專利名稱：雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力監(jiān)測領域，尤其涉及一種雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
背景技術：
由于人類對各種能源的依賴以及電能在各種能源中扮演的重要角色，輸電線成為人類社會能源傳輸?shù)闹饕歉删W(wǎng)絡，輸電設備種類繁多，很多重要的輸電設備由于其功用或條件限制不得不置于戶外。在我國這樣一個地域大國，各種輸電設備受到冰雪的侵蝕非常嚴重，為了保證各種設備正常工作，需要對設備進行監(jiān)測.而冰雪監(jiān)測則是其中非常重要的一部分。尤其在中國寒冷的冬季，戶外大型設備常常需要對雪厚進行監(jiān)測以確保輸電設備的運行狀態(tài)良好。雪在聚積的過程中會部分融化形成雪水，因此對雪的測量分為兩部分，一部分是聚積的雪的厚度，二是融化形成的雪水的多少。對雪的厚度和雪水的多少進行測量以便相關部門對雪的測量有一個精確的數(shù)據(jù)監(jiān)控。目前而言對雪水的檢測多用實測，這種方法的優(yōu)點在于可以得到較精準的值， 但是其缺點也是顯著的，這種實地測量的方法不但會增加人工勞動量(輸電線設備數(shù)目和種類繁多，需要的人力也相對較多)，而且鑒于部分輸電設備體積較大，而且大部分輸電設備處于戶外的特點，不但不易作業(yè)而且很多情況下人力根本不能到達或是由于其電力危險屬性而增加了潛在風險。因此對雪的監(jiān)測大多數(shù)情況下則采用更原始的監(jiān)測方法，如多用目測或是布尺手測以及其它一些簡易工具在人工勞作下測量。其主要缺點也在于不能實現(xiàn)測量自動化和實時化，以及人工勞動強度大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測手段不能實現(xiàn)測量自動化和實時化，以及人工勞動強度大的技術問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測手段自動化和實時化的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，該雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)有效降低了人工勞動強度。本發(fā)明提供雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括一個儲雪池及位于儲雪池池面上的支架；
所述支架上設有第一超聲波收發(fā)器，所述第一超聲波收發(fā)器用于向儲雪池池底豎直發(fā)送超聲波；
所述儲雪池池底設有第二超聲波收發(fā)器，所述第二超聲波收發(fā)器用于向儲雪池池面豎直發(fā)送超聲波；
所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括
主控模塊，用于控制第一超聲波收發(fā)器發(fā)送超聲波并記錄接收到該超聲波的時間tl ； 以及控制第二超聲波收發(fā)器發(fā)送超聲波并記錄接收該超聲波的時間t2 ；并根據(jù)記錄的時間tl和t2計算儲雪池中儲雪厚度數(shù)據(jù)，同時控制通訊模塊將所述儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊；通訊模塊，用于在主控模塊的控制下將所述儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊； 監(jiān)控模塊，用于接收所述儲雪厚度數(shù)據(jù)以便遠程監(jiān)控儲雪池中雪厚狀態(tài)； 其中，所述超聲波收發(fā)器、通訊模塊分別與所述主控模塊電連接，所述通訊模塊與所述監(jiān)控模塊通訊連接。優(yōu)選地，所述儲雪池中的儲雪厚度數(shù)據(jù)為H- Vl*tl/2- V2*tl/2，其中，Vl為超聲波在空氣中的傳播速度，V2為超聲波在水中的傳播速度，H為第一超聲波收發(fā)器到第二超聲波收發(fā)器的垂直距離。優(yōu)選地，每個超聲波收發(fā)器包括一個用于根據(jù)主控模塊的控制指令發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射器和一個接收反射回來的超聲波的超聲波接收器。優(yōu)選地，支架底端固定在儲雪池的池壁上，所述支架可沿豎直方向上下伸縮。優(yōu)選地，支架頂端固定設有一水平放置的橫桿，所述橫桿上放置所述第一超聲波收發(fā)器。本發(fā)明還提供一種上述雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟
步驟S100，主控模塊分別控制第一超聲波收發(fā)器和第二超聲波收發(fā)器發(fā)射超聲波并接收各自發(fā)送的超聲波，同時記錄每一個超聲波收發(fā)器從發(fā)出超聲波到接收到各自超聲波的時間；
步驟S200，主控模塊根據(jù)上述的時間計算儲雪池中的雪的厚度值； 步驟S300，主控模塊將所述雪的厚度值通過通訊模塊傳送到監(jiān)控模塊。優(yōu)選地，在所述步驟SlOO具體包括
主控模塊控制第一超聲波收發(fā)器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，并記錄第一超聲波收發(fā)器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間tl ；
停止第一超聲波收發(fā)器的工作，主控模塊控制第二超聲波收發(fā)器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，并記錄第二超聲波收發(fā)器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間t2。優(yōu)選地，所述步驟S200中所述計算儲雪池中的雪的厚度值具體為主控模塊根據(jù)記錄的時間tl計算得到Hl=Vl*tl/2，計算得到H2= V2*tl/2，最終得到儲雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl為超聲波在空氣中的傳播速度，V2為超聲波在水中的傳播速度，Hl 為第一超聲波收發(fā)器到儲雪池中雪的上表面的垂直距離，H2為第二超聲波收發(fā)器到儲雪池中雪的下表面的垂直距離，H為第一超聲波收發(fā)器到第二超聲波收發(fā)器的垂直距離。優(yōu)選地，在所述步驟SlOO之前還包括步驟所述主控模塊初始化并控制所有的超聲波收發(fā)器停止工作。以上所述技術方案，通過利用超聲波收發(fā)器發(fā)射超聲波，并計算接收到超聲波的時間，利用兩個超聲波收發(fā)器之間的垂直距離及每個超聲波從發(fā)射到接收到超聲波的時間可以計算出儲雪池中雪的厚度值，整個監(jiān)測過程無需人工現(xiàn)場操作，完全實現(xiàn)了雪厚監(jiān)測的自動化和實時化，同時該雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)有效降低了人工勞動強度。
圖1是本發(fā)明一種實施例的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明一種實施例的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明所提供的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)包括一個儲雪池4及位于儲雪池池面上的支架2;
所述支架2上設有第一超聲波收發(fā)器101，所述第一超聲波收發(fā)器101可向儲雪池4池底豎直發(fā)送超聲波；當?shù)谝怀暡ㄊ瞻l(fā)器101發(fā)出超聲波時，超聲波豎直向著儲雪池4的池面?zhèn)鞑?，當遇到障礙物時，超聲波豎直反射回去，第一超聲波收發(fā)器101就可以接收到該超聲波，根據(jù)第一超聲波收發(fā)器101發(fā)出超聲波到接收到超聲波的時間可以計算出第一超聲波收發(fā)器101與障礙物之間的距離。所述儲雪池4池底設有第二超聲波收發(fā)器102，所述第二超聲波收發(fā)器102可向儲雪池4池面豎直發(fā)送超聲波；當?shù)诙暡ㄊ瞻l(fā)器102發(fā)出超聲波時，超聲波豎直向著儲雪池4的池面?zhèn)鞑?，當遇到障礙物時，超聲波豎直反射回去，第二超聲波收發(fā)器102就可以接收到該超聲波，根據(jù)第二超聲波收發(fā)器102發(fā)出超聲波到接收到超聲波的時間可以計算出第二超聲波收發(fā)器102與障礙物之間的距離。所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括主控模塊200，用于控制第一超聲波收發(fā)器101和第二超聲波收發(fā)器102的工作并分析計算儲雪池4中儲雪的厚度數(shù)據(jù)，同時控制通訊模塊300將儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊400 ；
通訊模塊300，用于在主控模塊200的控制下將儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊400 ； 監(jiān)控模塊400，用于遠程監(jiān)控儲雪池4中雪厚狀態(tài)；
所述超聲波收發(fā)器、通訊模塊300分別與所述主控模塊200電連接，所述通訊模塊300 與所述監(jiān)控模塊400通訊。結(jié)合圖2所示，首先在需要監(jiān)測雪后的地方放置所述儲雪池4，在所述儲雪池4的池壁上固定設有支架2，為了能夠調(diào)節(jié)所述支架2的高度，優(yōu)選地，所述支架2可沿豎直方向上下伸縮。所述支架2上安裝第一超聲波收發(fā)器101，為了便于第一超聲波收發(fā)器101的安裝，優(yōu)選地，在所述支架2的頂端固定設置有一水平放置的橫桿1，所述橫桿1用于放置所述第一超聲波收發(fā)器101，所述第一超聲波收發(fā)器101可垂直于所述儲雪池的池面豎直向下發(fā)送超聲波。在所述儲雪池4的池底設有第二超聲波收發(fā)器102，所述第二超聲波收發(fā)器102 可垂直于儲雪池的池面豎直向上發(fā)送超聲波。在下雪天或者下雪后，儲雪池4中會形成儲雪，經(jīng)過一段時間之后儲雪的下面一部分就會融化成雪水5，而位于雪水5上方的是未融化的雪3，因此在對雪厚進行實時監(jiān)測時，主控模塊200需要控制第一超聲波收發(fā)器101和第二超聲波收發(fā)器102工作，優(yōu)選地所述第一超聲波收發(fā)器101和第二超聲波收發(fā)器102分別包括一個用于根據(jù)主控模塊的控制指令發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射器和一個接收反射回來的超聲波的超聲波接收器。主控模塊200控制第一超聲波收發(fā)器101的第一超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，當超聲波遇到雪3的上表面時會被反射回去，主控模塊200控制第一超聲波101的超聲波接收器接收該超聲波，同時記錄接收到該超聲波的時間tl，根據(jù)該時間tl可以計算出第一超聲波收發(fā)器101與雪3的上表面之間的距離Hl ；同理，主控模塊200控制第二超聲波收發(fā)器102的第二超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，當超聲波遇到雪3的下表面時會被反射回去，主控模塊200控制第二超聲波102的超聲波接收器接收該超聲波，同時記錄接收到該超聲波的時間t2，根據(jù)該時間t2可以計算出第二超聲波收發(fā)器102與雪3的下表面之間的距離H2，即雪水的深度；然后根據(jù)第一超聲波102與第二超聲波103之間的垂直距離H可以得到雪3的厚度H3為H-H1-H2，其中第一超聲波102與第二超聲波103之間的垂直距離H可以在支架2的高度調(diào)節(jié)好之后事先進行測量得到。以上所述雨雪一體化監(jiān)測的詳細工作過程包括以下步驟
步驟S100，主控模塊200分別控制第一超聲波收發(fā)器101和第二超聲波收發(fā)器102發(fā)射超聲波并接收各自發(fā)送的超聲波，同時記錄每一個超聲波收發(fā)器從發(fā)出超聲波到接收到各自超聲波的時間；
步驟S200，主控模200塊根據(jù)上述的時間計算儲雪池中的雪的厚度值；
步驟S300，主控模塊200將所述雪的厚度值通過通訊模塊300傳送到監(jiān)控模塊400。優(yōu)選地，在所述步驟SlOO具體包括
主控模塊200控制第一超聲波收發(fā)器101的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，超聲波遇到雪3的上表面后被反射回去，主控模塊200控制第一超聲波收發(fā)器101的超聲波接收器接收該超聲波并記錄第一超聲波收發(fā)器102的超聲波接收器接收到該超聲波的時間tl ；
停止第一超聲波收發(fā)器101的工作，主控模塊200控制第二超聲波收發(fā)器102的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，超聲波遇到雪3的下表面后被反射回去，主控模塊200控制第二超聲波收發(fā)器102的超聲波接收器接收該超聲波并記錄第二超聲波收發(fā)器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間t2。當然，主控模塊也可以先控制第二超聲波收發(fā)器102進行工作，然后停止第二超聲波收發(fā)器102后再控制第一超聲波收發(fā)器101進行工作，第一和第二超聲波的工作先后順序沒有特定順序，但是為了不會造成測量誤差或者避免兩個超聲波收發(fā)器同時工作帶來的干擾，優(yōu)選地，在控制第二個超聲波收發(fā)器進行工作之前需要停止第一個超聲波收發(fā)器的工作。述步驟S200具體包括主控模塊根據(jù)記錄的時間tl計算得到Hl=Vl*tl/2，計算得到H2= V2*tl/2，最終得到儲雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl為超聲波在空氣中的傳播速度，V2為超聲波在水中的傳播速度，Hl為第一超聲波收發(fā)器101到儲雪池4中雪 3的上表面的垂直距離，H2為第二超聲波收發(fā)器102到儲雪池4中雪3的下表面的垂直距離，H為提前測量的第一超聲波收發(fā)器到第二超聲波收發(fā)器的垂直距離。所述主控模塊200還用于控制所述通訊模塊300與所述監(jiān)控模塊400進行通訊， 并將所述計算得出的雪3的厚度值H3通過通訊模塊300傳送給所述監(jiān)控模塊400。所述通訊模塊300可以通過多種通訊方式與所述監(jiān)控模塊400進行通訊，如GPRS通訊，3G通訊及有線通訊等方式。進一步地，為了提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和對輸電線路覆冰厚度的監(jiān)測精確性，在所述步驟SlOO之前還包括步驟所述主控模塊200初始化并控制所有的超聲波收發(fā)器停止工作。這樣就能保證在主控模塊200控制任何一個超聲波收發(fā)器工作的時候不會誤接收到其他超聲波收發(fā)器發(fā)射的超聲波，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，提高了覆冰厚度的監(jiān)測精度。
以上所述技術方案，通過在雪上和雪下分別設置超聲波收發(fā)器，預先測得兩個超聲波之間的垂直距離H，然后通過控制雪上的超聲波收發(fā)器進行工作可以計算得到雪的上表面與該超聲波收發(fā)器的距離H1，通過控制雪下的超聲波收發(fā)器進行工作可以得到雪的下表面與該超聲波收發(fā)器的距離H2，最終可以得到雪的厚度H3=H-H1-H2。該監(jiān)測方案可實現(xiàn)自動在線監(jiān)測，可將計算得到的雪厚數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程監(jiān)控終端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，有效降低了人工勞動強度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括一個儲雪池及位于儲雪池池面上的支架；所述支架上設有第一超聲波收發(fā)器，所述第一超聲波收發(fā)器用于向儲雪池池底豎直發(fā)送超聲波；所述儲雪池池底設有第二超聲波收發(fā)器，所述第二超聲波收發(fā)器用于向儲雪池池面豎直發(fā)送超聲波；所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括主控模塊，用于控制第一超聲波收發(fā)器發(fā)送超聲波并記錄接收到該超聲波的時間tl ； 以及控制第二超聲波收發(fā)器發(fā)送超聲波并記錄接收該超聲波的時間t2 ；并根據(jù)記錄的時間tl和t2計算儲雪池中儲雪厚度數(shù)據(jù)，同時控制通訊模塊將所述儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊；通訊模塊，用于在主控模塊的控制下將所述儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊；監(jiān)控模塊，用于接收所述儲雪厚度數(shù)據(jù)以便遠程監(jiān)控儲雪池中雪厚狀態(tài)；其中，所述超聲波收發(fā)器、通訊模塊分別與所述主控模塊電連接，所述通訊模塊與所述監(jiān)控模塊通訊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，儲雪池中的所述儲雪厚度數(shù)據(jù)為H- Vl*tl/2- V2*tl/2，其中，Vl為超聲波在空氣中的傳播速度，V2為超聲波在水中的傳播速度，H為第一超聲波收發(fā)器到第二超聲波收發(fā)器的垂直距離。
3.根據(jù)權利要求1所述的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每個超聲波收發(fā)器包括一個用于根據(jù)主控模塊的控制指令發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射器和一個接收反射回來的超聲波的超聲波接收器。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，支架底端固定在儲雪池的池壁上，所述支架可沿豎直方向上下伸縮。
5.根據(jù)權利要求4所述的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，支架頂端固定設有一水平放置的橫桿，所述橫桿上放置所述第一超聲波收發(fā)器。
6.一種根據(jù)權利要求1所述的雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟S100，主控模塊分別控制第一超聲波收發(fā)器和第二超聲波收發(fā)器發(fā)射超聲波并接收各自發(fā)送的超聲波，同時記錄每一個超聲波收發(fā)器從發(fā)出超聲波到接收到各自超聲波的時間；步驟S200，主控模塊根據(jù)上述的時間計算儲雪池中的雪的厚度值；步驟S300，主控模塊將所述雪的厚度值通過通訊模塊傳送到監(jiān)控模塊。
7.根據(jù)權利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述步驟SlOO具體包括主控模塊控制第一超聲波收發(fā)器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，并記錄第一超聲波收發(fā)器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間tl ；停止第一超聲波收發(fā)器的工作，主控模塊控制第二超聲波收發(fā)器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波并開始計時，并記錄第二超聲波收發(fā)器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間t2。
8.根據(jù)權利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述步驟S200中所述計算儲雪池中的雪的厚度值具體為主控模塊根據(jù)記錄的時間tl計算得到Hl=Vl*tl/2，計算得到H2=V2*tl/2，最終得到儲雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl為超聲波在空氣中的傳播速度，V2為超聲波在水中的傳播速度，Hl為第一超聲波收發(fā)器到儲雪池中雪的上表面的垂直距離，H2為第二超聲波收發(fā)器到儲雪池中雪的下表面的垂直距離，H為第一超聲波收發(fā)器到第二超聲波收發(fā)器的垂直距離。
9.根據(jù)權利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述步驟SlOO之前還包括步驟 所述主控模塊初始化并控制所有的超聲波收發(fā)器停止工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)，包括一個儲雪池及位于儲雪池池面上的支架；支架上設有第一超聲波收發(fā)器，儲雪池池底設有第二超聲波收發(fā)器；監(jiān)控系統(tǒng)還包括主控模塊，用于控制第一超聲波收發(fā)器和第二超聲波收發(fā)器的工作并分析計算儲雪池中儲雪的厚度數(shù)據(jù)，同時控制通訊模塊將儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊；通訊模塊，用于在主控模塊的控制下將儲雪厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控模塊；監(jiān)控模塊，用于遠程監(jiān)控儲雪池中雪厚狀態(tài)；所述超聲波收發(fā)器、通訊模塊分別與所述主控模塊電連接，所述通訊模塊與所述監(jiān)控模塊通訊。整個監(jiān)測過程無需人工現(xiàn)場操作，完全實現(xiàn)了雪厚監(jiān)測的自動化和實時化，同時該雨雪一體化監(jiān)測系統(tǒng)有效降低了人工勞動強度。
文檔編號G01B17/02GK102564366SQ20121000529
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權日2012年1月10日
發(fā)明者王羽痕 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司