CN102819935B - 一种广域洪水灾害卫星预报系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广域洪水灾害卫星预报系统，包括数据传输卫星飞行编队、导航定位卫星、多个降水量数据采集系统、地面信号关口站和防洪指挥中心；数据传输卫星飞行编队用于接收并传输多个降水量数据采集系统采集的降水量数据，导航定位卫星用于获取数据传输卫星飞行编队和降水量数据采集系统的位置信息，并传输至地面信号关口站，所述多个降水量数据采集系统用于采集降水量数据，地面信号关口站将数据传输卫星飞行编队和导航定位卫星发送的数据传输至防洪指挥中心，防洪指挥中心对接收的数据进行分析处理，并发出预警信息。本发明基于卫星分时数据传输技术和卫星定位技术，覆盖范围广，所需人力成本少，可靠的保障了国民生命财产安全。

Description

一种广域洪水灾害卫星预报系统

技术领域

本发明涉及卫星技术领域，尤其是一种基于卫星分时数据传输技术、卫星定位技术的广域洪水灾害卫星预报系统。

背景技术

土壤对水分有一定的吸收能力，当降水量过大，达到地面土壤吸收水分饱和程度后，因地势会形成集流，进而形成对人类生命财产造成危害的洪水。洪水灾害预警预报系统的作用就是通过对某一区域降水量的测试，进而判断该区域降水量是否达到洪水灾害程度，并及时通知相关部门。

目前，洪水灾害预警预报系统中，预警数据（降水量）的获取一般是依靠天气预报、河流水位测量人工值守、降水区域人工巡查等方法，观测范围为局部性、小尺度性，观测数据滞后，需要安排大量值班人员在降水区域巡守，以期能够及时发现并预报险情。特别是在防洪季节，常发生山体滑坡、泥石流等现象，需要值班人员24小时密切关注，很容易造成值班人员疲劳。依靠人力巡查获取预警数据的方式观测范围小，工作效率低，灾情判断依据模糊，往往灾情预报滞后于灾情发生。

国际上提出了一些较为先进的解决方法：如在各地洪水灾害易发区安装地面降水量传感器，通过有线通信或者无线短波通信的方式将降水量信息传回至监控中心，监控中心的工作人员对各地降水量进行观察分析，以便及时发现险情。但这种方式存在诸多缺陷，例如：由于有线通信或者无线短波通信的传输范围小，为了覆盖广域（即覆盖范围包含一个国家或地区）需要建设大量的通信链路，其安装、维护、更换都需要大量人力和物力。再如，由于降水量传感器非阵列分布的原因，降水量数据母本采样不足；远程数据传输监控系统不稳定等等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的洪水灾害预警预报系统覆盖范围小、人力资源耗费大的不足，提供一种覆盖范围广、人力资源耗费小的广域洪水灾害卫星预报系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种广域洪水灾害卫星预报系统，包括由多颗太阳同步轨道卫星组成的数据传输卫星飞行编队、导航定位卫星、多个降水量数据采集系统、地面信号关口站和防洪指挥中心；其中，所述数据传输卫星飞行编队用于接收并传输多个降水量数据采集系统采集的数据，并将数据传输至地面信号关口站；所述导航定位卫星用于获取数据传输卫星飞行编队及各个降水量数据采集系统的相对位置信息，并传输至地面信号关口站，所述多个降水量数据采集系统用于采集降水量数据，所述地面信号关口站与防洪指挥中心通过网络连接，地面信号关口站将数据传输卫星飞行编队和导航定位卫星发送的数据传输至防洪指挥中心，防洪指挥中心对接收的数据进行分析处理，并发出预警信息。

进一步的，所述多个降水量数据采集系统分布于各个监测区域，每个降水量数据采集系统包括降水量传感器阵列、卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、自适应控制装置以及太阳能电源装置，所述降水量传感器阵列用于采集降水量和降水强度数据，所述分时卫星数据传输装置与降水量传感器阵列连接，分时卫星数据传输装置将降水量传感器阵列采集的数据发送至数据传输卫星飞行编队；所述自适应控制装置测试控制降水量数据采集系统的工作状态；所述卫星定位装置向导航定位卫星发送降水量数据采集系统的位置信息；所述电源装置为降水量传感器阵列、分时卫星数据传输装置、卫星定位装置、自适应控制装置提供电源。

优选的，所述电源装置为太阳能电源装置。

优选的，所述分时卫星数据传输装置将降水量传感器阵列采集的数据以阵列数据结构形式及图像形式发送至数据传输卫星飞行编队。

进一步的，所述太阳轨道同步卫星数量取决于地面降水量数据采集的时间分辨率。优选的，所述数据传输卫星飞行编队由12至36颗太阳轨道同步卫星组成。

进一步的，所述数据传输卫星飞行编队按照采集数据的时间分辨率，分时飞临各个监测区域的降水量数据采集系统的上空，获取地面降水量信息。

进一步的，导航定位卫星获取数据传输卫星飞行编队位置信息及各个降水量数据采集系统位置信息，并传输至地面信号关口站；

进一步的，所述地面信号关口站将接收到的降水量数据采集系统采集的降水量数据以及数据传输卫星飞行编队位置信息和各个降水量数据采集系统位置信息进行处理后发送至防洪指挥中心。

进一步的，防洪指挥中心根据接收的数据，利用预先建立的降水量-洪水灾害趋势数学模型，判断出具有洪水灾害趋势的区域，并使用指挥中心的内部网及时将警示指令传送给各地。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明广域洪水灾害卫星预报系统通过数据传输卫星飞行编队和导航定位卫星获取分布于全国各地监测区域的降水量数据采集系统采集的降水量数据，防洪指挥中心根据降水量数据，利用预先建立的降水量-洪水灾害趋势数学模型，可以预先发现具有洪水灾害趋势的区域，并根据导航定位卫星获取的该区域位置信息提前向该区域相关部门发出洪灾预报和控制指令，获取足够的防洪准备时间，有效保障国民生命财产安全。本发明基于卫星分时数据传输技术和卫星定位技术，防洪监测覆盖范围广，不需要大量人力在各监测区域巡查，也不需要大量安装、维护通信链路，很大程度的节省了人力物力成本。而且数据的采集和传输及时、有效，可靠的保障了国民生命财产安全，减少国家损失。

附图说明：

图1为本发明广域洪水灾害卫星预报系统结构框图。

图2为本发明广域洪水灾害卫星预报系统中降水量数据采集系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参考图1，本发明广域洪水灾害卫星预报系统包括数据传输卫星（低轨卫星LEO）飞行编队、导航定位卫星（中高轨卫星MEO-GEO）、多个降水量数据采集系统、地面信号关口站和防洪指挥中心；其中，所述数据传输卫星飞行编队由多颗太阳同步轨道卫星组成，用于接收并传输多个降水量数据采集系统采集的数据，所述导航定位卫星用于获取数据传输卫星飞行编队及各个降水量数据采集系统的位置信息，并传输至地面信号关口站。所述多个降水量数据采集系统用于采集降水量数据，所述地面信号关口站与防洪指挥中心通过网络连接，地面信号关口站将数据传输卫星飞行编队和导航定位卫星发送的数据传输至防洪指挥中心，防洪指挥中心对接收的数据进行分析处理，并发出预警信息。

所述多个降水量数据采集系统分布于各洪水易发地区的监测区域，所述监测区域包括人迹罕至的山脉河流。参考图2，每个降水量数据采集系统包括降水量传感器阵列、卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、自适应控制装置以及太阳能电源装置，所述降水量传感器阵列用于采集降水量和降水强度数据，降水量传感器阵列包括多个降水量传感器，降水量传感器阵列采集的降水量和降水强度数据为所有降水量传感器采集的降水量和降水强度数据的实时值及平均值。所述分时卫星数据传输装置与降水量传感器阵列连接，分时卫星数据传输装置将降水量传感器阵列采集的数据发送至数据传输卫星飞行编队；所述自适应控制装置用于测试控制降水量数据采集系统的工作状态；所述卫星定位装置用于向导航定位卫星发送降水量数据采集系统所在监测区域的位置。 所述卫星定位装置是已有产品，如GPS\BPS等；卫星数据传输装置是已有卫星通信终端产品，如VSAT\USAT\MSV等；自适应控制装置是已有程序控制器产品，如PCL等，所以此处不再细述其具体结构。

所述数据传输卫星飞行编队由12至36颗太阳轨道同步卫星组成，数据传输卫星飞行编队按照降水量数据采集的时间分辨率的要求，分时飞临各个监测区域的降水量数据采集系统的上空，降水量数据采集系统中的分时卫星数据传输装置将采集到的降水量和降水强度数据传输至数据传输卫星飞行编队中的当值卫星，数据传输卫星飞行编队即获取地面降水量信息。

所述地面信号关口站为国际标准D级地面信号关口站，一方面对接收到的来自数据传输卫星飞行编队的降水量信息进行处理，一方面接收并存储来自导航定位卫星的数据传输卫星飞行编队位置信息和降水量数据采集系统的位置信息，然后将计算处理后的信息发送至防洪指挥中心，防洪指挥中心根据地面信号关口站发送的数据，并利用预先建立的降水量-洪水灾害趋势数学模型，分析判断各区域是否具有引发洪水灾害的条件，当检测到某一区域具有发生洪水灾害的可能性时，在指挥中心的内部网及时将警示指令传送给该地区管理部门。

分布于全国各地洪水易发地域的降水量数据采集系统对降水量信息进行分时数据采集，即每隔数分钟采集一次降水量、降水强度等数据。数据传输卫星飞行编队为太阳同步轨道的低轨卫星（LEO），与地面距离为数百公里，易于卫星数据传输。数据传输卫星飞行编队按照采集数据的时间分辨率要求，以数十分钟的时间间隔飞临各地的降水量数据采集系统的上空，以获取该区域地面降水量信息。同时，导航定位卫星获取数据传输卫星飞行编队的位置信息，并将数据传输卫星飞行编队的位置信息传输至地面信号关口站。地面信号关口站接收数据传输卫星飞行编队的位置信息及各地区的地面降水量数据信息，然后发送至防洪指挥中心。防洪指挥中心接收地面信号关口站获取并处理后的地面降水量数据信息，以及通过导航定位卫星传送的数据传输卫星飞行编队的位置信息和降水量数据采集系统的位置信息，防洪指挥中心根据以上信息分析各地域地面降水量分布状况，利用预先建立的降水量-广域洪水灾害趋势数学模型，由计算机推演、分析各地域是否有引发洪水灾害的条件，当检测-分析-推演-确认到某一区域具有发生洪水灾害的可能性时，在指挥中心的内部网传及时将警示指令传送给该地区相关部门。通过本发明广域洪水灾害卫星预报系统，可以在至少数小时之前预知各监测地域可能发生洪水灾害危险的情况，及时通知可能发生洪水灾害地区，在洪水到达之前有足够的反应时间，安排防灾措施，从而减少、甚至避免国民生命财产损失事故的发生。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种广域洪水灾害卫星预报系统，其特征在于，其包括由多颗太阳同步轨道卫星组成的数据传输卫星飞行编队、导航定位卫星、多个降水量数据采集系统、地面信号关口站和防洪指挥中心；其中，

所述数据传输卫星飞行编队用于接收多个降水量数据采集系统发送的降水量数据，并将数据传输至地面信号关口站；所述导航定位卫星用于获取数据传输卫星飞行编队及各个降水量数据采集系统的相对位置信息，并传输至地面信号关口站；所述多个降水量数据采集系统用于采集降水量数据；所述地面信号关口站与防洪指挥中心通过网络连接，地面信号关口站将数据传输卫星飞行编队和导航定位卫星发送的数据传输至防洪指挥中心，防洪指挥中心对接收的数据进行分析处理，并发出洪水灾害预警信息；所述多个降水量数据采集系统分布于各个监测区域，每个降水量数据采集系统包括降水量传感器阵列、卫星定位装置、分时卫星数据传输装置、自适应控制装置以及电源装置，所述降水量传感器阵列用于采集降水量和降水强度数据，所述分时卫星数据传输装置与降水量传感器阵列连接，分时卫星数据传输装置将降水量传感器阵列采集的数据发送至数据传输卫星飞行编队，所述自适应控制装置测试控制降水量数据采集系统的工作状态；所述卫星定位装置向导航定位卫星发送降水量数据采集系统的位置信息；所述电源装置为降水量传感器阵列、分时卫星数据传输装置、卫星定位装置、自适应控制装置提供电源；所述电源装置为太阳能电源装置；所述分时卫星数据传输装置将降水量传感器采集的数据以阵列数据结构形式及图像形式发送至数据传输卫星飞行编队；所述数据传输卫星飞行编队包括12至36颗太阳轨道同步卫星；所述数据传输卫星飞行编队按照采集数据的时间分辨率，分时飞临各个监测区域的降水量数据采集系统的上空，获取地面降水量信息。

2.根据权利要求1所述的广域洪水灾害卫星预报系统，其特征在于，防洪指挥中心根据接收的数据，利用预先建立的降水量-洪水灾害趋势数学模型，判断出具有洪水灾害趋势的区域，并在指挥中心的内部网传送警告信息及控制指令，及时将警示指令传送给各地。

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