專利名稱:全自動探空裝備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
全自動探空裝備發(fā)明專利,屬于高空氣象自動觀測系統(tǒng)領(lǐng)域??蓮V泛應(yīng)用于高空氣象探測。
背景技術(shù):
高空氣象探測是通過探空氣球攜帶的探空儀進(jìn)行高空氣象數(shù)據(jù)采集。高空氣象站的氣象探測(特別是周末和晚間加班時)所需人力成本較高,尤其在中國的青藏高原、沙漠、高山等氣候敏感地區(qū),高空氣象探測站網(wǎng)的布局還存在空白,因此,高空氣象探測自動化尤為重要和必要。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題,本發(fā)明提出一種全自動探空裝備,具體技術(shù)方案包括監(jiān)控中心和遠(yuǎn)端的無人高空氣象探測站,二者進(jìn)行無線通信;無人高空氣象探測站進(jìn)行探空氣球存儲和施放,和探空數(shù)據(jù)接收/傳輸;監(jiān)控中心接收處理無人高空氣象探測站發(fā)回的高空氣象探測數(shù)據(jù),并監(jiān)控?zé)o人高空氣象站運行;所述無人高空氣象探測站包括設(shè)備方艙、控制計算機、數(shù)據(jù)處理計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和探空氣球;所述控制計算機通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與監(jiān)控中心進(jìn)行無線通信; 控制計算機控制大風(fēng)放氣球裝備的動作;所述探空氣球上連接有探空儀,數(shù)據(jù)處理計算機監(jiān)測探空儀,并接收探空數(shù)據(jù);控制計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和未充氣探空氣球裝在設(shè)備方艙內(nèi);未充氣探空氣球由大風(fēng)放氣球設(shè)備充氣施放。所述大風(fēng)放氣球裝備包括多球自動順序充氣裝置,該裝置包括圓盤及其驅(qū)動裝置;在圓盤的圓周上分布有多個探空氣球;探空氣球可沿圓盤徑向運動;在存儲狀態(tài)下,未充氣探空氣球在圓盤的盤面上;在預(yù)備施放狀態(tài)下,未充氣探空氣球被送至圓盤的圓周位置,且未充氣探空氣球隨圓盤轉(zhuǎn)至施放位置進(jìn)行充氣和捆扎。所述設(shè)備方艙內(nèi)分隔為工作室和放球室;大風(fēng)放氣球設(shè)備、氣球及探空儀在放球室內(nèi);所述控制計算機、數(shù)據(jù)處理計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在工作室內(nèi);所述大風(fēng)放氣球設(shè)備包括探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置;探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置都設(shè)在探空氣球的施放位置,它們對預(yù)備施放狀態(tài)下的未充氣探空氣球進(jìn)行充氣和施放。所述探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置所在空間相對獨立,構(gòu)成施放筒;施放筒上設(shè)有活動頂蓋,頂蓋外表面設(shè)有雙曲面型導(dǎo)風(fēng)板;控制計算機控制氣球容器頂蓋旋轉(zhuǎn),使頂蓋打開迎著頂風(fēng)方向打開。所述圓盤上,與各個未充氣探空氣球?qū)?yīng)設(shè)有機械臂;所述機械臂連接未充氣探空氣球,帶動未充氣探空氣球沿圓盤徑向運動。所述探空氣球自動充氣/捆扎裝置連接有儲氣瓶;所述儲氣瓶有可切換的多組, 各組儲氣瓶安放在密閉的氫氣瓶房,氫氣瓶房內(nèi)設(shè)有氣體泄漏安全措施。
所述無人高空氣象探測站包括監(jiān)控攝像頭;監(jiān)控攝像頭的視頻監(jiān)控信息傳給控制計算機,再由控制計算機把視頻監(jiān)控信息傳給監(jiān)控中心。所述探空儀是GPS探空儀,監(jiān)控中心通過GPS模塊監(jiān)測GPS探空儀位置。GPS探空儀上設(shè)計開關(guān),控制計算機控制激活對應(yīng)的GPS探空儀電池。所述監(jiān)控中心和無人高空氣象探測站的無線通信方式包括微波通信、無線以太網(wǎng)通信或通用無線網(wǎng)絡(luò)通信。本技術(shù)方案的功能原理說明如下本全自動探空裝備用于自動探測從地面至35km高空、200km范圍內(nèi)的大氣溫度、 濕度、壓力及風(fēng)速和風(fēng)向等大氣參數(shù)。全自動探空裝備提供了全新的高空氣象探測手段,真正實現(xiàn)了高空氣象探測的智能化、無人化。在無人操作的情況下,通過預(yù)置時間或操作員在監(jiān)控中心發(fā)出控制指令,即可控制遠(yuǎn)端無人高空氣象站定時進(jìn)行高空氣象探測。全自動探空裝備由遠(yuǎn)端無人高空氣象探測站和監(jiān)控中心組成。無人高空氣象探測站和監(jiān)控中心之間是通過專用(無線網(wǎng)橋、光纖)或通用(GPRS、GMS/CDMA)的通信網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行遠(yuǎn)程管理及遙控探空儀施放。運行人員在遠(yuǎn)方監(jiān)控中心就能對無人高空氣象探測站進(jìn)行直觀實時的遙控和監(jiān)視,與安保系統(tǒng)配合,對異?,F(xiàn)象提供實時、清晰、可靠的圖像信息,從而完成遙測實時數(shù)據(jù)的傳輸和圖像監(jiān)視,實現(xiàn)真正無人值守氣象站的管理。專用網(wǎng)絡(luò)通信距離可以大于30km,按用戶需求可連接IP網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)端無人高空氣象探測站由設(shè)備方艙、大風(fēng)放氣球裝備、GPS探空接收系統(tǒng)、專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成,它承擔(dān)著探空氣球準(zhǔn)備、施放及探空數(shù)據(jù)接收及傳輸?shù)娜抗ぷ?,全過程無人管理,由程序控制其智能化操作,實現(xiàn)高空氣象探測的無人值守操作。監(jiān)控中心由三個服務(wù)器、一個電視墻及專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成,承擔(dān)接收處理無人高空氣象探測站發(fā)回的高空氣象探測數(shù)據(jù),監(jiān)視遠(yuǎn)端無人高空氣象站運行情況。本技術(shù)方案的主要特點有在設(shè)定時間自動激活探空儀、自動基測、自動充球(氫氣或氦氣)、自動施放探空儀、自動接收無線電探空儀信號、處理探空儀信號得到氣象信息、 發(fā)送氣象信息到外部網(wǎng)絡(luò),在無人干預(yù)的情況下,實現(xiàn)全自動操作。
圖1是本技術(shù)方案的遠(yuǎn)端無人高空氣象探測站外形示意圖(放球狀態(tài))。圖2是本技術(shù)方案的遠(yuǎn)端無人高空氣象探測站非放球狀態(tài)下的外形示意圖。圖3是本技術(shù)方案的多球自動順序充氣裝置示意圖。圖中,1是設(shè)備方艙,2是頂蓋,3是氣球,箭頭所指為風(fēng)向。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本技術(shù)方案作進(jìn)一步說明本例的技術(shù)方案如下1、系統(tǒng)組成供配電分系統(tǒng)包括UPS主機+蓄電池箱、電源配電箱和太陽能供電裝置(用戶選配)等。
設(shè)備控制分系統(tǒng)包括設(shè)備控制箱、氣動控制箱、探空儀裝載轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(自動轉(zhuǎn)臺)、放球筒及擋風(fēng)頂蓋開啟機構(gòu)、頂蓋回轉(zhuǎn)支撐隨動系統(tǒng)、電動窗開啟機構(gòu)和控制計算機及控制軟件等。探空信號接收分系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理計算機、GPS探空接收機及天線裝置、地面氣象儀、探空儀裝載基測箱、放球室溫濕度測量儀、GPS轉(zhuǎn)發(fā)器和探空信號接收處理軟件等。傳輸監(jiān)控分系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋及天線、網(wǎng)絡(luò)交換機、多串口網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、監(jiān)控攝像機及監(jiān)控軟件、門禁及安保裝置、通信電源分機、數(shù)據(jù)處理計算機及圖像監(jiān)控軟件和IP 電話機等。氣源輸送分系統(tǒng)包括氫氣瓶集裝裝置、氣源壓力及氫氣泄漏檢測裝置、氣源輸送和切換/控制裝置等。配套設(shè)備及系統(tǒng)包括空調(diào)設(shè)備、除濕器和防雷擊系統(tǒng)等。監(jiān)控中心系統(tǒng)包括主服務(wù)器及系統(tǒng)管理軟件、副服務(wù)器1及探空數(shù)據(jù)處理軟件、 副服務(wù)器2及遠(yuǎn)程控制軟件、IP電話交換機及電話機、網(wǎng)絡(luò)交換機、無線網(wǎng)橋及天線和電視墻視頻顯示系統(tǒng)等。2、工作原理“全自動探空裝備”是在無人職守的情況下,執(zhí)行M次無線電探空實驗觀測。從探空氣球充氣,到探空儀施放;從探空儀基測,到GPS探空接收機接收探空數(shù)據(jù);從探空數(shù)據(jù)處理,到探空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),全過程無人干預(yù),實現(xiàn)高空探測自動化。攝像機全過程視頻監(jiān)視。操作員需要定期給“全自動探空裝備”供應(yīng)探空儀、氫氣或氦氣;操作員可以遙控和監(jiān)視多個站點。3、方艙方艙外形尺寸5500ΧΜ00 X MOO (長X寬X高)單位(mm)方艙內(nèi)部尺寸4840X 2240 X 2240 (mm)方艙內(nèi)分隔為工作室和放球室。工作室內(nèi)部尺寸為2400X2240X 2240 (mm)放球室內(nèi)部尺寸為2400X 2240 X 2240 (mm)4、多球自動順序充氣裝置參考圖3,多球自動順序充氣裝置,該裝置包括圓盤及其驅(qū)動裝置;在圓盤(直徑為2m)的圓周上均勻分布著M個存放球皮和探空儀的機械臂。球皮(未充氣探空氣球)和探空儀的擺放是由人工一次安裝到位。工作過程中可以由控制計算機控制定時自動施放, 也可以通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)行施放。施放時由控制計算機發(fā)出指令,使轉(zhuǎn)盤按順序轉(zhuǎn)動,保證每次有一組球皮和探空儀能進(jìn)入放球筒內(nèi),進(jìn)行自動充氣并自動施放。5、自動充氣裝置(可以采用現(xiàn)有技術(shù),如中國專利ZL2009200444651“探空氣球自動充氣球裝置”)圓盤中某一組探空儀轉(zhuǎn)到與施放筒對應(yīng)位置,通過動力機械裝置將機械臂伸出, 把氣球及探空儀組合送入氣球施放筒內(nèi)進(jìn)行充氣并施放。當(dāng)充氣口插入進(jìn)氣嘴后,控制計算機系統(tǒng)打開電磁閥,氣體充到一定量后,控制計算機關(guān)閉電磁閥;隨后控制計算機控制容器頂蓋轉(zhuǎn)到地面自動測風(fēng)儀指定的方向,打開容器頂蓋,控制計算機控制容器頂蓋打開,釋放機構(gòu)將氣球釋放。在裝填氣球和探空儀時,探空員事先將一個進(jìn)氣嘴和球皮套好,并連接探空儀、放繩器、放球繩。操作時,將進(jìn)氣嘴插入到支撐臂上的充氣裝置上,并有機械鎖扣裝置鉤住進(jìn)氣嘴,使其在垂直方向上受到約束,然后再放置好球皮、探空儀。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到位后,支撐臂伸入到氣球放球筒內(nèi)。到達(dá)指定位置時,通過一個位置傳感器發(fā)出就位信號。然后一個與直線運動元件相連的充氣接口沿垂直方向直線上升,最終伸入進(jìn)氣嘴接口內(nèi)。直線運動元件到達(dá)指定位置后,兩接口連接完成,傳感器發(fā)出信號,探空氣球開始充氣。當(dāng)氣球充氣達(dá)到設(shè)定值后,電磁閥關(guān)閉,充氣結(jié)束。連接充氣接口的直線運動元件收回,兩接口脫開。6、自動放球裝置(可以采用現(xiàn)有技術(shù),如中國專利ZL200920044466. 6 “探空氣球自動釋放機構(gòu)”)支撐臂下直線運動元件向上運動,頂開機械鎖扣裝置,探空儀組合脫離卡鉤,從而氣球失去約束,帶著探空儀升空。接著相應(yīng)支撐臂重新復(fù)位,為下一次放球做好準(zhǔn)備。在自動施放完M組氣球后需要由操作員再重新裝填。7、氣球容器頂蓋氣球容器頂蓋由液壓元件作動力,控制頂蓋的開啟閉合。液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,同樣的功率,液壓傳動裝置重量輕,體積緊湊,慣性小,結(jié)構(gòu)也較簡單,安裝調(diào)試難度小, 液壓傳動還具有運動平穩(wěn),易于吸收沖擊力和自動防止過載。8、活動窗施放筒的間壁上設(shè)計一手動控制電動活動玻璃窗;前壁上設(shè)計一程序控制電動活動鋁合金板窗,該窗下降需有兩個停留位置?;顒哟熬哂辛己玫拿芊庑浴.?dāng)系統(tǒng)不工作時, 電動窗關(guān)閉,施放筒全密封;當(dāng)系統(tǒng)工作時,機械臂伸入到氣球施放筒內(nèi)后,電動窗也必須關(guān)閉,此時因支撐臂的支撐桿在電動窗處,電動窗關(guān)不到底,設(shè)計時在電動窗上又設(shè)計了一個自動開合的小窗,當(dāng)電動窗關(guān)閉時小窗自動留出支撐桿位置。9、安全性氫氣易燃易爆,為了防止意外,采取的措施包括控制氫氣流速,安裝回火防止器; 氫氣管不進(jìn)入艙內(nèi);選用防爆電磁閥;自動充氣裝置與進(jìn)氣嘴有預(yù)緊措施,只有當(dāng)可靠接觸后才自動控制氣源打開;具有可靠的接地措施,防止靜電引燃引爆;氫氣瓶房有氣體泄漏傳感器;選用防爆燈;設(shè)有泄氣口等?;谏鲜龃胧詣犹娇昭b備的充氣裝置比手動操作更安全。10、氣球容器頂蓋(滿足大風(fēng)放氣球裝置)大風(fēng)狀態(tài)下能夠正常放球是氣象部門較難解決的難題。為此需設(shè)計大風(fēng)放氣球裝置。將探空氣球放置在放球筒內(nèi),地面自動測風(fēng)儀工作,當(dāng)測得地面風(fēng)速不超過20m/s 時,地面自動測風(fēng)儀將測得的風(fēng)向傳給計算機,計算機控制氣球容器頂蓋旋轉(zhuǎn),使頂蓋打開方向迎著頂風(fēng)方向打開,以減小風(fēng)力對探空氣球的影響。保證大風(fēng)狀態(tài)下能夠正常放球。頂蓋上的導(dǎo)風(fēng)板設(shè)計成雙曲面,以使風(fēng)力對探空氣球的影響減小到最小。11、激活指定的GPS探空儀電池。開啟GPS探空接收機電源,GPS探空接收機處于工作狀態(tài),開啟數(shù)據(jù)處理計算機, 計算機自動打開與GPS探空儀序列號對應(yīng)的軟件程序,激活對應(yīng)的GPS探空儀電池。GPS探空儀上設(shè)計開關(guān),通過計算機控制激活對應(yīng)的GPS探空儀電池。本技術(shù)方案的效果高空氣象站的氣象探測(特別是周末和晚間加班時)所需人力成本較高,尤其在中國的青藏高原、沙漠、高山等氣候敏感地區(qū),高空氣象探測站網(wǎng)的布局還存在空白,因此, 高空氣象探測自動化尤為重要和必要,全自動高空氣象探測不僅降低了運行成本,同時也給選擇站點和探測時間提供了很大的余地。全自動探空裝備應(yīng)用了機械工程技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。該裝備的研制成功,填補了偏遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、沙漠、湖海等無人地區(qū)高空大氣探測的空白,減輕人工強度。該裝備不僅可裝備固定氣象臺站,還可裝備在艦船上,為國際氣象組織提供更為豐富的氣象資料,提升了中國在國際氣象組織的地位,該裝備可廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)業(yè)、水利、民航、環(huán)保、國防等領(lǐng)域,為國民經(jīng)濟防震、減災(zāi)、增效,起著巨大作用并將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。全自動探空裝備的研制將豐富我國氣象監(jiān)測裝備的技術(shù)手段及綜合系統(tǒng)能力,以適應(yīng)氣象綜合探測從人工探測向自動化遙感遙測轉(zhuǎn)變的迫切需求,實現(xiàn)高準(zhǔn)確度、高時空分辨率、連續(xù)、自動、一體化定量探測的目標(biāo)。全自動探空裝備的優(yōu)點包括自動化程度高;安全性好;簡化操作;減少放球人員;實現(xiàn)大風(fēng)天氣條件下能夠正常放球,提高放球成功率。
權(quán)利要求
1.一種全自動探空裝備,其特征是包括監(jiān)控中心和遠(yuǎn)端的無人高空氣象探測站,二者進(jìn)行無線通信;無人高空氣象探測站進(jìn)行探空氣球存儲和施放,和探空數(shù)據(jù)接收/傳輸;監(jiān)控中心接收處理無人高空氣象探測站發(fā)回的高空氣象探測數(shù)據(jù),并監(jiān)控?zé)o人高空氣象站運行;所述無人高空氣象探測站包括設(shè)備方艙、控制計算機、數(shù)據(jù)處理計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和探空氣球;所述控制計算機通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與監(jiān)控中心進(jìn)行無線通信;控制計算機控制大風(fēng)放氣球裝備的動作;所述探空氣球上連接有探空儀,數(shù)據(jù)處理計算機監(jiān)測探空儀,并接收探空數(shù)據(jù);控制計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和未充氣探空氣球裝在設(shè)備方艙內(nèi);未充氣探空氣球由大風(fēng)放氣球設(shè)備充氣施放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動探空裝備,其特征是所述大風(fēng)放氣球裝備包括多球自動順序充氣裝置,該裝置包括圓盤及其驅(qū)動裝置;在圓盤的圓周上分布有多個探空氣球; 探空氣球可沿圓盤徑向運動;在存儲狀態(tài)下,未充氣探空氣球在圓盤的盤面上;在預(yù)備施放狀態(tài)下,未充氣探空氣球被送至圓盤的圓周位置,且未充氣探空氣球隨圓盤轉(zhuǎn)至施放位置進(jìn)行自動充氣和捆扎。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動探空裝備,其特征是所述設(shè)備方艙內(nèi)分隔為工作室和放球室;大風(fēng)放氣球設(shè)備、氣球及探空儀在放球室內(nèi);所述控制計算機、數(shù)據(jù)處理計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在工作室內(nèi);所述大風(fēng)放氣球設(shè)備包括探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置;探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置都設(shè)在探空氣球的施放位置,它們對預(yù)備施放狀態(tài)下的未充氣探空氣球進(jìn)行充氣和施放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自動探空裝備,其特征是所述探空氣球自動充氣/捆扎裝置和探空氣球施放裝置所在空間相對獨立,構(gòu)成施放筒;施放筒上設(shè)有活動頂蓋,頂蓋外表面設(shè)有雙曲面型導(dǎo)風(fēng)板;控制計算機控制氣球容器頂蓋旋轉(zhuǎn),使頂蓋打開迎著頂風(fēng)方向打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自動探空裝備,其特征是圓盤上,與各個未充氣探空氣球?qū)?yīng)設(shè)有機械臂;所述機械臂連接未充氣探空氣球,帶動未充氣探空氣球沿圓盤徑向運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自動探空裝備,其特征是所述探空氣球自動充氣/捆扎裝置連接有儲氣瓶;所述儲氣瓶有可切換的多組,各組儲氣瓶安放在密閉的氫氣瓶房,氫氣瓶房內(nèi)設(shè)有氣體泄漏安全措施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動探空裝備,其特征是所述無人高空氣象探測站包括監(jiān)控攝像頭;監(jiān)控攝像頭的視頻監(jiān)控信息傳給控制計算機,再由控制計算機把視頻監(jiān)控信息傳給監(jiān)控中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動探空裝備,其特征是所述探空儀是GPS探空儀,監(jiān)控中心通過GPS模塊監(jiān)測GPS探空儀位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全自動探空裝備,其特征是GPS探空儀上設(shè)計開關(guān),控制計算機控制激活對應(yīng)的GPS探空儀電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動探空裝備,其特征是所述監(jiān)控中心和無人高空氣象探測站的無線通信方式包括微波通信、無線以太網(wǎng)通信或通用無線網(wǎng)絡(luò)通信。
全文摘要
一種全自動探空裝備,包括監(jiān)控中心和遠(yuǎn)端的無人高空氣象探測站,二者進(jìn)行無線通信;無人高空氣象探測站進(jìn)行探空氣球存儲和施放,和探空數(shù)據(jù)接收/傳輸;監(jiān)控中心接收處理無人高空氣象探測站發(fā)回的高空氣象探測數(shù)據(jù),并監(jiān)控?zé)o人高空氣象站運行;無人高空氣象探測站包括設(shè)備方艙、控制計算機、數(shù)據(jù)處理計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和探空氣球;控制計算機通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與監(jiān)控中心進(jìn)行無線通信;控制計算機控制大風(fēng)放氣球裝備的動作;控制計算機、大風(fēng)放氣球設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和未充氣探空氣球裝在設(shè)備方艙內(nèi);未充氣探空氣球由大風(fēng)放氣球設(shè)備充氣施放。本裝備可以在無人干預(yù)的情況下實現(xiàn)全自動操作。
文檔編號G01W1/08GK102253429SQ201110111279
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者任振華, 侯維佳, 劉家晟, 張國舫, 李偉, 李柏, 王曉云, 田國昌, 褚啟和, 許沛, 黃江平, 黃莉 申請人:南京大橋機器有限公司