阅读说明：本技术 一种山区固态降水监测系统 (Solid-state rainfall monitoring system in mountain area ) 是由 樊予江 才让端智 许德生 刘宽宗 王红岩 史莲梅 李圆圆 郑博华 陈�胜 廖飞佳 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气象监测设备领域,公开了一种山区固态降水监测系统。通过本发明创造,提供了一种适用于山区检测场景的新型固态降水监测系统,即一方面通过在检测终端侧环向布置多个振弦式传感器,可对采集而得的固态降水进行均衡称重,进而相比较于现有测量技术,可解决因固态降水分布不均匀而导致的测量结果不精准和有延迟的问题,确保测量结果的精准性和及时性；另一方面通过在检测终端侧布置中央处理电路单元、卫星定位电路单元、GPRS无线通信电路单元以及设置GPRS天线,可以通过广覆盖范围的GPRS通信网络实时地将测量结果上传至远端的监测平台服务器,实现及时上传和无需有人值守的目的,进而适用于山区检测场景,减少人为工作量。(The invention relates to the field of meteorological monitoring equipment and discloses a mountainous area solid-state rainfall monitoring system. The invention provides a novel solid-state precipitation monitoring system suitable for mountainous area detection scenes, namely on one hand, a plurality of vibrating string type sensors are annularly arranged on the side of a detection terminal, so that the collected solid-state precipitation can be weighed in a balanced manner, and further compared with the prior art, the problems of inaccurate and delayed measurement results caused by uneven distribution of the solid-state precipitation can be solved, and the accuracy and timeliness of the measurement results are ensured; on the other hand, by arranging the central processing circuit unit, the satellite positioning circuit unit and the GPRS wireless communication circuit unit at the detection terminal side and setting the GPRS antenna, the measuring result can be uploaded to a remote monitoring platform server in real time through a GPRS communication network with a wide coverage range, the purpose of timely uploading and no need of unattended operation is achieved, and therefore the device is suitable for mountain area detection scenes and reduces the workload of manual operation.)

一种山区固态降水监测系统

技术领域

本发明属于气象监测设备领域，具体涉及一种山区固态降水监测系统。

背景技术

固态降水主要是指降雪、雨夹雪和冰雹等，由于降落后会维持一段时间为固态，存在收集后分布不均匀的现象，因此目前对于固态降水的检测通常是先加热，然后在融化后再测量，如此必然存在蒸发损失和测量结果延迟等问题，影响测量结果的精准性和及时性。此外，针对在山区进行固态降水检测的场景，由于在山区普遍存在人烟稀少、交通不便、通信不畅和需要长期无人值守等问题，因此有必要提供一种适用于山区检测场景的新型固态降水监测系统。

发明内容

为了解决现有固态降水测量技术所存在的测量结果不准、不及时以及针对山区检测场景所存在的通信不畅和需要长期无人值守的问题，本发明目的在于提供一种新型的山区固态降水监测系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种山区固态降水监测系统，包括监测平台服务器和若干用于离散布置在山区的固态降水检测终端，其中，所述监测平台服务器通过GPRS通信网络无线通信连接各个所述固态降水检测终端；

所述固态降水检测终端包括固定柱、底板、载物盘、固态降水收集皿、环形梁、支撑板、振弦式传感器、工作盒和外壳，其中，所述载物盘为圆形盘，所述固态降水收集皿为圆形皿，所述工作盒的壳体上外设有GPRS天线，所述工作盒的内部设置有主电路板；

所述固定柱、所述底板、所述载物盘和所述固态降水收集皿从下至上依次同轴设置，所述环形梁与所述固态降水收集皿也同轴设置且间隙配合地包围所述固态降水收集皿的上部外周，所述支撑板和所述振弦式传感器的数目分别为3个且分别围绕所述固态降水收集皿的轴心线环向等间距布置；

所述底板的底面中心固定连接所述固定柱的顶端，所述载物盘悬空设置，所述固态降水收集皿放置在所述载物盘上，所述环形梁的底面固定连接各个所述支撑板的顶端，所述支撑板的底端固定连接所述底板的顶面，所述振弦式传感器竖直设置在相邻两支撑板的中心线上且上下两端分别固定连接所述环形梁的底面和所述载物盘的顶面，所述工作盒位于所述底板与所述载物盘之间，所述外壳呈筒形且上下两端分别固定套在所述环形梁的外周上和所述底板的外周上；

所述主电路板上布置有中央处理电路单元、卫星定位电路单元和GPRS无线通信电路单元，其中，所述中央处理电路单元分别通信连接所述卫星定位电路单元、所述GPRS无线通信电路单元和各个所述振弦式传感器，所述GPRS无线通信电路单元还电连接所述GPRS天线。

优化的，在所述外壳的外周上设置有太阳能电池板，在所述工作盒的壳体上还设置有电源接口，在所述工作盒的内部还设置有锂电池，在所述主电路板上还布置有充放电保护电路单元和稳压电路单元；

所述太阳能电池板通过所述电源接口电连接所述充放电保护电路单元，所述充放电保护电路单元分别电连接所述锂电池和所述稳压电路单元，所述稳压电路单元的输出端分别电连接所述中央处理电路单元、所述卫星定位电路单元和所述GPRS无线通信电路单元的电源端。

优化的，在处于所述工作盒正下方的所述底板上开设有若干排水孔。

优化的，所述载物盘的圆形面积不大于所述固态降水收集皿的底面面积，所述载物盘通过外延的边缘耳板固定连接所述振弦式传感器的下端。

优化的，所述固态降水收集皿的顶部开口呈外环边缘高于内环边缘的刀刃口结构。

优化的，所述环形梁的顶面呈内环边缘高且外环边缘低的倾斜面。

优化的，所述环形梁的内周表面与所述固态降水收集皿的外周表面的间隙距离介于0.5～3mm之间。

优化的，所述外壳的顶部端面高度低于所述环形梁的顶面。

具体的，所述中央处理电路单元采用型号为STM8L052C6TC的微处理器芯片及其***电路。

具体的，所述卫星定位电路单元采用型号为UM220-III的北斗/GPS双系统无线定位模块及其***电路。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种适用于山区检测场景的新型固态降水监测系统，即一方面通过在检测终端侧环向布置多个振弦式传感器，可对采集而得的固态降水进行均衡称重，进而相比较于现有测量技术，可解决因固态降水分布不均匀而导致的测量结果不精准和有延迟的问题，确保测量结果的精准性和及时性；另一方面通过在检测终端侧布置中央处理电路单元、卫星定位电路单元、GPRS无线通信电路单元以及设置GPRS天线，可以通过广覆盖范围的GPRS通信网络实时地将测量结果上传至远端的监测平台服务器，实现及时上传和无需有人值守的目的，进而适用于山区检测场景，减少人为工作量；

(2)所述山区固态降水监测系统还具有终端自发电、利于长期无人值守、测量结果精度高和结构简单等优点，便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的山区固态降水监测系统的网络结构示意图。

图2是本发明提供的固态降水检测终端的内部结构示意图。

图3是本发明提供的固态降水检测终端的电路结构示意图。

上述附图中:1-监测平台服务器；2-固态降水检测终端；21-固定柱；22-底板；23-载物盘；231-边缘耳板；24-固态降水收集皿；241-顶部开口；25-环形梁；26-支撑板；27-振弦式传感器；28-工作盒；281-GPRS天线；282-电源接口；29-外壳；291-太阳能电池板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1～3所示，本实施例提供的所述山区固态降水监测系统，包括监测平台服务器1和若干用于离散布置在山区的固态降水检测终端2，其中，所述监测平台服务器1通过GPRS通信网络无线通信连接各个所述固态降水检测终端2；所述固态降水检测终端2包括固定柱21、底板22、载物盘23、固态降水收集皿24、环形梁25、支撑板26、振弦式传感器27、工作盒28和外壳29，其中，所述载物盘23为圆形盘，所述固态降水收集皿24为圆形皿，所述工作盒28的壳体上外设有GPRS天线281，所述工作盒28的内部设置有主电路板；所述固定柱21、所述底板22、所述载物盘23和所述固态降水收集皿24从下至上依次同轴设置，所述环形梁25与所述固态降水收集皿24也同轴设置且间隙配合地包围所述固态降水收集皿24的上部外周，所述支撑板26和所述振弦式传感器27的数目分别为3个且分别围绕所述固态降水收集皿24的轴心线环向等间距布置；所述底板22的底面中心固定连接所述固定柱21的顶端，所述载物盘23悬空设置，所述固态降水收集皿24放置在所述载物盘23上，所述环形梁25的底面固定连接各个所述支撑板26的顶端，所述支撑板26的底端固定连接所述底板22的顶面，所述振弦式传感器27竖直设置在相邻两支撑板26的中心线上且上下两端分别固定连接所述环形梁25的底面和所述载物盘23的顶面，所述工作盒28位于所述底板22与所述载物盘23之间，所述外壳29呈筒形且上下两端分别固定套在所述环形梁25的外周上和所述底板22的外周上；所述主电路板上布置有中央处理电路单元、卫星定位电路单元和GPRS无线通信电路单元，其中，所述中央处理电路单元分别通信连接所述卫星定位电路单元、所述GPRS无线通信电路单元和各个所述振弦式传感器27，所述GPRS无线通信电路单元还电连接所述GPRS天线281。

如图1所示，在所述山区固态降水监测系统的具体结构中，所述监测平台服务器1用于通过GPRS通信网络汇聚来自各个所述固态降水检测终端2的测量结果，并予以本地储存，以便向外展示和访问反馈这些测量结果；由于GPRS(General Packet Radio Service，即通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术)通信网络为基础移动数据通信网络，可覆盖广大的山区或其它荒芜人烟的区域，有效解决检测终端与服务器之间通信不畅的问题。所述固态降水检测终端2用于收集所处位置的固态降水，并测量固态降水的当前降水量，最后通过GPRS通信网络将测量结果远程上传至所述监测平台服务器1。

如图2所示，在所述固态降水检测终端2的具体结构中，所述固定柱21用于安装固定整个终端，其固定安装方式可以但不限于为底部预埋方式或通过螺栓结构固定在固定建筑体(例如水泥地面)上，另外其高度可根据实际需求进行具体配置，其材质可优选不锈钢材质。所述底板22用于直接承载所述支撑板26、所述工作盒28和所述外壳29，其材质可优选不锈钢材质。所述载物盘23用于承载放置所述固态降水收集皿24，其材质可优选不锈钢材质。所述固态降水收集皿24用于收集从空中降落的降雪、雨夹雪和冰雹等固态降水，其材质可优选钢化玻璃材质。所述环形梁25用于在所述支撑板26的支撑作用下作为固定支点悬挂所述振弦式传感器27和所述载物盘23，其材质可优选不锈钢。所述支撑板26用于支撑所述环形梁25，其材质可优选不锈钢，以及其与所述底板22和所述环形梁25的固定连接方式优选采用螺钉固定方式，另外还可以在所述支撑板26上设置用于通过对拉螺栓结构锁紧固定所述外壳29的螺孔(即图2中所述支撑板26上的3个竖向圆圈)。所述振弦式传感器27为现有的且以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器，当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,并可通过相应的测量电路,得到与拉力成一定关系的电信号，因此可用于将所述载物盘23、所述固态降水收集皿24以及皿中固态降水的重量转换为称重测量电信号，并将该称重测量电信号传送至所述中央处理电路单元，由于3个所述振弦式传感器27是沿环向等间距布置的，因此可以针对固态降水收集后所存在的分布不均匀现象实现均衡称重目的。所述工作盒28用于保护内部的主电路板和其它电子部件，其材质可优选铝合金，其中，所述GPRS天线281用于作为无线空口部件。所述外壳29用于防风和保护内部的机械结构，防止外部气流对所述振弦式传感器27的正常工作造成影响，确保测量结果的准确性，其材质优选钢化玻璃，以免对无线通信造成屏蔽影响。此外，所述外壳29的形状可以但不限于为圆形筒或正多边形筒等。

如图3所示，所述主电路板用于承载所述中央处理电路单元、所述卫星定位电路单元和所述GPRS无线通信电路单元等的具体电路结构，其具体为PCB板。所述卫星定位电路单元用于与定位卫星通信，获取检测终端所处位置的地理位置信息，并将该地理位置信息传送至所述中央处理电路单元；所述卫星定位电路单元优选采用型号为UM220-III的北斗/GPS双系统无线定位模块及其***电路，由于该北斗/GPS双系统无线定位模块采用低功耗GNSS SoC芯片HumbirdTM，可具有集成度高和功耗低的特点，并可支持单系统独立定位和多系统联合定位，满足本实施例的设计需求。所述GPRS无线通信电路单元用于与所述GPRS天线281一起接入GPRS通信网络，以便所述中央处理电路单元能够通过GPRS通信网络与远端的所述监测平台服务器1进行信息交互；所述GPRS无线通信电路单元可采用现有GPRS通信模块及其***电路实现。所述中央处理电路单元一方面用于汇聚来自各个所述振弦式传感器27的称重测量电信号，并基于常规算法对3个称重测量电信号进行同步地模数转换处理、总重量计算处理和固态降水量计算处理(在计算固态降水量的过程中，需要在总重量的基础上减去所述载物盘23和所述固态降水收集皿24的固定重量)，最终得到当前固态降水量；另一方面用于通过常规信息交互方式将当前时间、所述当前固态降水量和所述地理位置信息(在首次上传所述地理位置信息后，后续可用终端唯一标识代替该地理位置信息)上传至远端的所述监测平台服务器1。此外，具体的，所述中央处理电路单元可以但不限于采用型号为STM8L052C6TC的微处理器芯片及其***电路。

由此通过前述山区固态降水监测系统的详细结构描述，可提供一种适用于山区检测场景的新型固态降水监测系统，即一方面通过在检测终端侧环向布置多个振弦式传感器，可对采集而得的固态降水进行均衡称重，进而相比较于现有测量技术，可解决因固态降水分布不均匀而导致的测量结果不精准和有延迟的问题，确保测量结果的精准性和及时性；另一方面通过在检测终端侧布置中央处理电路单元、卫星定位电路单元、GPRS无线通信电路单元以及设置GPRS天线，可以通过广覆盖范围的GPRS通信网络实时地将测量结果上传至远端的监测平台服务器，实现及时上传和无需有人值守的目的，进而适用于山区检测场景，减少人为工作量，便于实际应用和推广。

优化的，在所述外壳29的外周上设置有太阳能电池板291，在所述工作盒28的壳体上还设置有电源接口282，在所述工作盒28的内部还设置有锂电池，在所述主电路板上还布置有充放电保护电路单元和稳压电路单元；所述太阳能电池板291通过所述电源接口282电连接所述充放电保护电路单元，所述充放电保护电路单元分别电连接所述锂电池和所述稳压电路单元，所述稳压电路单元的输出端分别电连接所述中央处理电路单元、所述卫星定位电路单元和所述GPRS无线通信电路单元的电源端。如图2和3所示，所述太阳能电池板291用于将部分光能转化为电能，然后通过所述电源接口282和所述充放电保护电路单元(其可采用现有相关电路实现)将电能储存在所述锂电池中，以及通过所述锂电池和所述稳压电路单元(其可采用现有相关电路实现)向各个其它电路单元或耗电器件补充电能，从而无需外部供电，利于长期无人值守，进一步便于在山区中进行野外布置。此外，所述太阳能电池板291优选非晶弱光光伏板，以便实现弱光发电目的。

优化的，在处于所述工作盒28正下方的所述底板22上开设有若干排水孔。通过设置所述排水孔(图中未示出)，可以及时排出渗入终端内部的积水(可在所述工作盒28的底面设置若干支脚，以便在所述工作盒28与所述底板22之间留有空隙，进而排出积水)。另外，由于所述排水孔位于所述工作盒28正下方，可以防止外部窜入的气流直接影响所述振弦式传感器27的正常工作，进一步确保测量结果的精度。

优化的，所述载物盘23的圆形面积不大于所述固态降水收集皿24的底面面积，所述载物盘23通过外延的边缘耳板231固定连接所述振弦式传感器27的下端。如图2所示，通过前述设置，可以尽量减小所述载物盘23的顶面露出面积，进而减少因积尘或者淤积其它物质而给测量结果所带来的误差，进一步确保测量结果的精度。

优化的，所述固态降水收集皿24的顶部开口241呈外环边缘高于内环边缘的刀刃口结构。如图2所示，通过前述设置，可以避免固态降水(例如雪片)在开口边缘淤积而不落入皿内，进一步确保测量结果的精度。

优化的，所述环形梁25的顶面呈内环边缘高且外环边缘低的倾斜面。如图2所示，通过前述设置，可以使未落入皿内的固态降水在融化后，向外部排出而不倒流进入终端内部，规避因内部进水而影响终端正常工作的问题。基于相同的目的，所述外壳29的顶部端面高度也需低于所述环形梁25的顶面。

优化的，所述环形梁25的内周表面与所述固态降水收集皿24的外周表面的间隙距离介于0.5～3mm之间。通过前述距离设置，既可不影响所述载物盘23和所述固态降水收集皿24的微弱升降(即因落入固态降水而加重下降，因水汽蒸发而减轻上升)，又可减少外部尘埃或雪片等进入终端内部，确保终端的正常工作。

综上，采用本实施例所提供的山区固态降水监测系统，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种适用于山区检测场景的新型固态降水监测系统，即一方面通过在检测终端侧环向布置多个振弦式传感器，可对采集而得的固态降水进行均衡称重，进而相比较于现有测量技术，可解决因固态降水分布不均匀而导致的测量结果不精准和有延迟的问题，确保测量结果的精准性和及时性；另一方面通过在检测终端侧布置中央处理电路单元、卫星定位电路单元、GPRS无线通信电路单元以及设置GPRS天线，可以通过广覆盖范围的GPRS通信网络实时地将测量结果上传至远端的监测平台服务器，实现及时上传和无需有人值守的目的，进而适用于山区检测场景，减少人为工作量；

(2)所述山区固态降水监测系统还具有终端自发电、利于长期无人值守、测量结果精度高和结构简单等优点，便于实际应用和推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。