CN109417971A - 一种用于人工降雨的智慧气球系统及人工降雨方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人工降雨设备技术领域，尤其涉及一种用于人工降雨的智慧气球系统及人工降雨方法。本系统的气球中，各个辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构；动力补偿组件连接在气球的底部，动力补偿组件中的侧向螺旋桨用于控制气球的移动和飞行方向，垂向螺旋桨用于控制气球的飞行高度，以使气球能悬停在空中；数据采集装置与动力补偿组件连接；人工降雨组件，悬置于动力补偿组件的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂。基于该系统提供了一种人工降雨的方法。该系统及方法实现精确操控气球的飞行姿态和飞行位置，实现气球的空中悬停滞留，有效延长气球的作业时间，并实现气球的平稳精确的落地回收。

Description

一种用于人工降雨的智慧气球系统及人工降雨方法

技术领域

本发明涉及人工降雨设备技术领域，尤其涉及一种用于人工降雨的智慧气球系统及人工降雨方法。

背景技术

人工降雨是指运用云和降水物理学原理，通过向云中撒播能催化降雨的催化剂(如盐粉、干冰或碘化银等)，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面形成降水，又称人工增加降水。其中，催化剂的撒播的方法有利用飞机在云中撒播、利用高射炮或火箭将碘化银炮弹射入云中爆炸、在地面燃烧碘化银焰剂、利用气球携带催化剂升空等，是人工影响天气中进行得最多的一项试验。

可是，地面布置燃烧炉的作业方式难以定点播撒催化剂，也难以确定催化剂入云的剂量，催化效率较低；以高炮和火箭为载体的播撒方式相对更为有效，但这种方式要求配备车载炮弹或火箭发射装备，属于火工装备，使用时受安保级别限制，难以在一般级别的人工降水任务或科学研究实验中使用，而且设备和材料成本较高，作业过程噪声大，火箭坠落时若未能及时开启降落伞可能影响地面生命财产安全，只能布置极少的作业地点，难以保证增雨雪效果与及时性；飞机播撒催化剂这种方式固定资产投入大，运行成本高，一次飞行的花费通常需要几十万到上百万元，而且为确保飞行安全，无法在强对流的天气下应用。

虽然，气球携带催化剂目前具有不受地域限制、成本低、催雨效率高等优点，是一种轻巧、灵活的作业方式，但是，目前这种方式的应用程度不高，通常只作为非飞机作业期间的辅助或补充增雨手段，主要原因是：气球上升路径受气流影响，不确定性大，不能保证进入云体适当部位，投放点选择困难；气球投放后完全不受监测，作业人员无法核验本次投放是否有效；气球投放前就需要点燃催化剂烟剂或开始播撒，在气球尚未到达可降雨的云层就燃烧大量催化剂，浪费催化剂。

在现有的气球升空抛撒催化剂的方法中，气球升空机构普遍存在升空过程的控制精度不足，无法实现定点人工降雨的目的，且气球降落回收不易，而针对在完成作业后将气球释放掉、不进行回收的做法，如果对于单一或少数气球作业，则成本在可控范围内，但对于像人工降雨这样大面积作业，需要用大量的气球群才能完成作业，必须保证气球回收利用才可以，且不能保证气球球体在空中不会爆炸。

如果利用飞行器代替气球进行催化剂携带的作业，存在飞行器耗电量大，可持续工作时间短，使用后气球不易回收的问题，且当主体装置是飞行器时，气球只是起到辅助升力的作用，而且飞行器价格较为昂贵，飞行高度较低难以实现高空探测的目的；如果采用可回收的气球抛撒机构，通常在气球回收过程中，利用放气设备为气球放气，以实现就降落，但是放气中的气球浮力减小不明显，气球下降速度慢，不便于操作，且控制精度不高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种用于人工降雨的智慧气球系统及人工降雨方法，能够实现精确操控气球的飞行姿态和飞行位置，实现气球的空中悬停滞留，有效延长气球的作业时间，并实现气球的平稳精确的落地回收。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于人工降雨的智慧气球系统，包括：

气球，包括主球体和至少一个辅球体，各个所述辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构；

动力补偿组件，连接在所述气球的底部，所述动力补偿组件包括侧向螺旋桨和垂向螺旋桨，所述侧向螺旋桨用于控制所述气球的移动和飞行方向，所述垂向螺旋桨用于控制所述气球的飞行高度，以使所述气球能悬停在空中；

数据采集装置，与所述动力补偿组件连接；

人工降雨组件，悬置于所述动力补偿组件的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂。

优选的，所述动力补偿组件包括四组侧向螺旋桨和一组垂向螺旋桨，所述垂向螺旋桨的旋转轴竖直连接在所述气球的底部，且分别与各组所述侧向螺旋桨的旋转轴垂直连接，各组所述侧向螺旋桨的旋转轴之间相互垂直且均位于同一水平面上。

优选的，所述数据采集装置包括三轴陀螺仪、GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器，所述三轴陀螺仪分别与侧向螺旋桨和垂向螺旋桨连接，所述GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器分别与所述气球连接。

优选的，所述人工降雨组件包括内部装有催化剂的烟条，所述烟条通过牵引绳连接在所述动力补偿组件的底部。

优选的，所述烟条的一侧设置有点火器。

优选的，所述气球的底部设有充气阀门和放气阀门。

优选的，还包括控制器，所述控制器分别与动力补偿组件、数据采集装置和人工降雨组件连接，用于分别与所述动力补偿组件、数据采集装置和人工降雨组件之间进行数据和信号的交换，以接受数据并发送控制信号。

优选的，还包括地面控制设备，所述地面控制设备包括分别与所述控制器连接的通讯机构、地面工作站和安全监测模块。

本发明还提供了一种利用如上所述的系统进行人工降雨的方法，包括：

向地面工作台输入待降雨区域的预设环境数据，以计算所述待降雨区域的位置信息；

根据所述待降雨区域的位置信息，控制器分别控制动力补偿组件的垂向螺旋桨和侧向螺旋桨的运动，以控制所述气球飞行至所述待降雨区域后悬停在空中，其中，通过所述垂向螺旋桨控制气球升空、并控制所述气球在空中的升降，通过各个所述侧向螺旋桨分别控制所述气球的飞行方向；

通过数据采集装置采集所述气球内外的实时环境数据，并将所述实施环境数据通过控制器传送至地面工作台；

将所述实时环境数据与预设环境数据进行对比，根据所述对比的结果，所述控制器控制人工降雨组件向外释放用于人工降雨的催化剂，以实现人工降雨；

优选的，在所述人工降雨完成后，还包括：

根据实施环境数据，计算所述气球回收时球体的爆炸高程，以确定所述球体的预设爆炸位置；

所述控制器控制所述气球飞行至所述预设爆炸位置时，所述控制器控制所述气球的至少一个球体爆炸。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的用于人工降雨的智慧气球系统中，气球包括主球体和至少一个辅球体，各个辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构；动力补偿组件连接在气球的底部，动力补偿组件包括侧向螺旋桨和垂向螺旋桨，侧向螺旋桨用于控制气球的移动和飞行方向，垂向螺旋桨用于控制气球的飞行高度，在侧向螺旋桨和垂向螺旋桨的共同作用下，气球能悬停在空中；数据采集装置与动力补偿组件连接；人工降雨组件，悬置于动力补偿组件的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂。该系统及方法利用垂向螺旋桨的控制实现气球的竖直方向的悬停，同时利用侧向螺旋桨实现气球飞行方向的改变，从而实现精确操控气球的飞行姿态和飞行位置，实现气球的空中悬停滞留，有效延长气球的作业时间，并实现气球的平稳精确的落地回收。

与现有技术相比，本系统及方法中，动力补偿组件的侧向螺旋桨和垂向螺旋桨为保持气球高程稳定的需要而提供的升力仅有1/1000左右，因此无需为气球额外设置充气动力装置，即可实现气球的升空、悬停及飞行方向和姿态的调整；第二，空中球体设备的气球与双频雷达的位置信息相结合，使气球能顺利精确的到达指定降雨位置，大大减少飞行途中不必要的消耗，提高工作效率；第三，气球回收的时候采用爆掉辅球体的方式，可以瞬间减少很大的升力，大大加快回收的速度，提高了使用效率。

此外，本发明的系统及方法还具有以下有益效果：

1、空中球体设备利用单片机作为控制器，可以方便的增加其它拓展模块如光照强度模块、地磁模块、空气质量监测模块，增加气球工作性能。

2、当空中球体设备到达合适的云层进行人工降雨时，再点燃人工降雨组件的携带有催化剂的烟条，从而使催化剂的利用更加充分，使降雨作业效果良好。

3、由于采用主球体和辅球体的协同工作，主球体的体积大于辅球体，从而保证主球体在人工降雨的范围内不会爆炸，辅球体在完成降雨后到指定位置自行爆破，然后其他部件顺利返回，从而保证了主球体和其余设备的合理回收再利用。

4、本系统的升力主要由气球提供，动力补偿组件对进行气球升降的控制进行补偿，可令气球上下左右往复工作，从而实现智能控制飞行高度，延长滞空工作时间、高程和着落点的智能控制，使得气球的工作范围大大扩大，即扩大了工作空间。

5、除了能自动控制气球飞行状态之外，地面工作站还能发送控制指令改变气球的飞行模式，从而达到人工控制气球飞行的目的。

6、空中球体设备的安全降落模式中，在爆掉辅球体后可以减小很大一部分升力，剩下的部分可以快速回收，从而可控制气球平稳安全着陆，使得气球快速可靠精确的着陆到设定的着陆区，从而实现气球的可回收利用。

附图说明

图1为本发明实施例的用于人工降雨的智慧气球系统的结构框架图；

图2为本发明实施例的空中球体设备的结构示意图；

图3为本发明实施例的动力补偿组件的结构示意图；

图4为本发明实施例的控制器控制关系框架示意图。

其中，100、气球；101、充气阀门；111、放气阀门；102、动力补偿组件、112、侧向螺旋桨；122、垂向螺旋桨；103、数据采集装置；104、人工降雨组件；114、牵引绳；124、烟条；134、点火器；105、控制器；106、地面控制设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例一提供的用于人工降雨的智慧气球系统包括空中球体设备和地面控制设备106，根据预测环境数据，利用地面控制设备106控制空中球体设备飞行兵悬停在人工降雨的区域，即可利用空中球体设备上携带的催化剂投放至该区域，以实现人工降雨，该系统能够实现精确操控气球100的飞行姿态和飞行位置，实现气球100的空中悬停滞留，有效延长气球100的作业时间，并实现气球100的平稳精确的落地回收。

具体的，本实施例一的空中球体设备包括气球100、动力补偿组件102、数据采集装置103和人工降雨组件104，如图2所示，该空中球体设备还包括控制器105，控制器105分别与气球100、动力补偿组件102、数据采集装置103和人工降雨组件104连接。

其中，气球100包括主球体和至少一个辅球体，各个辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构，回收自爆机构优选可以设有壳体、弹簧机构和针体，弹簧机构和针体均安装在壳体内，每个辅球体的侧面均相对的设置有针体，各个弹簧机构分别与针体和控制器105连接，在气球100升空时，控制器105控制针体压缩弹簧机构，使得针体回收于壳体内，当气球100在返航时，为了加速其降落的效率，控制器105控制弹簧机构将针体快速的自壳体弹向辅球体，使得辅球体爆炸，保证在动力补偿机构的辅助效果下，主球体能够快速平稳的回收，从而使得空中球体设备在载荷突然减小的情况下(这是由于催化剂烟条124被点燃)，能够安全平稳的返航，并着陆在指定地点；优选的，气球100的底部设有充气阀门101和放气阀门111，该充气阀门101和放气阀门111分别与主球体和辅球体连接，可以在预装和回收气球100时，为主球体和辅球体分别充气和放气。

需要说明的是，本实施例一的辅球体可以为一个，也可以为多个，在回收主球体的过程中，可以仅控制其中一个辅球体爆炸，也可以控制多个辅球体在到达爆炸高程时同时或先后爆炸；回收自爆机构可以为上述的弹簧针结构，也可以为其他现有的结构，例如增设持续充气结构等。

进一步优选的，气球100的主球体和辅球体均可采用橡胶、PVC膜、铝塑膜等材料制成，采用氦气等低密度气体充填，低密度气体指密度低于空气密度的气体。

动力补偿组件102连接在气球100的底部，动力补偿组件102包括侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122，侧向螺旋桨112用于控制气球100的移动和飞行方向，垂向螺旋桨122用于控制气球100的飞行高度，利用侧向螺旋桨112保持飞行平衡的同时，垂向螺旋桨122调整飞行高度，并且利用任一个侧向螺旋桨112的加速和减速，可以配合改变飞行姿态，这样在侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122的共同作用下，气球100能平稳可靠的悬停在空中。

优选的，如图3所示，动力补偿组件102包括四组侧向螺旋桨112和一组垂向螺旋桨122，四组侧向螺旋桨112分别设置在气球100底部的四个水平方向上，用于控制气球100朝着前后左右或东西南北四个方向移动，垂向螺旋桨122的旋转轴竖直连接在气球100的底部，且分别与各组侧向螺旋桨112的旋转轴垂直连接，各组侧向螺旋桨112的旋转轴之间相互垂直且均位于同一水平面上，优选垂向螺旋桨122的四周垂直方向为四组相同规格的侧向螺旋桨112，均由控制器105控制；各个旋转轴的旋转动力均由安置在上面的电源供电，电源为蓄电池，可以提供持久的电力。优选垂向螺旋桨122和各组侧向螺旋桨112的旋转轴外同时设置有数据采集装置103，该动力补偿组件102用于气球100的升降和水平移动的动力补偿，根据数据采集装置103的三轴陀螺仪和GPS传感器的数据，该动力补偿组件102对气球100进行辅助动力推动。

需要说明的是，动力补偿组件102也可以在同一水平面上分别均匀设置六个或八个或十二方位的侧向螺旋桨112，以实现足够精确地飞行方向控制。

数据采集装置103与动力补偿组件102连接，用于采集实时环境数据及气球100飞行状态信息，从而为控制器105提供数据支撑。其中，优选数据采集装置103包括但不限于三轴陀螺仪、GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、内置压强传感器和外置压强传感器，三轴陀螺仪分别与侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122连接，以便向控制器105发送侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122的运行数据，GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、内置压强传感器和外置压强传感器分别与气球100连接，以便将实时环境数据传输给控制器105，从而根据上述的气球100运行数据和实时环境数据，来确定气球100的飞行模式。

优选的，GPS传感器和三轴陀螺仪用于获取气球100飞行状态信息，如经纬度、飞行高度、水平速度、垂直速度和倾斜度。当气球100的上升速度大于或等于预存于控制器105中的额定上升速度时，控制器105控制垂向螺旋桨122关闭；当气球100的上升速度小于预存的额定上升速度时，控制器105控制垂向螺旋桨122开启，从而给予气球100上升的动力辅助，使其上升速度接近或等于额定上升速度。在人工降雨完成以后，根据GPS传感器测定的飞行方向和速度，在控制器105给予的控制指令作用下，开启相应方向的侧向螺旋桨112，从而提供该方向的侧向辅助动力，以使气球100飞向预定的气球100回收点范围内。

优选的，温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器、以及压力传感器，分别通过控制器105将实时环境数据传输到地面工作站内，地面工作站根据预定的待降雨区域的气象信息，并根据地面双频雷达测定的降雨云层位置，控制人工降雨组件104工作，从而进行人工增雨作业。

其中，三轴陀螺仪采用MEMS(微机电系统)或光纤陀螺仪传感器，可以感知来自六个方向的运动、加速度和角度变化，把六个方向的速度和倾斜角度信息传给控制器105，控制器105再根据模型程序向动力补偿组件102发指令，执行相应的动作。内置压强传感器和外置压强传感器是分别设置在气球100球体内外的两个压强传感器，用于获取辅球体的内外压强，并根据内外压强得到辅球体内外压差，从而为辅球体的爆炸做准备。

本实施例一的系统通过GPS传感器获取气球100的经纬度、飞行高程、水平速度、以及垂直速度，并进一步利用温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器校准上升速度。换言之，数据采集装置103采集的实时环境数据及气球100的飞行状态信息，例如包括：气球100的内外压强(及压差)、经纬度、飞行高度、水平速度、垂直速度和倾斜度。

控制器105用于根据数据采集装置103采集的三轴陀螺仪、GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器的各类数据，控制充气阀门101、放气阀门111、动力补偿组件102、以及人工降雨组件104的点火器134的开启或关闭。

本实施例一的控制器105的控制流程如图4所示，该图4的流程可以视为该空中球体设备的整个飞行过程，其中，控制器105分别与动力补偿组件102、数据采集装置103和人工降雨组件104连接，用于分别与动力补偿组件102、数据采集装置103和人工降雨组件104之间进行数据和信号的交换，以接受数据并发送控制信号，从而根据气球100的飞行状态信息确定气球100的飞行模式，并根据飞行模式、实时环境数据及飞行状态信息对气球100的动力补偿组件102、以及人工降雨组件104的点火器134进行控制，从而使空中球体设备能够准确到达人工降雨位置、并在回程时能够精确到达辅球体爆炸的位置，并保证下落过程的安全平稳。优选的，控制器105为单片机，同理，控制器105也可以选用其它智能主机。

其中，控制器105中包括一个存储模块，例如通过固态记忆体(如SD卡)进行本地数据的存储，如预先输入的控制参数或工作过程中采集的数据等。具体地说，控制器105根据气球100的飞行状态信息判断是否需要进行升降、以及侧向运动控制。当选择加速上升或减小下降速度时，控制器105向垂向螺旋桨122发送命令，从而进行加速控制；当选择加速下降或减小上升速度时，控制器105可以选择关闭螺旋桨。当气球100需要侧向辅助动力推动时，控制器105向侧向螺旋桨112发送命令，使气球100获得水平侧向辅助动力，使气球100水平加速或减速。需要说明的是，为了便于作业，在空中球体设备拼装完成之后，即可向作为控制器105的单片机内录入程序。在飞行时，针对三轴陀螺仪的信息、GPS定位、温度、气压和气球100球体内外压强，采取定时读取、去掉粗大值、以及取多次平均的数据处理方式，最终得到现在的位置、状态和环境数据，从而获取气球100飞行状态信息和实时环境数据。

在控制器105的控制下，气球100的飞行模式包括：升空模式、平稳飞行模式、高度调整模式及安全降落模式。其中，气球100先处于升空模式下，充气的气球100通过垂向螺旋桨122竖直升空；然后使气球100处于平稳飞行模式和高度调整模式中，在人工降雨的时候通过垂向螺旋桨122和侧向螺旋桨112的辅助作用下，飞到预设待降雨的区域进行人工降雨；在安全降落模式中，首先对于辅球体的爆炸高程是由地面的充其量决定的，因此当降雨完成后控制其进入爆炸高程自行爆破，然后主球体及其他零部件在动力补偿组件102的协助下被迅速可靠的回收。

本实施例一中，人工降雨组件104悬置于动力补偿组件102的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂，人工降雨组件104包括内部装有催化剂的烟条124，烟条124通过牵引绳114连接在动力补偿组件102的底部，烟条124两端分别与点火器134和控制器105相连。

本实施例一的系统还包括地面控制设备106，地面控制设备106包括分别与控制器105连接的通讯机构、地面工作站和安全监测模块，同时还设有地面辅助双频雷达。

优选的，通讯装置采用无线通讯模块，地面工作站用于接收用户输入的控制指令，并将控制指令通讯装置发送至控制器105，以使控制器105根据控制指令切换气球100的飞行模式，并对动力补偿组件102和点火器134进行相应控制；通讯装置在接收到通讯装置传输的实时环境数据(如气球100的内外压强、气球100内外压差等)、气球100的飞行状态信息(如气球100的经纬度、飞行高度、水平速度、上升速度及下降速度等)以及气球100的当前飞行模式后，向通讯装置反馈确认指令，即地面工作站接收到数据后会与通讯装置确认通讯状态。

通讯装置分别与数据采集装置103、地面工作站和控制器105相连，用于每隔预设时间间隔将采集的实时环境数据、气球100飞行状态数据以及飞行模式发送给地面工作站，并接收地面工作站的发送的控制指令和确认指令，并将接收到的控制指令发送至控制器105，以使控制器105根据控制指令切换气球100的飞行模式，从而对动力补偿组件102进行相应控制。换言之，即在通讯良好的情况下，空中球体设备可降级为人工控制飞行模式；在降级飞行模式下，可更改之前的自动控制指令，可通过地面工作站人工输入控制指令，并通过通讯装置传输至控制器105，以使控制器105执行该控制指令。

进一步优选的，上述的通讯装置可以优选为蜂窝移动通讯模块、WIFI通讯模块或卫星通讯模块中的至少一种无线通讯模块，从而可实现远距离通讯。

在降级飞行模式下，地面人工控制可以通过一个网页执行，无线通讯模块将气球100数据传送到地面接收端(即地面工作站)，地面接收端将数据传输到服务器的某一个端口，网页监听这个端口以获得气球100数据并进行整理，用户登录该网页即可查看气球100目前的运行状况。用户可以根据雷达信息和气球100实测信息通过控制螺旋桨对气球100的运动位置进行控制。

需要说明的是，地面接收到无线通讯模块的信号后要返回一个信号表示收到，当无线通讯模块较长时间内没有收到地面返回的信号时可认为与地面失去联系，则需要重新连接地面。

进一步优选的，安全监测模块可以为看门狗模块或延时模块，其分别与地面工作站和控制器105相连，用于监测控制器105的运行状态，并在控制器105出现异常或故障时，向地面工作站发送报警信号，并根据需要控制若干个侧向螺旋桨112各自或同时启动，从而迫使气球100着陆回收，保证空域安全。

需要说明的是，本实施例一的空中球体设备在组装完成后，根据工作要求、气球100本身参数、以及电源的寿命，设定具体降雨位置以及辅球体的自行爆炸高程；当气球100升空后，通过地面工作站即可了解气球100飞行状况；当实测的数据与雷达信息基本符合时通过控制器105控制点火器134启动，从而点燃内部装有碘化银(催化剂)的烟条124，以实施精确位置的人工降雨作业，待人工降雨完成后，控制器105驱动动力补偿组件102工作，从而带动气球100飞行至辅球体爆炸高程位置，通过爆掉辅球体，以保留主球体，从而实现主球体和其余零部件的快速回收。

具体的，本实施例一的系统在使用时采用如下步骤：

首先，在地面充好一大一小两个球体，将较大的作为主球体，较小的作为辅球体，并把空中球体设备的其他零部件依次组装在气球100底部；然后，在地面工作站的程序中写好控制程序，使其根据返回的压强，温度，湿度，高程等信息，自动控制空中球体设备在指定位置悬停；接着，在水平运动方面利用侧向螺旋桨112进行微调到适宜水平位置；根据地面ca/cu双频雷达测定的云层位置和返回的实时数据，通过控制动力补偿组件102带动气球100到达预定位置后，由控制器105控制点火器134启动，从而点燃碘化银烟条124，以进行人工增雨；在完成人工增雨作业后，按照事先计算好的辅球体爆炸高程，当辅球体到达预定高程时，通过回收自爆机构使辅球体自行爆炸，并通过动力补偿组件102驱动主球体带动其余零部件返回地面。

实施例二

本实施例二在实施例一所述的系统的基础上，提出了一种利用如上所述的系统进行人工降雨的方法，该方法包括：

S1、向地面工作台输入待降雨区域的预设环境数据，以计算待降雨区域的位置信息。

S2、根据待降雨区域的位置信息，控制器105分别控制动力补偿组件102的垂向螺旋桨122和侧向螺旋桨112的运动，以控制气球100飞行至待降雨区域后悬停在空中，其中，通过垂向螺旋桨122控制气球100升空、并控制气球100在空中的升降，通过各个侧向螺旋桨112分别控制气球100的飞行方向。

S3、通过数据采集装置103采集气球100内外的实时环境数据，并将实施环境数据通过控制器105传送至地面工作台。

S4、将实时环境数据与预设环境数据进行对比，根据对比的结果，控制器105控制人工降雨组件104向外释放用于人工降雨的催化剂，以实现人工降雨。

本实施例二的方法中，在步骤S4所述的人工降雨完成后，还包括：

S5、根据实施环境数据，计算气球100回收时球体的爆炸高程，以确定球体的预设爆炸位置。

S6、控制器105控制气球100飞行至预设爆炸位置时，控制器105控制气球100的至少一个球体爆炸。

综上所述，本实施例的用于人工降雨的智慧气球系统中，气球100包括主球体和至少一个辅球体，各个辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构；动力补偿组件102连接在气球100的底部，动力补偿组件102包括侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122，侧向螺旋桨112用于控制气球100的移动和飞行方向，垂向螺旋桨122用于控制气球100的飞行高度，在侧向螺旋桨112和垂向螺旋桨122的共同作用下，气球100能悬停在空中；数据采集装置103与动力补偿组件102连接；人工降雨组件104，悬置于动力补偿组件102的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂。该系统及方法利用垂向螺旋桨122的控制实现气球100的竖直方向的悬停，同时利用侧向螺旋桨112实现气球100飞行方向的改变，从而实现精确操控气球100的飞行姿态和飞行位置，实现气球100的空中悬停滞留，有效延长气球100的作业时间，并实现气球100的平稳精确的落地回收。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种用于人工降雨的智慧气球系统，其特征在于，包括：

气球，包括主球体和至少一个辅球体，各个所述辅球体均与主球体连接，且每个辅球体上分别设有回收自爆机构；

动力补偿组件，连接在所述气球的底部，所述动力补偿组件包括侧向螺旋桨和垂向螺旋桨，所述侧向螺旋桨用于控制所述气球的移动和飞行方向，所述垂向螺旋桨用于控制所述气球的飞行高度，以使所述气球能悬停在空中；

数据采集装置，与所述动力补偿组件连接；

人工降雨组件，悬置于所述动力补偿组件的底部，并携带有用于人工降雨的催化剂。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力补偿组件包括四组侧向螺旋桨和一组垂向螺旋桨，所述垂向螺旋桨的旋转轴竖直连接在所述气球的底部，且分别与各组所述侧向螺旋桨的旋转轴垂直连接，各组所述侧向螺旋桨的旋转轴之间相互垂直且均位于同一水平面上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置包括三轴陀螺仪、GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器，所述三轴陀螺仪分别与侧向螺旋桨和垂向螺旋桨连接，所述GPS传感器、温度传感器、湿度传感器、内置压强传感器和外置压强传感器分别与所述气球连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人工降雨组件包括内部装有催化剂的烟条，所述烟条通过牵引绳连接在所述动力补偿组件的底部。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述烟条的一侧设置有点火器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气球的底部设有充气阀门和放气阀门。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与动力补偿组件、数据采集装置和人工降雨组件连接，用于分别与所述动力补偿组件、数据采集装置和人工降雨组件之间进行数据和信号的交换，以接受数据并发送控制信号。

8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，还包括地面控制设备，所述地面控制设备包括分别与所述控制器连接的通讯机构、地面工作站和安全监测模块。

9.一种利用如权利要求1-8所述的系统进行人工降雨的方法，其特征在于，包括：

向地面工作台输入待降雨区域的预设环境数据，以计算所述待降雨区域的位置信息；

根据所述待降雨区域的位置信息，控制器分别控制动力补偿组件的垂向螺旋桨和侧向螺旋桨的运动，以控制所述气球飞行至所述待降雨区域后悬停在空中，其中，通过所述垂向螺旋桨控制气球升空、并控制所述气球在空中的升降，通过各个所述侧向螺旋桨分别控制所述气球的飞行方向；

通过数据采集装置采集所述气球内外的实时环境数据，并将所述实施环境数据通过控制器传送至地面工作台；

将所述实时环境数据与预设环境数据进行对比，根据所述对比的结果，所述控制器控制人工降雨组件向外释放用于人工降雨的催化剂，以实现人工降雨。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述人工降雨完成后，还包括：

根据实施环境数据，计算所述气球回收时球体的爆炸高程，以确定所述球体的预设爆炸位置；

所述控制器控制所述气球飞行至所述预设爆炸位置时，所述控制器控制所述气球的至少一个球体爆炸。