气象站系统结构图

好的，用户想了解气象站系统的结构组成和架构设计图，我需要先整理相关知识。首先，根据引用中的信息，气象站系统通常包括数据采集、处理、存储、分析和可视化等模块。比如引用[2]提到传感器采集数据，实时显示在OLED屏上，还有数据处理和通信模块。引用[3]提到的Hadoop系统有数据采集、清洗、存储、分析和可视化模块。引用[1]则涉及Flask框架和LSTM算法用于预测。
用户可能想要一个层次分明的架构图，所以需要分层次描述。常见的是分层结构，比如感知层、传输层、数据处理层、应用层。结合引用中的内容，感知层包括各种传感器，如温湿度、气压、风速等，这部分引用[2]和[3]都有提到。传输层可能使用Wi-Fi、4G或LoRa，如引用[2]中的通信模块。数据处理层需要数据清洗、存储，可能用Hadoop或实时处理框架，引用[3]和[4]提到了数据清洗和存储，以及流处理。应用层包括可视化、预警、API等，引用[1]和[3]提到了数据可视化和预测。
系统架构设计图可能需要用文字描述，因为无法实际画图。需要分模块说明，比如数据采集模块、通信模块、数据处理模块、存储模块、分析预测模块、可视化模块。同时要考虑可扩展性和安全性，引用[4]提到lambda架构的优缺点，可能涉及数据处理架构的选择。
用户可能还想知道具体的实现技术，比如使用哪些传感器、通信协议、数据库等。引用[2]提到温湿度传感器，引用[3]使用Hadoop，引用[1]用Python Flask和LSTM。需要将这些技术整合到架构描述中。
还要注意用户提到的IT系统结构，可能涉及服务器、云平台、分布式系统等。引用[3]的Hadoop系统是分布式的，引用[4]讨论流处理器，说明数据处理可能采用混合架构，比如批处理和流处理结合。
需要检查是否有遗漏的部分，比如电源管理、用户交互界面等，引用[2]提到按键和旋钮设置，OLED显示，这些属于用户交互部分。
最后，确保结构清晰，分点描述，并引用相关的引用来源。可能还需要生成相关问题，如优化方法、技术选型比较等。### 气象站系统架构设计详解
气象站系统的核心架构可分为以下五个层次，结合了物联网和现代数据处理技术：
一、系统分层架构

感知层（数据采集）

传感器阵列：温湿度传感器（DHT22）、气压计（BMP280）、风速风向仪（机械式/超声波）、雨量计（翻斗式）、光照传感器等[^2]
辅助设备：防雷装置、太阳能供电模块、传感器防护罩
数据特征：采样频率$f_s=1Hz$，精度$\pm0.5℃$，满足$WMO$标准

传输层（数据通信）
graph LR
A[传感器节点] -->|RS485/CAN| B(边缘网关)
B -->|LoRaWAN| C[基站]
C -->|4G/光纤| D[云平台]
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短距传输：Modbus协议，传输距离$d \leq 1200m$[^2]
远程回传：NB-IoT模块，功耗$P<1W$，支持$3GPP$标准

数据处理层

流式计算：Apache Kafka实时处理时序数据，窗口大小$T=5min$
批处理：Hadoop MapReduce进行日/月统计，满足$ETL$需求[^3]
质量校验：采用$\sigma-$edit算法，异常值检测阈值$3\sigma$

存储层
# 时序数据库写入示例
import influxdb
client = influxdb.DataFrameClient(host='localhost', port=8086)
client.write_points(dataframe,
measurement='weather',
tag_columns=['station_id'])
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热存储：InfluxDB时序数据库，写入速率$10^4 points/s$
冷存储：HDFS分布式存储，采用$Reed-Solomon$编码

应用层

可视化引擎：WebGL三维渲染，支持风场粒子动画
预测模型：LSTM网络结构$h_t = \sigma(W_hh_{t-1} + W_xx_t + b)$[^1]
API服务：RESTful接口响应时间$<200ms$

二、关键系统组件

电源子系统

供电拓扑：$PV_{100W}+LiFePO_4$电池组，续航$t\geq72h$
功耗优化：采用$DVFS$动态调频技术，睡眠模式电流$I_{sleep}=10\mu A$

可靠性设计

数据完整性：CRC32校验，汉明码纠错
故障恢复：双ARM Cortex-M4 MCU热备，切换时间$t<50ms$

安全机制

通信加密：TLS1.3 + AES-256-GCM
访问控制：RBAC模型，细粒度权限管理

三、典型架构对比

架构类型
时延
吞吐量
适用场景

边缘计算
<1s
1MB/s
实时预警

云计算
2-5s
10MB/s
长期趋势分析

混合架构[^4]
0.5-3s
5MB/s
综合应用

§§

如何选择气象传感器的采样频率和精度？
物联网气象站的低功耗设计有哪些关键技术？
气象数据清洗中常用的异常值检测算法有哪些？
时序数据库与传统关系型数据库在气象应用中有何区别？
如何评估气象预测模型的准确性和可靠性？

: 基于Python flask的气象数据可视化系统
: 智能气象站传感器配置
[^3]: Hadoop海洋气象数据分析系统
: 流批混合架构演进