专利名称：雨雪一体化监测系统及监测方法
技术领域：
本发明属于电力监测领域，尤其涉及一种雨雪一体化监测系统及监测方法。
背景技术：
由于人类对各种能源的依赖以及电能在各种能源中扮演的重要角色，输电线成为人类社会能源传输的主要骨干网络，输电设备种类繁多，很多重要的输电设备由于其功用或条件限制不得不置于户外。在我国这样一个地域大国，各种输电设备受到冰雪的侵蚀非常严重，为了保证各种设备正常工作，需要对设备进行监测.而冰雪监测则是其中非常重要的一部分。尤其在中国寒冷的冬季，户外大型设备常常需要对雪厚进行监测以确保输电设备的运行状态良好。雪在聚积的过程中会部分融化形成雪水，因此对雪的测量分为两部分，一部分是聚积的雪的厚度，二是融化形成的雪水的多少。对雪的厚度和雪水的多少进行测量以便相关部门对雪的测量有一个精确的数据监控。目前而言对雪水的检测多用实测，这种方法的优点在于可以得到较精准的值， 但是其缺点也是显著的，这种实地测量的方法不但会增加人工劳动量(输电线设备数目和种类繁多，需要的人力也相对较多)，而且鉴于部分输电设备体积较大，而且大部分输电设备处于户外的特点，不但不易作业而且很多情况下人力根本不能到达或是由于其电力危险属性而增加了潜在风险。因此对雪的监测大多数情况下则采用更原始的监测方法，如多用目测或是布尺手测以及其它一些简易工具在人工劳作下测量。其主要缺点也在于不能实现测量自动化和实时化，以及人工劳动强度大。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中雨雪一体化监测系统监测手段不能实现测量自动化和实时化，以及人工劳动强度大的技术问题，提供一种能够实现监测手段自动化和实时化的雨雪一体化监测系统，该雨雪一体化监测系统有效降低了人工劳动强度。本发明提供雨雪一体化监测系统，所述监测系统包括一个储雪池及位于储雪池池面上的支架；
所述支架上设有第一超声波收发器，所述第一超声波收发器用于向储雪池池底竖直发送超声波；
所述储雪池池底设有第二超声波收发器，所述第二超声波收发器用于向储雪池池面竖直发送超声波；
所述监控系统还包括
主控模块，用于控制第一超声波收发器发送超声波并记录接收到该超声波的时间tl ； 以及控制第二超声波收发器发送超声波并记录接收该超声波的时间t2 ；并根据记录的时间tl和t2计算储雪池中储雪厚度数据，同时控制通讯模块将所述储雪厚度数据发送给监控模块；通讯模块，用于在主控模块的控制下将所述储雪厚度数据发送给监控模块； 监控模块，用于接收所述储雪厚度数据以便远程监控储雪池中雪厚状态； 其中，所述超声波收发器、通讯模块分别与所述主控模块电连接，所述通讯模块与所述监控模块通讯连接。优选地，所述储雪池中的储雪厚度数据为H- Vl*tl/2- V2*tl/2，其中，Vl为超声波在空气中的传播速度，V2为超声波在水中的传播速度，H为第一超声波收发器到第二超声波收发器的垂直距离。优选地，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收反射回来的超声波的超声波接收器。优选地，支架底端固定在储雪池的池壁上，所述支架可沿竖直方向上下伸缩。优选地，支架顶端固定设有一水平放置的横杆，所述横杆上放置所述第一超声波收发器。本发明还提供一种上述雨雪一体化监测系统的工作方法，包括以下步骤
步骤S100，主控模块分别控制第一超声波收发器和第二超声波收发器发射超声波并接收各自发送的超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到各自超声波的时间；
步骤S200，主控模块根据上述的时间计算储雪池中的雪的厚度值； 步骤S300，主控模块将所述雪的厚度值通过通讯模块传送到监控模块。优选地，在所述步骤SlOO具体包括
主控模块控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；
停止第一超声波收发器的工作，主控模块控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2。优选地，所述步骤S200中所述计算储雪池中的雪的厚度值具体为主控模块根据记录的时间tl计算得到Hl=Vl*tl/2，计算得到H2= V2*tl/2，最终得到储雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl为超声波在空气中的传播速度，V2为超声波在水中的传播速度，Hl 为第一超声波收发器到储雪池中雪的上表面的垂直距离，H2为第二超声波收发器到储雪池中雪的下表面的垂直距离，H为第一超声波收发器到第二超声波收发器的垂直距离。优选地，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。以上所述技术方案，通过利用超声波收发器发射超声波，并计算接收到超声波的时间，利用两个超声波收发器之间的垂直距离及每个超声波从发射到接收到超声波的时间可以计算出储雪池中雪的厚度值，整个监测过程无需人工现场操作，完全实现了雪厚监测的自动化和实时化，同时该雨雪一体化监测系统有效降低了人工劳动强度。
图1是本发明一种实施例的雨雪一体化监测系统的结构图。图2是本发明一种实施例的雨雪一体化监测系统的具体结构组成示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。结合图1和图2所示，本发明所提供的雨雪一体化监测系统包括一个储雪池4及位于储雪池池面上的支架2;
所述支架2上设有第一超声波收发器101，所述第一超声波收发器101可向储雪池4池底竖直发送超声波；当第一超声波收发器101发出超声波时，超声波竖直向着储雪池4的池面传播，当遇到障碍物时，超声波竖直反射回去，第一超声波收发器101就可以接收到该超声波，根据第一超声波收发器101发出超声波到接收到超声波的时间可以计算出第一超声波收发器101与障碍物之间的距离。所述储雪池4池底设有第二超声波收发器102，所述第二超声波收发器102可向储雪池4池面竖直发送超声波；当第二超声波收发器102发出超声波时，超声波竖直向着储雪池4的池面传播，当遇到障碍物时，超声波竖直反射回去，第二超声波收发器102就可以接收到该超声波，根据第二超声波收发器102发出超声波到接收到超声波的时间可以计算出第二超声波收发器102与障碍物之间的距离。所述监控系统还包括主控模块200，用于控制第一超声波收发器101和第二超声波收发器102的工作并分析计算储雪池4中储雪的厚度数据，同时控制通讯模块300将储雪厚度数据发送给监控模块400 ；
通讯模块300，用于在主控模块200的控制下将储雪厚度数据发送给监控模块400 ； 监控模块400，用于远程监控储雪池4中雪厚状态；
所述超声波收发器、通讯模块300分别与所述主控模块200电连接，所述通讯模块300 与所述监控模块400通讯。结合图2所示，首先在需要监测雪后的地方放置所述储雪池4，在所述储雪池4的池壁上固定设有支架2，为了能够调节所述支架2的高度，优选地，所述支架2可沿竖直方向上下伸缩。所述支架2上安装第一超声波收发器101，为了便于第一超声波收发器101的安装，优选地，在所述支架2的顶端固定设置有一水平放置的横杆1，所述横杆1用于放置所述第一超声波收发器101，所述第一超声波收发器101可垂直于所述储雪池的池面竖直向下发送超声波。在所述储雪池4的池底设有第二超声波收发器102，所述第二超声波收发器102 可垂直于储雪池的池面竖直向上发送超声波。在下雪天或者下雪后，储雪池4中会形成储雪，经过一段时间之后储雪的下面一部分就会融化成雪水5，而位于雪水5上方的是未融化的雪3，因此在对雪厚进行实时监测时，主控模块200需要控制第一超声波收发器101和第二超声波收发器102工作，优选地所述第一超声波收发器101和第二超声波收发器102分别包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收反射回来的超声波的超声波接收器。主控模块200控制第一超声波收发器101的第一超声波发射器发射超声波并开始计时，当超声波遇到雪3的上表面时会被反射回去，主控模块200控制第一超声波101的超声波接收器接收该超声波，同时记录接收到该超声波的时间tl，根据该时间tl可以计算出第一超声波收发器101与雪3的上表面之间的距离Hl ；同理，主控模块200控制第二超声波收发器102的第二超声波发射器发射超声波并开始计时，当超声波遇到雪3的下表面时会被反射回去，主控模块200控制第二超声波102的超声波接收器接收该超声波，同时记录接收到该超声波的时间t2，根据该时间t2可以计算出第二超声波收发器102与雪3的下表面之间的距离H2，即雪水的深度；然后根据第一超声波102与第二超声波103之间的垂直距离H可以得到雪3的厚度H3为H-H1-H2，其中第一超声波102与第二超声波103之间的垂直距离H可以在支架2的高度调节好之后事先进行测量得到。以上所述雨雪一体化监测的详细工作过程包括以下步骤
步骤S100，主控模块200分别控制第一超声波收发器101和第二超声波收发器102发射超声波并接收各自发送的超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到各自超声波的时间；
步骤S200，主控模200块根据上述的时间计算储雪池中的雪的厚度值；
步骤S300，主控模块200将所述雪的厚度值通过通讯模块300传送到监控模块400。优选地，在所述步骤SlOO具体包括
主控模块200控制第一超声波收发器101的超声波发射器发射超声波并开始计时，超声波遇到雪3的上表面后被反射回去，主控模块200控制第一超声波收发器101的超声波接收器接收该超声波并记录第一超声波收发器102的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；
停止第一超声波收发器101的工作，主控模块200控制第二超声波收发器102的超声波发射器发射超声波并开始计时，超声波遇到雪3的下表面后被反射回去，主控模块200控制第二超声波收发器102的超声波接收器接收该超声波并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2。当然，主控模块也可以先控制第二超声波收发器102进行工作，然后停止第二超声波收发器102后再控制第一超声波收发器101进行工作，第一和第二超声波的工作先后顺序没有特定顺序，但是为了不会造成测量误差或者避免两个超声波收发器同时工作带来的干扰，优选地，在控制第二个超声波收发器进行工作之前需要停止第一个超声波收发器的工作。述步骤S200具体包括主控模块根据记录的时间tl计算得到Hl=Vl*tl/2，计算得到H2= V2*tl/2，最终得到储雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl为超声波在空气中的传播速度，V2为超声波在水中的传播速度，Hl为第一超声波收发器101到储雪池4中雪 3的上表面的垂直距离，H2为第二超声波收发器102到储雪池4中雪3的下表面的垂直距离，H为提前测量的第一超声波收发器到第二超声波收发器的垂直距离。所述主控模块200还用于控制所述通讯模块300与所述监控模块400进行通讯， 并将所述计算得出的雪3的厚度值H3通过通讯模块300传送给所述监控模块400。所述通讯模块300可以通过多种通讯方式与所述监控模块400进行通讯，如GPRS通讯，3G通讯及有线通讯等方式。进一步地，为了提高系统的工作稳定性和对输电线路覆冰厚度的监测精确性，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控模块200初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。这样就能保证在主控模块200控制任何一个超声波收发器工作的时候不会误接收到其他超声波收发器发射的超声波，保证了系统工作的稳定性，提高了覆冰厚度的监测精度。
以上所述技术方案，通过在雪上和雪下分别设置超声波收发器，预先测得两个超声波之间的垂直距离H，然后通过控制雪上的超声波收发器进行工作可以计算得到雪的上表面与该超声波收发器的距离H1，通过控制雪下的超声波收发器进行工作可以得到雪的下表面与该超声波收发器的距离H2，最终可以得到雪的厚度H3=H-H1-H2。该监测方案可实现自动在线监测，可将计算得到的雪厚数据发送到远程监控终端，实现远程监控，有效降低了人工劳动强度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.雨雪一体化监测系统，其特征在于，所述监测系统包括一个储雪池及位于储雪池池面上的支架；所述支架上设有第一超声波收发器，所述第一超声波收发器用于向储雪池池底竖直发送超声波；所述储雪池池底设有第二超声波收发器，所述第二超声波收发器用于向储雪池池面竖直发送超声波；所述监控系统还包括主控模块，用于控制第一超声波收发器发送超声波并记录接收到该超声波的时间tl ； 以及控制第二超声波收发器发送超声波并记录接收该超声波的时间t2 ；并根据记录的时间tl和t2计算储雪池中储雪厚度数据，同时控制通讯模块将所述储雪厚度数据发送给监控模块；通讯模块，用于在主控模块的控制下将所述储雪厚度数据发送给监控模块；监控模块，用于接收所述储雪厚度数据以便远程监控储雪池中雪厚状态；其中，所述超声波收发器、通讯模块分别与所述主控模块电连接，所述通讯模块与所述监控模块通讯连接。
2.根据权利要求1所述的雨雪一体化监测系统，其特征在于，储雪池中的所述储雪厚度数据为H- Vl*tl/2- V2*tl/2，其中，Vl为超声波在空气中的传播速度，V2为超声波在水中的传播速度，H为第一超声波收发器到第二超声波收发器的垂直距离。
3.根据权利要求1所述的雨雪一体化监测系统，其特征在于，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收反射回来的超声波的超声波接收器。
4.根据权利要求1或3所述的雨雪一体化监测系统，其特征在于，支架底端固定在储雪池的池壁上，所述支架可沿竖直方向上下伸缩。
5.根据权利要求4所述的雨雪一体化监测系统，其特征在于，支架顶端固定设有一水平放置的横杆，所述横杆上放置所述第一超声波收发器。
6.一种根据权利要求1所述的雨雪一体化监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S100，主控模块分别控制第一超声波收发器和第二超声波收发器发射超声波并接收各自发送的超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到各自超声波的时间；步骤S200，主控模块根据上述的时间计算储雪池中的雪的厚度值；步骤S300，主控模块将所述雪的厚度值通过通讯模块传送到监控模块。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO具体包括主控模块控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；停止第一超声波收发器的工作，主控模块控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S200中所述计算储雪池中的雪的厚度值具体为主控模块根据记录的时间tl计算得到Hl=Vl*tl/2，计算得到H2=V2*tl/2，最终得到储雪池中雪的厚度值H3=H-H1-H2 ；其中，Vl为超声波在空气中的传播速度，V2为超声波在水中的传播速度，Hl为第一超声波收发器到储雪池中雪的上表面的垂直距离，H2为第二超声波收发器到储雪池中雪的下表面的垂直距离，H为第一超声波收发器到第二超声波收发器的垂直距离。
9.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO之前还包括步骤 所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。
全文摘要
本发明提供了一种雨雪一体化监测系统，包括一个储雪池及位于储雪池池面上的支架；支架上设有第一超声波收发器，储雪池池底设有第二超声波收发器；监控系统还包括主控模块，用于控制第一超声波收发器和第二超声波收发器的工作并分析计算储雪池中储雪的厚度数据，同时控制通讯模块将储雪厚度数据发送给监控模块；通讯模块，用于在主控模块的控制下将储雪厚度数据发送给监控模块；监控模块，用于远程监控储雪池中雪厚状态；所述超声波收发器、通讯模块分别与所述主控模块电连接，所述通讯模块与所述监控模块通讯。整个监测过程无需人工现场操作，完全实现了雪厚监测的自动化和实时化，同时该雨雪一体化监测系统有效降低了人工劳动强度。
文档编号G01B17/02GK102564366SQ20121000529
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者王羽痕 申请人:航天科工深圳(集团)有限公司