一、概述

為預測和應對大氣組成變化的后果，科學界作了長期的努力。上世紀80年代前，大量的研究在溫室、培養(yǎng)箱或開頂式氣箱中進行。由于相應的試驗條件如溫度、風速、濕度、降雨等因素與自然條件相去甚遠，特別是系統(tǒng)中植物與昆蟲、病源的隔離，從這種模擬環(huán)境中所取得的研究結果預測大氣組成和氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，具有較多的不確定性。鑒于此，研制開發(fā)在自由空氣條件下的升高大氣某個特定組分和（或者）溫度的實驗平臺系統(tǒng)，以在盡可能接近自然生態(tài)環(huán)境的條件下，研究生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應和適應是非常必要的。

北京華益瑞科技有限公司設計的開放體系中調控CO2組分濃度和溫度的自動調控系統(tǒng)，即“二氧化碳及溫度FACE (Free Air gas Concentration Enrichment)”系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)在野外的目標區(qū)域沒有任何隔離設施，氣體可以自由流通，區(qū)域內通風、光照、溫度、濕度等條件十分接近自然生態(tài)環(huán)境。該系統(tǒng)平臺能在比較寬的風速范圍內（超過國際上同類系統(tǒng)）滿足較大區(qū)域內對目標氣體濃度的控制精度要求（超過國際上同類系統(tǒng)）。擁有自主知識產權的控制軟件，包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集控制和分析處理軟件包，遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，為研究生態(tài)系統(tǒng)對大氣中CO2濃度和溫度變化響應提供理想手段，使我國FACE平臺技術優(yōu)越于國際。

二、方案介紹與性能指標

在較大區(qū)域內改變和調控自由空氣中的特定氣體成分，是一項挑戰(zhàn)性很強的技術研究工作。世界上有多個優(yōu)良團隊，正在研究在開放體系增加空氣中CO2、O3等多個組分濃度以及改變溫度、降水等因子的自動控制技術。世界上過去和正在運行的FACE系統(tǒng)基本上是旱地系統(tǒng)，如美國研制的系統(tǒng)設計目標為試驗區(qū)域的濃度比大氣中高50%，但實際達到的指標是平均高20%(Schroeder,2006)。由于這種平臺技術的缺陷，影響到相關研究結果的學術和應用價值。

遠程控制計算機管理整個平臺的運行，設置布氣實驗時間、氣象條件等，可進行CO2濃度/溫度設置值或者增強比例/幅度設定，控制樣地數(shù)據(jù)采集器獲得對照樣地數(shù)據(jù)采集器的參考數(shù)據(jù)，對控制量進行運算，通過各種控制器、質量流量計、調壓器等進行實施，再通過控制樣地內的傳感器、分析儀對樣地內的溫度、氣體濃度進行測量，實現(xiàn)反饋、閉環(huán)控制。

平臺結構系統(tǒng)框圖如下：

本系統(tǒng)的控制核心部件使用CampbellScientific,Inc的數(shù)據(jù)采集器，比較國際上的FACE系統(tǒng)，有的采用了Campbll的數(shù)據(jù)采集器，有的使用PLC來控制。有的使用了電腦控制相比之下，使用采集器有如下優(yōu)點。

 CO2增強PID自動計算控制調節(jié)，PID方程  比例微積分方程（PID方程）是過程控制中常用的方法，其框圖如下：

采樣進氣口防水汽凝結方案，防灰塵過濾

CO2進氣組件（pn 27693）包括用于設定流量的孔口，去除大氣灰塵的過濾器和雨水分配器，這樣可以允許環(huán)境空氣自由采用而不會降低能量進入。雨水分流器被加熱以防止冷凝。進氣組件包括一個平衡室以抑制CO2和H2O的環(huán)境濃度的波動。

三、軟件平臺與移動監(jiān)控

 1、電腦監(jiān)控界面

O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的FACE實驗監(jiān)控界面。

O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為臭氧制作銷毀控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，為了是O3的增強不破壞大自然和周邊環(huán)境，本系統(tǒng)采用了臭氧銷毀裝置。

2、 手機APP應用監(jiān)控

查看數(shù)據(jù)以及曲線（Android以及ios版本）

（一） 直接點擊手機App:Linker，則直接進入顯示所有在線圈名稱的界面，如下圖所示：

該界面顯示所有在線的圈地名稱，可對圈地名稱進行修改以及添加新名稱的操作。也可直接輸入圈地編號直接點擊查找。