CN108845527B - 一种古建筑智能防雷方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种古建筑智能防雷方法及系统，方法先通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，再依次提取多个天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；如果大气电场强度大于或等于雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的传感器位置；再根据传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；最后根据雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制激光发射器向雷云位置发射激光。所述方法可以通过激光发射器形成连接雷云与引雷杆塔的等离子体通道，将雷云位置产生的雷电引导至引雷杆塔，避免雷电击中古建筑。引雷杆塔以及激光发射器等设备可以安装在古建筑环境之外，减少安装过程对古建筑造成破坏。

Description

一种古建筑智能防雷方法及系统

技术领域

本申请涉及建筑防雷技术领域，尤其涉及一种古建筑智能防雷方法及系统。

背景技术

古建筑通常由木质材料制成，木材经过千百年变得十分干燥，在雨天潮湿天气时，电阻率变小，并且内部年久积满灰尘，易积蓄静电，带有电荷容易引来雷电。由于年代久远，建筑的稳定性较差，在受到雷击时极容易引发火灾或对建筑造成破坏。古建筑本身因其建筑于古代，避雷措施较少或者避雷措施已经失效，使得古建筑受到雷击的概率较高。并且对于大部分古建筑而言，多建筑在山上或野外，为了保护其原貌，古建筑周边往往不会建设其他建筑物，从而进一步增加了古建筑被雷电击中的可能性。

为了避免古建筑被雷电击中，现有技术通常在古建筑的基础上进行防雷改造，即在古建筑上设置引雷设备，使雷云中产生的雷电能够通过引雷设备传入大地，避免其击中古建筑。实际应用中，引雷设备一般包括接闪器，以及通过引线连接接闪器的接地体，其中，接闪器，例如避雷针，设置在古建筑顶部并且高于古建筑的顶部，接地体掩埋在地下，可将雷电中的电荷导入大地。

但是，在古建筑上进行防雷改造时，不可避免地会对古建筑进行破坏或重建，造成古建筑受到永久破坏，不利于文物保护。并且，受限于对古建筑的保护，埋于地下的接地体不能直接深埋在古建筑之下，需要在古建筑的周围埋设接地体，这使得每个古建筑顶部的接闪器需要再通过引线连接接地体。由于用于连接的引线长度较长，不仅影响古建筑整体美观度，而且由于雷电的电压较高，常规的引线很容易在传递雷电过程中进一步引发火灾。

发明内容

本申请提供了一种古建筑智能防雷方法及系统，以解决传统古建筑防雷方法会对建筑体造成破坏的问题。

一方面，本申请提供一种古建筑智能防雷方法，包括：

通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置；

依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置；

根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；

根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光。

可选的，根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置的步骤，包括：

在所述古建筑环境中的不同位置，均匀设置至少三个所述大气电场传感器，使至少三个所述大气电场传感器的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；

根据每一个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度以及预设统计模型，计算所述雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述古建筑环境中的空间位置。

可选的，所述方法还包括按照以下步骤建立所述预设统计模型：

获取所述古建筑环境的历史雷电记录，所述历史雷电记录来源于防雷系统的雷电天气记录和/或气象观测站；

提取所述历史雷电记录中单次雷电天气中的雷云位置，以及在单次雷电天气下多个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度；

根据所述单次雷电天气下的雷云位置和检测到的大气电场强度，确定所述古建筑环境下的雷云位置周围大气电场强度的变化规律；

统计多次雷电天气下的所述变化规律，生成所述统计模型。

可选的，根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光的步骤，包括：

根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

根据所述引雷路径选定激光聚焦镜；

向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合。

可选的，根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光的步骤，还包括：

根据所述引雷路径确定所述雷云位置与所述激光聚焦镜之间的距离，作为引雷距离；

根据所述引雷距离，向所述激光发射器发送功率调整指令，调整所述激光发射器的发射功率，以形成连接所述雷云位置与引雷杆塔顶部的等离子体通道。

可选的，所述方法还包括：

检测经过引雷杆塔的引雷信息，所述引雷信息包括引雷时间、经过所述引雷杆塔的雷电电压值以及雷电脉冲频率；

记录通过所述引雷杆塔的雷电信息，以及根据多次记录的所述雷电信息，调整所述雷电预警阈值。

可选的，根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置的步骤之后，所述方法还包括：

根据所述雷云位置生成报警指令；

将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号，提示所述古建筑环境内的工作人员做出确认指令；以及，

在收到所述确认指令后，向所述激光发射器发送防雷指令。

可选的，通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息的步骤包括：

根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述古建筑环境的电场强度，输出检测值；

将输出的所述检测值发送至信号处理装置，对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换；

将经过所述信号处理装置处理后的所述检测值作为所述大气电场强度，以及提取所述大气电场传感器对应的安装位置，作为所述传感器位置。

另一方面，本申请还提供一种古建筑智能防雷系统，包括多个大气电场传感器、引雷杆塔、激光发射器以及数据处理装置，其中：

多个所述大气电场传感器设置在古建筑环境中，使多个所述大气电场传感器组成的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；所述引雷杆塔设置在所述古建筑环境周围，所述引雷杆塔的高度大于所述古建筑环境中最高古建筑的高度；

所述数据处理装置分别与所述大气电场传感器和所述激光发射器之间建立通信连接，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置；

依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置；

根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；

根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光。

可选的，所述系统还包括多个激光聚焦镜，多个所述激光聚焦镜连接所述数据处理装置，所述激光聚焦镜用于反射和/或聚焦所述激光发射器发出的激光束，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

根据所述引雷路径选定所述激光聚焦镜；

向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合。

由以上技术方案可知，本申请提供一种古建筑智能防雷方法及系统，所述方法先通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，再依次提取多个天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；如果大气电场强度大于或等于雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的传感器位置；再根据传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；最后根据雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制激光发射器向雷云位置发射激光。所述方法可以通过激光发射器形成连接雷云与引雷杆塔的等离子体通道，将雷云位置产生的雷电引导至引雷杆塔，避免雷电击中古建筑。引雷杆塔以及激光发射器等设备可以安装在古建筑环境之外，避免安装过程对古建筑造成破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为一种古建筑智能防雷方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中对检测信号处理的流程示意图；

图3为本申请实施例中定位雷云位置的流程示意图；

图4为本申请实施例中生成统计模型的流程示意图；

图5为本申请实施例中调整激光角度的流程示意图；

图6为本申请实施例中调整等离子体通道长度的流程示意图；

图7为本申请实施例中调整雷电预警阈值的流程示意图；

图8为本申请实施例中报警提示的流程示意图；

图9为一种古建筑智能防雷系统的结构示意图；

图10为本申请实施例中信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

在本申请提供的技术方案中，古建筑环境包括古建筑的建筑主体，以及建筑主体附近的其他物体。例如，对于塔类古建筑，不仅包括古塔建筑的塔身，还包括古塔周边的配套建筑设施，以及树木等容易被雷电击中的物体，这些物体虽然不是古建筑，但对于维护古建筑具有至关重要的作用，因此在确定古建筑环境时，应该包括位于附近的其他物体。需要说明的是，古建筑环境并不仅仅指代平面区域，还应该具有足够的高度，即古建筑环境是指包含古建筑及其周围物体的空间区域，具体的空间区域高度应根据区域内的最高物体确定。

本申请中，雷云是指易于形成雷电袭击的云层。由于一般雷击类型可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入和球雷四种。其中，对古建筑危害较大的主要是直击雷和球雷。而要产生直击雷和球雷，首先必须有足够的电量积累，即云层中的电场要达到一定的强度；再通过高强度电场击穿空气，形成电流通道；并且要有突出的物体造成其周围电场突变，感应出异号电荷。因此，在本申请提供的技术方案中，雷云位置对于是否能够形成对古建筑的雷击具有重要的参考意义，而精确的定位雷云位置，则是实施古建筑智能防雷方案的关键。

在本申请提供的技术方案中，所述古建筑智能防雷方法的实施实体被称作所述古建筑智能防雷系统，所述系统由设置在实际古建筑环境中的各种装置组成。其中，用于检测的装置为大气电场传感器；用于实施防雷措施的装置包括激光发射器和引雷杆塔；用于对检测结果进行判断，并能确定防雷策略的装置称为数据处理装置。除此之外，所述古建筑智能防雷系统还可以包括信号处理装置和报警装置等，以便所述系统能够更好的实施所述方法。

参见图1，为一种古建筑智能防雷方法的流程示意图。从图1可知，本申请提供的一种古建筑智能防雷方法，包括以下步骤：

S1：通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置；

由于雷击的形成需要足够的电场强度，因此本实施例中，可先通过大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息。为了获取更准确的天气信息，以便后续进行判断是否会有雷击危险以及定位雷云的位置，本实施例中，应该保证在古建筑环境内具有多个大气电场传感器，通过多个大气电场传感器共同检测古建筑环境以及古建筑环境上方的大气电场强度。显然，越接近雷云位置的大气电场传感器所检测到的电场强度值越大，具有更高的信噪比，越容易进行信号的降噪、调制和解调，从而避免传感器测量误差对检测结果产生影响。因此，在本实施例中，所述大气电场传感器应尽可能安装在较高的位置。

进一步地，为了获取到更加准确，以及便于处理所述天气信息，步骤S1，即通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息的步骤包括：

S101：根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述古建筑环境的电场强度，输出检测值；

S102：将输出的所述检测值发送至信号处理装置，对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换；

S103：将经过所述信号处理装置处理后的所述检测值作为所述大气电场强度，以及提取所述大气电场传感器对应的安装位置，作为所述传感器位置。

即在本实施例中，大气电场传感器可以进一步包括激励电路模块和敏感芯片。敏感芯片可以是MEMS敏感芯片(Micro-electro Mechanical Systems，微机电系统)，是一种高灵敏度谐振式共面电极微型电场传感器，敏感芯片的性能优异，输出与被测电场之间存在良好的线性关系，并且还具有体积小，功耗低，无机械磨损，易批量制造，成本低等优点。激励电路模块可以驱动传感器的敏感芯片振动，以便检测古建筑环境中的电场强度。即敏感芯片驱动电机周围嵌入偏置电极，并选用高电阻率绝缘材料对芯片进行封装，可进一步降低同频耦合噪声，提高了信噪比。

S2：依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

在获取到多个大气电场传感器检测的天气信息后，本申请根据获取的天气信息中大气电场强度，对当前时间内，古建筑是否容易受到雷击进行判断。

本实施例中，可以依次对多个大气电场传感器检测的电场强度进行判断，确定检测的大气电场强度是否达到雷电预警值。通过对多个大气电场传感器的检测值进行判断，一方面可以获得更多的检测值，以便在多个检测值中确定出更明显的检测值，避免测量误差或“检测噪音”对结果产生影响，使判断的结果更加准确；另一方面，由于雷云的体积较大，整个雷云中的电场分布不均匀，通过一个传感器往往不能准确的对雷云内的电场分布情况进行检测，影响到后续雷云位置的确定，因此本实施例中，通过多个大气电场传感器进行判断时，可以便于后续确定雷云位置。

S3：如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置。

本实施例中，通过对比检测的大气电场强度值与预设的雷电预警阈值后，可以判断大气电场强度值大于或等于所述雷电预警阈值的检测结果，能够预测出当前古建筑环境中有可能遭遇雷电袭击，因此，可以根据大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值的传感器位置进一步确定雷云的位置。

S4：根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置。

本申请提供的技术方案中，根据传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置可以通过以下方式：

一种方式为，可以在所有大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值对应的传感器中，确定检测到大气电场强度最大的传感器，再提取出检测到最大大气电场强度的传感器所对应的位置。由于大气电场传感器设置在较高的位置，因此能够检测到电场强度最大的传感器所在的位置也是最容易遭到雷电袭击的位置，即距离产生雷电的雷云最近的位置，并且如果在这个位置布置引雷装置，就可以避免古建筑遭到雷电袭击。因此，可直接将检测到最大电场强度的传感器所对应的位置作为雷云位置。

在本申请的部分实施例中，根据传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置还可以通过另一种方式，如图3所示，即根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置的步骤，还可以包括以下步骤：

S41：在所述古建筑环境中的不同位置，均匀设置至少三个所述大气电场传感器，使至少三个所述大气电场传感器的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；

S42：根据每一个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度以及预设统计模型，计算所述雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

S43：根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述古建筑环境中的空间位置。

本实施例中，根据预设的统计模型，可以确定出当前古建筑场景中雷云对应电场强度的分布规律，例如，一般能够产生雷电的云层，以雷云中心位置为起点向远离雷云位置的各个方向的空间区域中，电场强度会逐渐变小，而在大气中形成的电场变化规律一般是相同的。

因此，在本实施例中，可以通过每个大气电场传感器检测到的电场强度值，确定出每个大气电场传感器与雷云位置之间的距离。再结合雷云与三个或三个以上不同位置上的大气传感器之间的距离即可精确的定位雷云位置。通过本实施例的方案，可以直接定位雷云的中心位置，从而便于后续通过激光形成等离子体的通道，能够精确的穿过雷云中心，达到更好的引雷效果。

进一步地，如图4所示，所述方法还包括按照以下步骤建立所述预设统计模型：

S421：获取所述古建筑环境的历史雷电记录，所述历史雷电记录来源于防雷系统的雷电天气记录和/或气象观测站；

S422：提取所述历史雷电记录中单次雷电天气中的雷云位置，以及在单次雷电天气下多个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度；

S423：根据所述单次雷电天气下的雷云位置和检测到的大气电场强度，确定所述古建筑环境下的雷云位置周围大气电场强度的变化规律；

S424：统计多次雷电天气下的所述变化规律，生成所述统计模型。

本实施例中，可以根据当前古建筑环境中的历史雷电记录，确定出符合当前古建筑环境下的电场强度变化规律，并通过统计多次记录的结果构建所述统计模型，从而能够准确定位雷云位置。此外，通过统计多次记录的结果，还能够对统计模型进行持续的更新，使统计模型能够更加符合当前古建筑环境，避免季节、时间等因素，影响到雷云的定位精度。

需要说明的是，在本申请提供的技术方案中，雷云位置不仅局限于所述古建筑环境顶部的平面范围内，由于在古建筑环境上方的空中一定高度内的所有云层，都有可能形成袭击古建筑的雷电。因此，雷云位置还应该包括雷云的高度，而定位雷云高度时，进一步需要更多的大气电场传感器来检测电场强度，从而通过传感器与雷云之间的距离来定位雷云位置。

S5：根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光。

本申请提供的技术方案中，在定位雷云位置以后，可通过发出防雷指令使激光发射器的控制系统开关闭合，激光发射器发射出激光穿射雷云。由于高功率的激光在空气中传输时，会与空气发生非线性互相作用，使大气中的气体分子，杂质和气溶胶粒子等被电离，在受辐照区的空气中产生大量的自由电子形成激光等离子体，激光等离子体具有良好的导电特性。示例地，激光发射器的功率为50kW，此时能够将空气电离为等离子体，电离浓度为385，电离等离子高度为300米，等离子体的通道导电寿命为1秒。

雷云中形成的雷电可通过等离子体组成的通道，连接至引雷杆塔的顶部，并通过引雷杆塔接地电阻释放，从而使雷电避开古建筑，有效的对古建筑进行了雷电防护。需要说明的是，本实施例中引雷杆塔可以由高强度的合金材料制成，引雷杆塔的本身具有高阻特性，当雷电流经杆塔时具有限流作用，防止雷击电磁脉冲可能造成的危害。

在本申请提供的技术方案中，由于激光的发射方向和发射功率均可随意进行调整，因此通过激光引雷的方式能够适应古建筑环境上方各个位置上的雷云位置，而通过激光形成的等离子体通道，将雷云和引雷杆塔连接可以使雷云中产生的雷电先通过等离子体通道传输至引雷杆塔，再经过引雷杆塔的引导进入大地，实现防雷效果。

由于在实际应用时，激光发射器需要提供高功率的激光束，势必加重激光发射器的能耗，因此为了提高激光束的功率，减少能耗。在本申请的部分实施例中，还可以通过激光聚焦镜，来将激光束进行聚焦。如图5所示，根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光的步骤，包括：

S501：根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

S502：根据所述引雷路径选定激光聚焦镜；

S503：向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合。

本实施例中，当使用激光聚焦镜进行激光束的位置和方向调节时，数据处理装置可以根据实际定位的雷云位置确定出激光束的位置，再通过调节激光聚焦镜的角度，使经过激光聚焦镜反射或聚焦的激光束到达预定位置。上述方案不仅可以使激光束通过所述激光聚焦镜的反射增加激光束的功率，而且可以通过调整激光聚焦镜的角度来改变激光束的位置，这样可以便于在雷云与引雷杆塔之间形成等离子体的连接通道。

由于雷云位置与激光聚焦镜之间的距离在不同的天气条件下是不同的，而在本申请中，应至少保证激光束形成的等离子体通道能够连接雷云和引雷杆塔。因此，如图6所示，在本申请的部分实施例中，根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光的步骤，还包括：

S511：根据所述引雷路径确定所述雷云位置与所述激光聚焦镜之间的距离，作为引雷距离；

S512：根据所述引雷距离，向所述激光发射器发送功率调整指令，调整所述激光发射器的发射功率，以形成连接所述雷云位置与引雷杆塔顶部的等离子体通道。

显然，在本实施例中，激光发射器的发射功率越大，相应激光束的电离能量越大，形成的等离子体通道也越长。因此，实际应用中，当雷云位置与激光聚焦镜之间的距离较远时，即所述引雷距离较远，可以通过增大激光发射器的发射功率，延长等离子体通道以便将雷云与引雷杆塔进行连接；而当雷云位置与激光聚焦镜之间的距离较近时，即所述引雷距离较近，可以适当减小激光发射器的发射功率，以便降低激光发射器的能耗，实际应用时，只要保证形成的等离子体通道能够将雷云和引雷杆塔连接即可。

本申请提供的技术方案中，雷电预警值可以是根据古建筑环境所在地区的天气条件预设的经验值，为了使判断结果更加准确，预设的雷电预警值可以根据海拔、气候、在不同地区以及不同月份等因素进行调整。进一步地，如图7所示，为了能够准确的判断当前内所述古建筑环境中是否有可能出现雷电袭击，所述方法还包括以下步骤：

S601：检测经过引雷杆塔的引雷信息，所述引雷信息包括引雷时间、经过所述引雷杆塔的雷电电压值以及雷电脉冲频率；

S602：记录通过所述引雷杆塔的雷电信息，以及根据多次记录的所述雷电信息，调整所述雷电预警阈值。

本实施例中，可以通过在引雷杆塔上设置相应的雷电信息检测传感器来记录从所述引雷杆塔上经过的雷电脉冲，即通过多次记录引雷杆塔的引雷时间，雷电电压值，以及脉冲频率等雷电特性参数，来确定当前古建筑环境中容易出现哪种类型的雷电袭击，以及遭遇到雷击的强度。进而可以通过调整雷电预警阈值来适应当前古建筑环境中实际情况，例如，当通过分析记录的参数可知所述古建筑环境中多数雷电袭击的强度(电压值)较低时，雷电袭击往往不会对古建筑造成损伤，可以适当提高雷达预警阈值，以减少激光发射器的启动次数，降低能耗。

在本申请的部分实施例中，为了方便工作人员实施防雷措施，如图8所示，根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置的步骤之后，所述方法还包括：

S701：根据所述雷云位置生成报警指令；

S702：将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号，提示所述古建筑环境内的工作人员做出确认指令；

S703：在收到所述确认指令后，向所述激光发射器发送防雷指令。

本实施例中，当通过判断检测到的电场强度值确定当前古建筑环境中可能遭到雷电袭击后，可以向报警器发送报警指令，报警器在接收到报警指令以后会产生相应的警示信号，例如鸣笛、点亮警示灯等，以通知工作人员。工作人员在接到报警指令以后，可以根据具体的环境条件来确定是否有必要启动激光发射器实施防雷措施。

基于上述古建筑智能防雷方法，本申请还提供一种古建筑智能防雷系统，如图9所示，所述防雷系统包括多个大气电场传感器1、引雷杆塔2、激光发射器3以及数据处理装置4，其中：

多个所述大气电场传感器1设置在古建筑环境中，使多个所述大气电场传感器1组成的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；所述引雷杆塔2设置在所述古建筑环境周围，所述引雷杆塔2的高度大于所述古建筑环境中最高古建筑的高度；

所述数据处理装置4分别与所述大气电场传感器1和所述激光发射器2之间建立通信连接，所述数据处理装置4被进一步配置为执行以下程序步骤：

S1：通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置；

S2：依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

S3：如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置；

S4：根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；

S5：根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光。

本实施例中，数据处理装置4可以是具有数据处理功能的设备，如个人计算机、服务器等，其中可包括处理器、存储器等处理元件，数据处理装置4与大气电场传感器1和激光发射器2之间可以通过相应的数据连接线连接，也可以通过无线传输的方式实现通信连接。

激光发射器2能够发射高能激光束，以便在大气环境中形成等离子体通道，相应的，激光发射器2的激光发射功率以及发射角度都可以受数据处理装置4的控制进行调节。

引雷杆塔2是高塔结构，能够承受雷击并且设有引雷通路，引雷杆塔的顶部应设有引雷部件。并且通过引雷通路连接地面，使激光在塔顶附近触发上行先导后，在引雷杆塔位置形成下行先导，通过上行先导与下行先导的相互吸引作用，将下行梯级先导引至铁塔，从而将雷电引导至预先设置的安全地点。通过引雷杆塔及接地网将雷电通过引雷杆塔引入大地进行泄流。

进一步地，所述系统还包括多个激光聚焦镜5，多个所述激光聚焦镜5连接所述数据处理装置4，所述激光聚焦镜5用于反射和/或聚焦所述激光发射器3发出的激光束，所述数据处理装置4被进一步配置为执行以下程序步骤：

S501：根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

S502：根据所述引雷路径选定所述激光聚焦镜；

S503：向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合。

在本申请的部分实施例中，如图10所示，所述系统还可以包括设置在大气电场传感器1与数据处理装置4之间的信号处理装置6，信号处理装置6内部设有I/V转换器61，差分放大器62以及A/D转换63。通过大气电场传感器1采集到大气电场情况，能够及时监测到雷电信号。大气电场传感器1的输出电流首先进行I/V转换，再差分放大，然后通过A/D采样后，在数据处理装置4的CPU里进行信号调解，调解后的信号可以以串口方式输出。

由以上技术方案可知，本申请提供一种古建筑智能防雷方法及系统，所述方法先通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，再依次提取多个天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；如果大气电场强度大于或等于雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的传感器位置；再根据传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；最后根据雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制激光发射器向雷云位置发射激光。所述方法可以通过激光发射器形成连接雷云与引雷杆塔的等离子体通道，将雷云位置产生的雷电引导至引雷杆塔，避免雷电击中古建筑。引雷杆塔以及激光发射器等设备可以安装在古建筑环境之外，减少安装过程对古建筑造成破坏。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种古建筑智能防雷方法，其特征在于，包括：

通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置，包括：

在所述古建筑环境中的不同位置，均匀设置至少三个所述大气电场传感器，使至少三个所述大气电场传感器的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；

根据每一个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度以及预设统计模型，计算所述雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述古建筑环境中的空间位置；

依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置；

根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；

根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光，包括：

根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

根据所述引雷路径选定激光聚焦镜；

向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合；

根据所述引雷路径确定所述雷云位置与所述激光聚焦镜之间的距离，作为引雷距离；

根据所述引雷距离，向所述激光发射器发送功率调整指令，调整所述激光发射器的发射功率，以形成连接所述雷云位置与引雷杆塔顶部的等离子体通道。

2.根据权利要求1所述的防雷方法，其特征在于，所述方法还包括按照以下步骤建立所述预设统计模型：

获取所述古建筑环境的历史雷电记录，所述历史雷电记录来源于防雷系统的雷电天气记录和/或气象观测站；

提取所述历史雷电记录中单次雷电天气中的雷云位置，以及在单次雷电天气下多个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度；

根据所述单次雷电天气下的雷云位置和检测到的大气电场强度，确定所述古建筑环境下的雷云位置周围大气电场强度的变化规律；

统计多次雷电天气下的所述变化规律，生成所述统计模型。

3.根据权利要求1所述的防雷方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测经过引雷杆塔的引雷信息，所述引雷信息包括引雷时间、经过所述引雷杆塔的雷电电压值以及雷电脉冲频率；

记录通过所述引雷杆塔的雷电信息，以及根据多次记录的所述雷电信息，调整所述雷电预警阈值。

4.根据权利要求1所述的防雷方法，其特征在于，根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置的步骤之后，所述方法还包括：

根据所述雷云位置生成报警指令；

将所述报警指令发送至报警器，使所述报警器发出报警信号，提示所述古建筑环境内的工作人员做出确认指令；以及，

在收到所述确认指令后，向所述激光发射器发送防雷指令。

5.根据权利要求1所述的防雷方法，其特征在于，通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息的步骤包括：

根据所述大气电场传感器内置的敏感芯片检测所述古建筑环境的电场强度，输出检测值；

将输出的所述检测值发送至信号处理装置，对所述检测值分别进行I/V转换、差分放大以及A/D转换；

将经过所述信号处理装置处理后的所述检测值作为所述大气电场强度，以及提取所述大气电场传感器对应的安装位置，作为所述传感器位置。

6.一种古建筑智能防雷系统，其特征在于，包括多个大气电场传感器、引雷杆塔、激光发射器以及数据处理装置，其中：

多个所述大气电场传感器设置在古建筑环境中，使多个所述大气电场传感器组成的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；所述引雷杆塔设置在所述古建筑环境周围，所述引雷杆塔的高度大于所述古建筑环境中最高古建筑的高度；

所述数据处理装置分别与所述大气电场传感器和所述激光发射器之间建立通信连接，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

通过多个大气电场传感器获取古建筑环境中的天气信息，所述天气信息包括大气电场强度和传感器位置，包括：

在所述古建筑环境中的不同位置，均匀设置至少三个所述大气电场传感器，使至少三个所述大气电场传感器的检测范围覆盖整个所述古建筑环境；

根据每一个所述大气电场传感器检测到的大气电场强度以及预设统计模型，计算所述雷云与所述大气电场传感器之间的距离；

根据所述雷云与至少三个所述大气电场传感器之间的距离，定位所述雷云在所述古建筑环境中的空间位置；

依次提取多个所述天气信息中的大气电场强度，以及判断大气电场强度是否大于或等于雷电预警阈值；

如果所述大气电场强度大于或等于所述雷电预警阈值，提取当前大气电场强度对应天气信息中的所述传感器位置；

根据所述传感器位置定位古建筑环境中的雷云位置；

根据所述雷云位置向激光发射器发送防雷指令，控制所述激光发射器向所述雷云位置发射激光；

所述系统还包括多个激光聚焦镜，多个所述激光聚焦镜连接所述数据处理装置，所述激光聚焦镜用于反射和/或聚焦所述激光发射器发出的激光束，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：

根据所述雷云位置以及距离所述雷云位置最近的引雷杆塔位置，确定引雷路径；

根据所述引雷路径选定所述激光聚焦镜；

向所述激光聚焦镜发送角度调整指令，调整所述激光聚焦镜的角度，使经过所述激光聚焦镜反射的激光束与所述引雷路径重合；

根据所述引雷路径确定所述雷云位置与所述激光聚焦镜之间的距离，作为引雷距离；

根据所述引雷距离，向所述激光发射器发送功率调整指令，调整所述激光发射器的发射功率，以形成连接所述雷云位置与引雷杆塔顶部的等离子体通道。

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