[發明專利]一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點

有效

• 申請號: 201811036280.6
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109270597B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 萬雪芬;楊義
• 申請（專利權）人: 東華大學;華北科技學院
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G01R29/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

1.一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于，包括：

用于監測節點處的氣壓數據的氣壓傳感器；

用于監測雷電次數及雷電風暴前沿距離數據的雷電傳感器；

用于按照預先設定的監測周期獲取氣壓傳感器與雷電傳感器的數據，并對所述數據進行處理分析，進而判斷是否有強對流天氣將要到來，并在有強對流天氣將要到來時發出告警信息的PSoC模塊；

氣壓傳感器、雷電傳感器均與PSoC模塊連接，上位機通過LoRa無線通信模塊連接PSoC模塊，移動智能設備通過藍牙通信模塊連接PSoC模塊，礦業設備通過光纖通信模塊與PSoC模塊連接；

還包括系統供電模塊，系統供電模塊連接所述氣壓傳感器、雷電傳感器、PSoC模塊、LoRa無線通信模塊、藍牙通信模塊及光纖通信模塊；

所述PSoC模塊為節點的核心管理調度部分，PSoC模塊通過數字接口按照預先設定的監測周期獲取氣壓傳感器與雷電傳感器的數據，其將獲得的數據通過LoRa無線通信模塊送往上位機，并在自身內部的FIFO結構中緩存所述數據；PSoC模塊對所述數據進行處理分析，進而判斷是否有強對流天氣將要到來；

所述PSoC模塊基于氣壓數據與雷電數據進行是否將有強對流天氣發生的判決，具體方法如下：

在強對流天氣發生前，氣壓的地面觀測值會發生對應的變化，超過日常氣壓變化一個標準差以上的變化用變壓異常指數PCR進行表征；

T時刻的PCR根據在地面通過氣壓觀測手段得到的負3小時變壓計算得到：

公式(1)中，PCR(T)為T時刻的PCR值，ΔP₃(T)為T時刻的負3小時變壓值，為日常負3小時變壓均值；N為在通過觀測手段獲得的日常負3小時變壓觀察值個數；

PCR(T)為一無量綱值，如有強對流發生，其值為負值；PCR(T)絕對值的大小反應氣壓變化的劇烈程度；PCR數值越低，強對流天氣越劇烈；在節點設計中，基于PCR取值將強對流警報級別劃分為以下等級：

表1PCR與報警級別的關系

強對流天氣發生時也往往伴隨著強烈的雷電活動，所以在負3小時氣壓變監測的基礎上引入對云層內及云地間閃電活動的監測，作為強對流天氣預警的輔助參考；采用閃電8次閾值方法，考慮到每一個預警節點所負責的安監范圍通常在數平方公里以內，所以依據下式給出輸出為二進制邏輯量的預警信號：

公式(2)中，LR(T)為T時刻的閃電預警觸發邏輯值，其為True時觸發報警；TH8為8次閃電閾值的判定結果；M為閃電距離平均因子，其值為≥1的整數；D_j為閃電傳感器探測到的雷電風暴前沿距離，K為閃電距離判定閾值。

2.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：所述氣壓數據緩存最近4小時數據，所述雷電數據依照閃電距離平均因子M選取，但是所述雷電數據必須大于8以便實現8次閃電閾值判決。

3.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：由氣壓變化引起的告警為主告警，由雷電變化引起的告警為輔助告警，二者皆為告警信息。

4.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：當有強對流天氣將要到來時，PSoC模塊通過LoRa無線通信模塊向上位機發出告警信息，通過藍牙通信模塊向已經連入的移動智能設備發出告警信息，通過光纖通信模塊向近端及周邊的礦業設備發出告警信息；

如果在某一時刻監測參數不會激發強對流天氣預警，PSoC模塊則回調上一次觸發預警的時間，如果間隔小于一個緩沖周期，則PSoC模塊仍將發出預警信息。

5.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：所述PSoC模塊還監測節點的供電情況，如遇到電壓異常情況，PSoC模塊也通過LoRa無線通信模塊向上位機發出供電告警信息。

6.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：所述移動智能設備通過掃描布置于節點表面的NFC標簽獲得藍牙無線通信模塊的連接信息，并參考該連接信息與節點連接。

7.如權利要求1所述的一種用于強對流天氣預警的礦業安防節點，其特征在于：所述PSoC模塊通過具有電磁隔離能力的數字接口與所述光纖通信模塊連接。