一种流动式多功能气象站的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种流动式多功能气象站，包括由上至下依次设置的：用于测量当前雨量和强度的雨量计，用于安装各种环境检测传感器的百叶箱；用于测量当前风速和风向的测风装置，用于和移动载具固定的固定座。本发明为一体式小型气象站，可同时对大气环境中的降雨量、降雨PH值、风速、风向、空气温度、湿度、结露、二氧化碳、空气质量、光照度、太阳辐射、紫外线、悬浮颗粒物密度等多种参数进行实时监测。使用多项节能技术，设备内置电池即可长时间工作。内置多种无线网络支持，可方便进行无线参数配置、数据传输。
【专利说明】
-种流动式多功能气象站
技术领域
[0001] 本发明设及军事领域，特别是设及一种基于加速度信号确定高速侵彻引信的计层 识别方法及实现该方法的装置。
【背景技术】
[0002] 现有的气象站一般包括钢架式雨量站和超声波气象站，其中钢架式雨量站的风速 风向传感器为机械式，占用空间大，为使气象站整体比较协调，其它各种传感器也均采用独 立式，上述部件通常安装于一个树形钢体结构架上，整体体积较大。而超声波气象站旁边通 常需要一个仪器箱来安装采集仪和蓄电池，也导致体积过于贿肿。
[0003] 特别是，上述两类气象站，均不能实现流动(运动)应用，比如安装于汽车顶部在运 动中工作，从原理上讲，目前使用的各类降雨量传感器(翻斗式、称重式等)在加速或减速动 作影响下均会产生错误信号输出，无法使用，对于风速、风向参数也影响很大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种体积小且能够实现移动测量的流动式多功能气象站。
[0005] 特别地，本发明提供一种流动式多功能气象站，包括由上至下依次设置的：
[0006] 雨量计，用于测量当前雨量和强度，包括弧形的透光罩，和设置在所述透光罩内部 相对两侧的光线发射端和光线接收端，由光线发射端发送的光线经透光罩折射后进入光线 接收端，根据光线接收端接收的光线强度和变化次数，即可得到因透光罩外表面的雨水折 射出去的光线强度，进而计算出当前的降雨信息；
[0007] 百叶箱，用于安装各种环境检测传感器，包括多个检测空气状态的传感器和多个 检测外界光线状况的传感器；
[0008] 测风装置，用于测量当前风速和风向，包括超声波测风仪，所述超声波测风仪包括 =组分别由相对的发送器和接收器构成的超声波探头，其中发送器和接收器均匀的分布在 一个圆环内；
[0009] 固定座，用于和移动载具固定，包括安装在内部用于控制各部件工作的控制单元， W及与所述控制单元连接的供电单元、检测当前倾斜状态的平衡单元、检测当前行进方向 的方向单元、确定当前位置的定位单元和与外部进行数据交互的外部数据接口。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述超声波测风仪处于四面透风的安装环境中，测量 方法如下：
[0011] 步骤1，测量无风状态下，相对的发送器发送超声波到接收器时的正常时间；
[0012] 步骤2,测量有风状态下，相对的发送器发送超声波到接收器时的实际时间；
[0013] 步骤3,用正常时间送去实际时间，即为当前的风速；
[0014] 步骤4,获取圆周分布的=组发送器和接收器之间的风速值，其中最大的风速值所 对应的发送器和接收器方向即为当前的风向。
[0015] 在本发明的一个实施例中，还包括校正步骤，当检测装置处于移动状态下，且在某 一方向上的倾斜角度为a时，在此方向实测风速s'会小于实际风速S，见下式(I):
[0016]
[0017]设检测装置的移动速度为S"，在某一方向测量到的风速S'会变大或变小，则实际 风速S见式(2):
[001 引 S = S'+/-S" (2)
[0019] 对于风向的校正，某一时刻的风向计算公式为：
[0020] H=H'-h (3)
[0021] 上式中，H为实际风向，H'为测量到的风向，h为当前检测装置的角度值。
[0022] 在本发明的一个实施例中，在计算所述雨量计的降雨信息时，还包括降雨量校正 步骤，
[0023] 步骤1，确定透光罩在静止且水平状态下时的受雨面积；
[0024] 步骤2,获取当前透光罩的倾斜角度，根据透光罩的弧形面积计算出相应的倾斜受 雨面积；
[0025] 步骤3,获取当前透光罩的实时移动速度和风速；
[0026] 步骤4,利用倾斜受雨面积/实时移动速度和风速，即为当前状态下的实际降雨量。
[0027] 在本发明的一个实施例中，所述超声波测风仪中，=个所述接收器所处的平面高 于=个所述发送器所处的平面。
[0028] 在本发明的一个实施例中，所述测风装置还包括热敏测风仪，所述热敏测风仪包 括封闭的环形腔体，和位于环形腔体圆屯、的发热源，W及均匀分布在同一圆周上的多个与 所述发热源通过导热材料连接的导溫球，所述各导溫球的一部分露出所述环形腔体外，在 所述发热源和所述导溫球处安装有与所述控制单元连接的溫度传感器。
[0029] 在本发明的一个实施例中，所述环形腔体为所述百叶箱的一部分，或作为独立部 件固定在所述百叶箱的底部。
[0030] 在本发明的一个实施例中，所述外部数据接口包括数据输入输出接口，外置数据 存储接口和报警接口；所述数据输入输出接口包括RS232接口、RS485接口、蓝牙、GSM/GPRS、 射频发射器;所述外置数据存储接口包括SIM卡安装槽和SD卡安装槽;所述报警接口包括本 地报警输出接口和远程定位报警输出接口。
[0031] 在本发明的一个实施例中，所述供电单元包括内置可充电电池模块和/或太阳能 供电模块，和外部充供电接口。
[0032] 在本发明的一个实施例中，所述平衡单元为=轴巧螺仪，所述方向单元为=轴加 速度传感器，所述定位单元为电子罗盘。
[0033] 本发明为一体式小型气象站，可同时对大气环境中的降雨量、降雨PH值、风速、风 向、空气溫度、湿度、结露、二氧化碳、空气质量、光照度、太阳福射、紫外线、悬浮颗粒物密度 等多种参数进行实时监测。内置=轴加速度和=轴巧螺仪、电子罗盘，可感知设备的动态数 据和运动方向，使各种对运动敏感的参数得W校正，因使用了电子罗盘，故安装时可无需考 虑设备的安装方向。内置全球定位模块，实现设备坐标获取。使用多项节能技术，设备内置 电池即可长时间工作。内置多种无线网络支持，可方便进行无线参数配置、数据传输。
【附图说明】
[0034] 图1是根据本发明一个实施例的流动式多功能气象站结构示意图；
[0035] 图2是根据本发明一个实施例的雨量计结构示意图；
[0036] 图3是根据本发明一个实施例的超声波测风仪结构示意图；
[0037] 图4是根据本发明一个实施例的热敏测风仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038] 如图1所示，本发明一个实施例的流动式多功能气象站100-般性地包括由上至下 依次设置的测量当前雨量和强度的雨量计10,和用于安装各种环境检测传感器的百叶箱 20,和测量当前风速和风向的测风装置，W及用于安装上述部件同时与移动载具固定的固 定座50。
[0039] 如图2所示，该雨量计10设置在最上层，W便首先接触到降雨，其包括弧形且透明 的透光罩11，和设置在透光罩11内部相对两侧的光线发射端12和光线接收端13,由光线发 射端12发送的测量光束经透光罩11折射后进入光线接收端13,当透光罩11的外表面没有遮 挡物时，光线发射端12发送的测量光束理论上完全被透光罩11的内表面折射至光线接收端 13,即光线接收端13此时接收到的测量光束强度与该测量光束发送时的光线强度一致。当 出现降雨现象时，雨水会滴到透光罩11的外表面，由于雨水与透光罩11的折射率相同或接 近，因此当测量光束经过沾有雨水的透光罩11处时，此部分测量光束会被外面的雨水直接 折射至空气中，从而降低了最终到达光线接收端13的测量光束强度，根据预先测量的数据， 可W由光线接收端13接收的测量光束强度和变化次数，确认因透光罩11外表面的雨水折射 出去的光线强度，进而计算出当前的降雨信息。该雨量计10的具体结构和详细工作过程可 W参见本
【申请人】另一在先专利(201510317539.4)中的内容。
[0040] 百叶箱20为各种传感器提供安装空间和安装基座，同时四周设置有相应的透风 孔，具体的环境检测传感器可W包括多个检测空气状态的传感器和多个检测外界光线状况 的传感器。其中检测空气状态的传感器可W包括能够检测降雨PH值、空气溫度、湿度、结露、 二氧化碳浓度、空气质量、悬浮颗粒物密度等环境信息的多个独立传感器或多功能传感器。 检测外界光线状态的传感器检测内容包括当前光照度、太阳福射和紫外线强度等信息。上 述各传感器分别与控制单元连接，由控制单元控制并接收相应的检测数据。百叶箱20能够 在提供良好安装空间的同时，保证内外空气的正常流动。
[0041] 如图3所示，该测风装置安装在百叶箱20的下方或底部，可W包括超声波测风仪 40,该超声波测风仪40包括=组分别由相对的发送器41和接收器42构成的超声波探头，其 中发送器41和接收器42均匀的分布在一个圆环内。相邻发送器41和接收器42分别间隔180 度。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。测量时，发送器41向相对的接 收器42发送超声波，若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快;反之，它的速度会 变慢。因此，超声波在空气中传播的速度可W和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风 速和风向。
[0042] 固定座50的内部可W设置相应的安装空间，W安装控制单元、供电单元等基础部 件，还可W安装检测当前工作环境的部件，如检测当前倾斜状态的平衡单元、检测当前行进 方向的方向单元和确定当前位置的定位单元。
[0043] 本实施例为一体式小型气象站，可同时对大气环境的多个参数进行监控，通过内 置平衡单元和方向单元，可感知整个设备的动态数据和运动方向，使各种对运动敏感的测 量参数得W校正。通过内置定位单元可实现设备位置坐标获取，方便远程控制。通过雨量计 10可W得到当前降雨量和降雨强度，通过测风装置可W获取当前风速和风向。本实施例能 够移动使用且测量全面，适应范围广，相应的对自然灾害的预报也更及时，可广泛应用于运 动中大气环境监测，同时也可应用于各种突发自然灾害的应急指挥使用，或作为手持式便 携多参数气象测量工具。
[0044] 进一步地，在本发明的一个实施例中，该超声波测风仪40的风速和风向测量方法 可W采用如下方式。将超声波测风仪40安装在四面透风的安装环境中，然后：
[0045] 步骤101，测量无风状态下，相对的发送器41发送超声波到接收器42时的正常时 间；
[0046] 步骤102,测量有风状态下，相对的发送器41发送超声波到接收器42时的实际时 间；
[0047] 步骤103,用正常时间减去实际时间，即为当前的风速；
[004引步骤104,获取圆周分布的=组发送器41和接收器42之间的风速值，其中最大风速 值所对应的发送器和接收器指向的方向即为当前的风向。
[0049]进一步地，为避免风速测量过程中，设备的移动速度和倾斜角度对测量结果的影 响，在计算风速和风向时还包括校正步骤。假设流动式多功能气象站100在某一方向上的倾 斜角度为a,在此方向实测风速S'会小于实际风速S，见下式(1):
[(K)加 ]
[0051] 设流动式多功能气象站100的移动速度为S"，在某一方向测量到的风速S'会变大 或变小（即逆风或顺风），则实际风速S见式(2):
[0052] S = S'+/-S" (2)
[0053] 对于风向的校正，某一时刻的风向计算公式为：
[0化4] H=H'-h (3)
[0055] 上式中，H为实际风向，H'为测量到的风向，h为当前流动式多功能气象站100的倾 斜角度值。
[0056] 此外，还可W考虑空气溫度或湿度在利用超声波测量风速时的影响，在不同的溫、 湿度条件下，超声波的传播速率会受到较大影响，呈非线性关系，通过实验，可W获取不同 条件下超声波的传播速率，得到不同区间溫、湿度对传播速率的影响因子，将上述影响因子 集成到风速算法中，即可滤除此部分的影响。
[0057] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在计算雨量计10的降雨信息时，还包括排除 当前移动速度对雨量计算结果的影响的校正步骤，该步骤处理过程如下：
[005引步骤201，确定透光罩11在静止且水平状态下时的受雨面积；
[0059] 步骤202,获取当前透光罩11的倾斜角度，根据透光罩11的弧形面积计算出相应的 倾斜受雨面积;该步骤中的倾斜角度可W通过平衡单元获取。
[0060] 步骤203,获取当前透光罩11的实时移动速度和风速;透光罩11的移动速度即为当 前流动式多功能气象站100的移动速度。
[0061] 步骤204,利用倾斜受雨面积/实时移动速度和风速，即为当前状态下的实际降雨 量。
[0062] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在超声波测风仪中，=个接收器42所处的平 面高于=个发送器41所处的平面。运样的结构可W提高受风效果。
[0063] 如图4所示，进一步地，为提高测风效果，该测风装置还可W包括热敏测风仪30,该 热敏测风仪30包括封闭的环形腔体35,和位于环形腔体35圆屯、的发热源31，W及均匀分布 在同一圆周上的多个与发热源31通过导热材料34连接的导溫球32,各导溫球32的一部分露 出环形腔体35外，在发热源31和导溫球32处分别安装与控制单元连接的溫度传感器34。
[0064] 开始工作时，位于圆屯、位置的发热源31开始发热，连接的导热材料34迅速将热量 向导溫球32传导。当溫度传感器34检测到发热源31和导溫球32的溫度处于稳定状态后，停 止发热源31的加热。此时，暴露于环形腔体35外的导溫球32与空气接触部分不断向空气中 散发热量，使整个导溫球32的整体溫度开始下降，其中，处于迎风侧的导溫球32的散热速率 高于背风侧，而且风力越强整体散热越快，通过对分布在各导溫球32处溫度传感器34的散 热速率分析，即可计算出当前风的方向和风的速度。
[0065] 在计算风速和风向时，需要考虑到当前空气溫度、湿度对导溫球32的散热速率影 响，通过对特定溫湿度条件下的散热速率标定，并将标定参数嵌入到相应的风速、风向算法 内，即可提高最终的风况测量精度。
[0066] 本实施例中的环形腔体35可W为百叶箱20的一部分，也可W作为独立部件固定在 百叶箱20的底部。采用独立部件时更方便各个测量设备的组合和安装。
[0067] 进一步地，为通讯方便，控制单元的外部连接接口 51可W包括数据输入输出接口， 外置数据存储接口和报警接口。其中，数据输入输出接口可W包括RS232接口、RS485接口、 蓝牙、GSM/GPRS、射频发射器。外置数据存储接口可W包括SIM卡安装槽和SD卡安装槽。报警 接口可W包括本地报警输出接口和远程定位报警输出接口。
[0068] 本实施例中气象站的工作模式分为实时在线和定时在线两种工作模式。实时在线 是根据设置的参数，使选择的接口处于始终打开状态，提供随时指令接收、数据发布服务。
[0069] 定时在线是控制单元根据参数规定的时间间隔，向供电模块发送指令后进入断电 模式，供电模块在断电状态下维持计时功能，当计时时间被触发后再为控制单元上电，供电 模块达到在线时长后可再次进入断电模式。
[0070] 本实施例中的各种接口可W同时并存，具体使用时通过参数设置来使相应接口处 于可用状态，同时通过数据可调整各个传感器监测参数的更新频率，从而实现按需节能的 功能。
[0071 ]本实施例中的数据上传包括主动上传和被动上传两种模式，主动上传时，控制单 元会在指定的端口自动发送监测数据，被动上传时，控制单元处于静默等待状态，当收到对 应的指令后上传一次监测数据。
[0072]报警接口可通过参数配置来设置每个传感器的相应报警域值，当对应参数值超过 预警值后，通过预定的接口发送报警信息。根据输出报警信息的接口类型不同，用于报警的 装置可W是:本地有线报警器，如声光报警器等;本地无线报警器，如具有蓝牙、WIFI功能的 智能手持终端、专用的佩戴式无线报警器及安装于室内交流电上的无线报警器等。远程定 位报警，如通过GPS将当前实时位置连续的发送到远程控制中屯、，远程控制中屯、实现对地质 灾害区域内所有监测点的监视功能，有利于进行突发地质灾害事件应急救援。
[0073] 为减少设备的体积且保证正常工作，本发明一个实施例中的供电单元可W包括内 置可充电电池模块和/或太阳能供电模块，W及外部充供电接口。具体的供电单元可W安装 在固定座内，与控制单元连接，负责开关机按键检测、计时启动、充电管理。本实施例的流动 式多功能气象站100内可W配备内置电池，该电池可W是可充电电池或不可充电电池，当使 用可充电电池时，外部供电接口需要连接外部电源，外部供电设备可W是市电转换后的直 流电也可W是直接安装在气象站或载具上的太阳能电池板。
[0074] 本实施例中的控制单元安装在固定座内，与检测各种参数的传感器连接，并控制 各传感器模块的电源开关，与各传感器进行数据交互，读取传感数据或设置相应的测量参 数。通过外部数据接口完成与外界数据交互。内部可集成由FLASH存储忍片构成的存储单 元，W及由SD卡接口构成的外部扩展存储接口。
[0075] 控制单元控制整个气象测量过程，同时可随意设置相应的测量目的，如：
[0076] 应用一:在线气象站
[0077] 将流动式多功能气象站100设置为实时在线工作模式，数据输出接口设置为 RS485,用双绞线连接RS485到计算机的485接口，计算机动态显示流动式多功能气象站100 的多种参数数据。
[0078] 应用二:全自动无线气象站
[0079] 将流动式多功能气象站100设置为定时工作模式，数据输出接口设置为GSM，服务 器端上安装GSM短信接收DTU，设备自动在规定的时间启动，将采集到的各参数W约定的协 议格式通过GSM网络发送。
[0080] 应用车载流动气象站(手持便携气象站）
[0081] 可将流动式多功能气象站100安装在车辆上或设置成便携式W进行移动测量，将 流动式多功能气象站100设置为实时在线工作模式，数据输出接口设置为蓝牙或WIFI，将手 持终端软件打开，软件实时接收来自气象站的数据并存储到手持设备的存储器内。
[0082] 应用四：智能预警仪
[0083] 在泥石流、滑坡易发区域，流动式多功能气象站100可W设置成便携状态的手持式 结构，进入该区域的人员每人携带一个，利用流动式多功能气象站100的GI^定位功能，当降 雨量或降雨强度达到预警值时通过射频发送报警信息，处于此区域的所有流动式多功能气 象站100同时收到报警信息，屏幕显示报警提示信息，报警器自动打开GI^定位功能，将报警 器当前所处位置连续的发送到数据中屯、，数据中屯、实现对地质灾害区域内所有人员的监视 功能，有利于进行突发地质灾害事件应急救援。
[0084] 应用五:全方位测量
[0085] 流动式多功能气象站100通过雨量计实现：降雨、雨水PH、光照度、太阳福射、紫外 线的测量，通过超声波测风仪实现:风速、风向的测量。由百叶箱中的各传感探头实现:空气 溫度、湿度、结露、二氧化碳、空气质量、悬浮颗粒物的测量。
[0086] 为更好的获取当前测量状态，在本发明的一个实施例中，该平衡单元可W采用= 轴巧螺仪，该方向单元可W采用=轴加速度传感器，该定位单元可W采用电子罗盘。
[0087] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示 例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接 确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认 定为覆盖了所有运些其他变型或修改。
【主权项】
1. 一种流动式多功能气象站，其特征在于，包括由上至下依次设置的： 雨量计，用于测量当前雨量和强度，包括弧形的透光罩，和设置在所述透光罩内部相对 两侧的光线发射端和光线接收端，由光线发射端发送的光线经透光罩折射后进入光线接收 端，根据光线接收端接收的光线强度和变化次数，即可得到因透光罩外表面的雨水折射出 去的光线强度，进而计算出当前的降雨信息； 百叶箱，用于安装各种环境检测传感器，包括多个检测空气状态的传感器和多个检测 外界光线状况的传感器； 测风装置，用于测量当前风速和风向，包括超声波测风仪，所述超声波测风仪包括三组 分别由相对的发送器和接收器构成的超声波探头，其中发送器和接收器均勾的分布在一个 圆环内； 固定座，用于和移动载具固定，包括安装在内部用于控制各部件工作的控制单元，以及 与所述控制单元连接的供电单元、检测当前倾斜状态的平衡单元、检测当前行进方向的方 向单元、确定当前位置的定位单元和与外部进行数据交互的外部数据接口。2. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述超声波测风仪处于四面透风的安装环境中，测量方法如下： 步骤1，测量无风状态下，相对的发送器发送超声波到接收器时的正常时间； 步骤2,测量有风状态下，相对的发送器发送超声波到接收器时的实际时间； 步骤3，用正常时间送去实际时间，即为当前的风速； 步骤4,获取圆周分布的三组发送器和接收器之间的风速值，其中最大的风速值所对应 的发送器和接收器方向即为当前的风向。3. 根据权利要求2所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 还包括校正步骤，当检测装置处于移动状态下，且在某一方向上的倾斜角度为a时，在 此方向实测风速S'会小于实际风速S，见下式（1):设检测装置的移动速度为S"，在某一方向测量到的风速S'会变大或变小，则实际风速S 见式(2): S = S，+/-S〃 (2) 对于风向的校正，某一时刻的风向计算公式为： Η=Η7 -h (3) 上式中，Η为实际风向，Η'为测量到的风向，h为当前检测装置的角度值。4. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 在计算所述雨量计的降雨信息时，还包括降雨量校正步骤， 步骤1，确定透光罩在静止且水平状态下时的受雨面积； 步骤2,获取当前透光罩的倾斜角度，根据透光罩的弧形面积计算出相应的倾斜受雨面 积； 步骤3,获取当前透光罩的实时移动速度和风速； 步骤4,利用倾斜受雨面积/实时移动速度和风速，即为当前状态下的实际降雨量。5. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述超声波测风仪中，三个所述接收器所处的平面高于三个所述发送器所处的平面。6. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述测风装置还包括热敏测风仪，所述热敏测风仪包括封闭的环形腔体，和位于环形 腔体圆心的发热源，以及均匀分布在同一圆周上的多个与所述发热源通过导热材料连接的 导温球，所述各导温球的一部分露出所述环形腔体外，在所述发热源和所述导温球处安装 有与所述控制单元连接的温度传感器。7. 根据权利要求6所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述环形腔体为所述百叶箱的一部分，或作为独立部件固定在所述百叶箱的底部。8. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述外部数据接口包括数据输入输出接口，外置数据存储接口和报警接口；所述数据 输入输出接口包括RS232接口、RS485接口、蓝牙、GSM/GPRS、射频发射器;所述外置数据存储 接口包括SIM卡安装槽和SD卡安装槽;所述报警接口包括本地报警输出接口和远程定位报 警输出接口。9. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述供电单元包括内置可充电电池模块和/或太阳能供电模块，和外部充供电接口。10. 根据权利要求1所述的流动式多功能气象站，其特征在于， 所述平衡单元为三轴陀螺仪，所述方向单元为三轴加速度传感器，所述定位单元为电 子罗盘。
【文档编号】G01W1/02GK105954815SQ201610514974
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】许利凯, 卢亚君, 赵静
【申请人】河北稳控科技有限公司