煤火裂隙区碳排放无线网络监测系统

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全球气候变化使碳排放成为关注热点。我国以煤炭为主要能源,且煤田自燃灾害严重,监测煤火裂隙区碳排放具有重要意义。目前,针对煤火区的碳排放监测的相关研究多集中于利用遥感、GIS等技术探测火区的地理分布,定量测算煤火裂隙的碳排放研究相对较少。近来,有学者利用箱法实地测量煤火裂隙CO2排放通量,并结合遥感方法估算煤火碳排放。该方案为煤火排放测算提供了一定的思路,但其人力物力投入大,测量成本高,也不具备长时、实时监测的优点。因而,低成本、自动化、可实时、长时连续的观测煤火排放的系统成为研究方向。  基于微气象学法中空气动力学和质量平衡法两种通量计算理论,借助数据采集和无线通信技术,设计并实现了一套无线网络环境数据采集系统,可用于对煤火裂隙碳区域环境参数的自动化监测。该系统包含独立观测节点和无线网络系统两个层次,独立观测节点集成了主控器、众多传感模块和无线模块子节点;无线网络系统则利用无线模块,将多个独立观测节点与远程控制终端融合,构建成为局域监测系统。  对主控器单板、两个传感模块单板进行了软、硬件的设计与实现。主控器单板基于ATmega128设计,承载策略采集方案,主导监测流程,通过RS485总线控制众多传感模块采集,存储和无线发送监测数据,也响应远程控制终端配置命令。传感模块完成传感器集成和调理,挂载于总线,响应主控器控制,返回数字式的野外环境数据,具体包括CO2,CO,CH4浓度,风速,风向,温度,湿度和气压等。  2013年5月和8月,该系统在乌达矿区进行了两次野外实验,在煤火裂隙区上、下风向搭建了两个10m高观测塔,测量不同高度(1,2,3,5,7,8,9,10m)的环境参数,每次连续观测持续近两周,期间经历高温与雷雨天气,系统工作稳定。利用脚本语言Python驱动数据库PostgreSQL进行了数据后处理,绘制并分析了各类环境数据曲线,最终得到气体排放通量。结果能够很好地反应煤火裂隙区各环境参数的实时变化,数据质量较高,能够满足工作需求。
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