты измерений с сети таких станций и их интеграция в одну систему позволяют изучать пространственную изменчивость колебаний уровня, выделять возмущения от удаленных событий и оценивать положение их источников, выполнять как более качественное и надежное разделение разночастотных колебаний уровня, так и более достоверную интерпретацию полученных результатов. Экономическое преимущество комплекса заключается в его неприхотливости, не требующей дополнительного обслуживания со стороны человека. Питание от солнечных батарей позволяет полностью исключить затраты на его энергообеспечение, а расходы на передачу данных через сотовые каналы связи как правило не превышают 1000 рублей в год.

Датчик гидростатического давления для измерения уровня

Рис. 2. Датчик гидростатического
давления для измерения уровня

Уровень и место практической реализации

Модернизированный с помощью АГМС уровнемерный пост

На данный момент, функционирует три автономных гидрометеорологических станции установленных на озере Байкал. Проводятся работы по установке и ввод в эксплуатацию АГМС на озере Телецкое (рис. 3). АГМС оснащены метеостанциями (Davis Vantage Pro 2 и WS2300) с набором основных метеорологических датчиков, а также датчиками уровня озера и температуры воды. Данные с каждой станции передаются на сервер ЛИН СО РАН через GPRS в режиме реального времени, с которыми можно ознакомиться по адресу www.hydro.lin.irk.ru.