CN109613630A - 大气电场实时监控报警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大气电场实时监控报警系统，该系统包括采集装置、处理装置、报警装置，采集装置和报警装置均与处理装置连接；处理装置基于Windows操作系统框架，包括电场数据报警特征检索单元、报警发送单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元、无监督学习单元、有监督学习单元以及在运行中动态建立的层次结构数据库；处理装置运行有条件的若干循环进程，每个进程运行中访问无监督学习单元或有监督学习单元及其对应的层次结构数据库，电场数据输入单元、电场数据报警特征检索单元、报警发送单元之间依次连接，电场数据输入单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元之间也依次连接；无监督学习单元、有监督学习单元分别与电场数据管理单元连接。

Description

大气电场实时监控报警系统
技术领域
本发明涉及雷电预警领域，尤其是一种功能多样的大气电场实时监控报警系统。
背景技术
电场监测预警系统可用于常规气象业务预报、森林雷击火预警、航空航天保障和电力系统安全等服务；也可以为建筑施工、工厂、油库、旅游景点、体育场、娱乐场和矿区等重要场所提供短时雷暴监测和预报，比如AEFI型大气电场仪基于高精度磨盘式感应原理设计，数据采集和处理单元全部集成在传感器探头内部，中心站软件可同时显示闪电和电场变化情况，通过有线或无线通信模块传输数据，建立AEFI电场监测预警系统，可以对大气电场进行实时监测，在闪电即将发生之前发出警报，提醒用户采取应对措施。
然而，类似的电场监测预警系统依然存在一些缺陷，比如上述的电场监测预警系统仅仅依靠简单的原理预测和有限的数据经验进行雷电预警的预估，这种预估方式准确性基于有限的经验的所以比较低，另外雷电的活动范围一般是有特殊性的，比如个别地区或者个别条件下雷电活动比较频繁，现有的预警系统都是均衡对待不能做到重点把握，总体上预警效率和准确性都比较低。
发明内容
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明包括：包括采集装置、处理装置、报警装置，采集装置和报警装置均与处理装置连接；所述的采用装置用于采集电场数据，所述的报警装置用于输出报警信息；
其中的，处理装置，基于Windows操作系统框架，处理装置包括用于将电场数据输入到电场数据报警特征检索单元的电场数据输入单元、用于检索电场数据并确定报警类型以及报警信息的电场数据报警特征检索单元、用于发送报警信息到报警装置的报警发送单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元、无监督学习单元、有监督学习单元以及在运行中动态建立的层次结构数据库；处理装置运行有条件的若干循环进程，每个进程运行中访问无监督学习单元或有监督学习单元及其对应的层次结构数据库，电场数据输入单元、电场数据报警特征检索单元、报警发送单元之间依次连接，电场数据输入单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元之间也依次连接，无监督学习单元、有监督学习单元分别与电场数据管理单元连接，在进程运行中动态建立的层次结构数据库分别与无监督学习单元、有监督学习单元进行连接和交互；
其中，
所述电场数据分类单元，用于将电场数据分类为M个子数据集合；
所述电场数据管理单元，用于将学习电场数据划分为与所述M个子数据集合各自的电场数据变量对应的M个学习子数据；
所述无监督学习单元，用于对层次结构数据库进行无监督学习；用于M个学习子数据分别对各自对应的子集所对应的一个层次结构数据库进行无监督学习，并获得每个学习子数据对应的顶层特征；将所述M个层次结构数据库的所有顶层特征数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据，对该下一个进程层次结构数据库进行无监督学习；
所述有监督学习单元，用于对层次结构数据库进行有监督学习；用于对一个层次结构数据库进行有监督学习；将学习数据中与数据子集各自的数据变量对应的数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据并对下一个进程层次结构数据库进行有监督学习。
进一步，所述层次结构数据库包括神经网络结构数据库。
所述处理装置，基于修改的Windows操作系统框架，处理装置包括处理器、主存储器、主存储器备件、外存储器及接口总线、外存储器备件及接口总线、公用主板、时钟切换开关，处理器电性连接公用主板，处理器还通过时钟切换开关电性连接主存储器、主存储器备件，其中主存储器电性连接外存储器及接口总线，主存储器备件电性连接外存储器备件及接口总线，时钟切换开关由时钟控制进行分时模式并用于切换处理器与主存储器的连接或处理器与主存储器备件的连接。
进一步，所述的报警装置包括扬声器。
进一步，所述的报警装置包括显示器。
所述采集装置包括依次电性连接的传感电路、检测电路和无线传输电路，传感电路包括电机，电机上设置电容，检测电路包括电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机，电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机之间依次电性连接，电容上的电流信号接电压电流转换的反相输入端，滤波放大电路为带通滤波器。
进一步，所述的无线传输电路是zibee模块。
本发明的有益效果是，本发明总体提高监控报警系统的效率和报警准确性；细节上有：在电场数据处理上，以动态的进程不管优化报警特征的标准，提高报警的效率和准确性克服了有限经验的缺陷；在电场数据的物理存储与管理上，可以将特定时段、特定地区、特定条件的数据静态地存储和管理在一个主存储器备件并且通过外存储器备件及接口总线输入电场数据，时钟切换开关被按照优先级和预设时间用于处理器与主存储器或主存储器备件的排他性通信，这样就可以在物理硬件上将特定时段、特定地区、特定条件的数据优选处理或特别滞后处理，可以针对性地提高数据处理的效率，并具有明显的效果。
附图说明
图1是本发明实施例的框架示意图。
图2是本发明实施演示示意图。
图3是本发明处理装置实施例的框架示意图。
图4是本发明处理装置进程运行中实施例的框架示意图。
图5是本发明处理装置实施例的电路连接示意图。
图6是本发明采集装置第一个实施例的电路连接示意图。
图7是本发明采集装置第二个实施例的爆炸结构示意图。
具体实施方式
首先本发明中描述的“连接”，可以是基于软件模块调用的逻辑连接，也可以是电学连接也可以是基于网络传输协议的连接。
如图1和2所示，本发明包括采集装置、处理装置、报警装置，采集装置和报警装置均与处理装置连接；所述的采用装置用于采集电场数据，所述的报警装置用于输出报警信息；其中的，处理装置，基于Windows操作系统框架，如图3和图4所示，处理装置包括用于将电场数据输入到电场数据报警特征检索单元的电场数据输入单元、用于检索电场数据并确定报警类型以及报警信息的电场数据报警特征检索单元、用于发送报警信息到报警装置的报警发送单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元、无监督学习单元、有监督学习单元以及在运行中动态建立的层次结构数据库；处理装置运行有条件的若干循环进程，每个进程运行中访问无监督学习单元或有监督学习单元及其对应的层次结构数据库，再如图3和图4所示，电场数据输入单元、电场数据报警特征检索单元、报警发送单元之间依次连接，电场数据输入单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元之间也依次连接，无监督学习单元、有监督学习单元分别与电场数据管理单元连接，在进程运行中动态建立的层次结构数据库分别与无监督学习单元、有监督学习单元进行连接和交互。
其中，
所述电场数据分类单元，用于将电场数据分类为M个子数据集合。
所述电场数据管理单元，用于将学习电场数据划分为与所述M个子数据集合各自的电场数据变量对应的M个学习子数据。
所述无监督学习单元，用于对层次结构数据库进行无监督学习；用于M个学习子数据分别对各自对应的子集所对应的一个层次结构数据库进行无监督学习，并获得每个学习子数据对应的顶层特征；将所述M个层次结构数据库的所有顶层特征数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据，对该下一个进程层次结构数据库进行无监督学习。
所述有监督学习单元，用于对层次结构数据库进行有监督学习；用于对一个层次结构数据库进行有监督学习；将学习数据中与数据子集各自的数据变量对应的数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据并对下一个进程层次结构数据库进行有监督学习。
具体地，所述层次结构数据库包括神经网络结构数据库。
实施中，在电场数据处理上，上述的有监督学习和无监督学习以动态的进程不管优化报警特征的标准，通过优化报警特征的标准，检索电场数据并确定报警类型以及报警信息的电场数据报警特征检索单元既可以提高检索的准确性和效率。总体提高监控报警系统的效率和报警准确性。
所述处理装置，基于修改的Windows操作系统框架，如图5所示，处理装置包括处理器、主存储器、主存储器备件、外存储器及接口总线、外存储器备件及接口总线、公用主板、时钟切换开关，处理器电性连接公用主板，处理器还通过时钟切换开关电性连接主存储器、主存储器备件，其中主存储器电性连接外存储器及接口总线，主存储器备件电性连接外存储器备件及接口总线，时钟切换开关由时钟控制进行分时模式并用于切换处理器与主存储器的连接或处理器与主存储器备件的连接。
实施中，将特定时段、特定地区、特定条件的数据静态地存储和管理在主存储器备件并且通过外存储器备件及接口总线输入电场数据，时钟切换开关被按照优先级和预设时间用于处理器与主存储器或主存储器备件的排他性通信。
具体地，所述的报警装置包括扬声器。
或具体地，所述的报警装置包括显示器。
如图6所示，所述采集装置的第一个实施例，包括依次电性连接的传感电路、检测电路和无线传输电路，传感电路包括电机，电机上设置电容，检测电路包括电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机，电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机之间依次电性连接，电容上的电流信号接电压电流转换的反相输入端，滤波放大电路为带通滤波器。
具体是，所述的无线传输电路是zibee模块。
具体实施中，具体实施中对于采集装置、处理装置、报警装置可以采取C/S结构的网络应用，其中的采集装置或报警装置为终端(客户端)，处理装置为主机(服务器端)，主机与终端之间通过TCP协议作为传输服务作为一种可选方案也可以采用UDP传输协议。
具体实施中，对于采集装置，电容上的电流信号接电压电流转换的反相输入端，利用电机带动电容匀速转动切割大气电场产生电信号，电容表面产生的电信号进行转换后，把微弱的电流信号转化为电压信号，再通过滤波放大电路滤噪，在电容转动的时候，电压的变化不明显，电路进行二级放大，对电压信号再放大倍；单片机，对滤波放大后的模拟电压信号进行模数转换，无线传输电路可以是zibee模块，数模转换后的数据通过zibee模块进行无线传输到处理装置的通信接口。
具体实施中，采集装置如图7所示在第二个种实施方式中，包括：静电场信号初次感应面2、设置于该静电场信号初次感应面2之下的静电场信号二次感应面4，以及连接该静电场信号二次感应面4的采样模块7。其中，所述的静电场信号初次感应面2为铝浇筑球体感应面。采集装置还包括磁场信号探测天线3和腔体6，所述的信号探测天线3设置于所述的静电场信号初次感应面2与所述的腔体6之间，所述的静电场信号二次感应面4设置于所述的静电场信号初次感应面2与所述磁场信号探测天线3围成的封闭空间内，所述的采样模块7设置于所述的腔体6内。所述的磁场信号探测天线3通过绝缘连接件5固定连接于所述腔体6的顶部。所述的采样模块7包括相互连接的采样单元、通信单元和电源单元，所述的采样单元7还连接所述的静电场信号二次感应面4。采集装置还包括固定底座8，所述的固定底座8固定于所述腔体6的底部。所述的固定底座8上设置有外部设备连接端口，所述的通信单元和电源单元分别连接所述的外部设备连接端口。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，包括采集装置、处理装置、报警装置，采集装置和报警装置均与处理装置连接；所述的采用装置用于采集电场数据，所述的报警装置用于输出报警信息；
其中的，处理装置，基于Windows操作系统框架，处理装置包括用于将电场数据输入到电场数据报警特征检索单元的电场数据输入单元、用于检索电场数据并确定报警类型以及报警信息的电场数据报警特征检索单元、用于发送报警信息到报警装置的报警发送单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元、无监督学习单元、有监督学习单元以及在运行中动态建立的层次结构数据库；处理装置运行有条件的若干循环进程，每个进程运行中访问无监督学习单元或有监督学习单元及其对应的层次结构数据库，电场数据输入单元、电场数据报警特征检索单元、报警发送单元之间依次连接，电场数据输入单元、电场数据分类单元、电场数据管理单元之间也依次连接，无监督学习单元、有监督学习单元分别与电场数据管理单元连接，在进程运行中动态建立的层次结构数据库分别与无监督学习单元、有监督学习单元进行连接和交互；
其中，
所述电场数据分类单元，用于将电场数据分类为M个子数据集合；
所述电场数据管理单元，用于将学习电场数据划分为与所述M个子数据集合各自的电场数据变量对应的M个学习子数据；
所述无监督学习单元，用于对层次结构数据库进行无监督学习；用于M个学习子数据分别对各自对应的子集所对应的一个层次结构数据库进行无监督学习，并获得每个学习子数据对应的顶层特征；将所述M个层次结构数据库的所有顶层特征数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据，对该下一个进程层次结构数据库进行无监督学习；
所述有监督学习单元，用于对层次结构数据库进行有监督学习；用于对一个层次结构数据库进行有监督学习；将学习数据中与数据子集各自的数据变量对应的数据作为下一个进程层次结构数据库的学习数据并对下一个进程层次结构数据库进行有监督学习。
2.根据权利要求1所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述层次结构数据库包括神经网络结构数据库。
3.根据权利要求2或1所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述处理装置，基于修改的Windows操作系统框架，包括处理器、主存储器、主存储器备件、外存储器及接口总线、外存储器备件及接口总线、公用主板、时钟切换开关，处理器电性连接公用主板，处理器还通过时钟切换开关电性连接主存储器、主存储器备件，其中主存储器电性连接外存储器及接口总线，主存储器备件电性连接外存储器备件及接口总线，时钟切换开关由时钟控制进行分时模式并用于切换处理器与主存储器的连接或处理器与主存储器备件的连接。
4.根据权利要求1所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述的报警装置包括扬声器。
5.根据权利要求1所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述的报警装置包括显示器。
6.根据权利要求1所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述采集装置包括依次电性连接的传感电路、检测电路和无线传输电路，传感电路包括电机，电机上设置电容，检测电路包括电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机，电压转换电流电路、滤波放大电路、单片机之间依次电性连接，电容上的电流信号接电压电流转换的反相输入端，滤波放大电路为带通滤波器。
7.根据权利要求6所述的一种大气电场实时监控报警系统，其特征在于，所述的无线传输电路是zibee模块。
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