CN111504380A - 一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地理环境信息监测领域，公开了一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，包括云服务器和若干个支架，支架设有网络通信模块、监测模块、照明系统以及对网络通信模块、监测模块和照明系统进行供电的供电模块；供电模块包括风力发电系统、太阳能电池板和可充电电源；网络通信模块包括5G信号基站；监测模块通过5G信号基站与云服务器相连。本发明可通过太阳能电池板和风力发电系统将太阳能和风能转化为可充电电池的化学能进行储备，并利用电池的电能为本发明中所搭载的各个传感器以及各设备进行供电，本发明通过5G信号基站能够进行实时通讯，获取信息和处理数据的效率高，对多变环境适应性强，且具备区域巡逻监视的能力。

Description

一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统
技术领域
本发明涉及地理环境信息监测领域，尤其涉及一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统。
背景技术
随着中国工业化进程的加快，人口增长、经济发展和环境资源之间的矛盾也在不断变化。但是由于我国环境工程相关的项目和工作起步相对较晚，在环境监测信息化建设方面仍有较大的发展空间。先进的地理环境信息监测手段和信息技术对于实现上述矛盾有着重要的意义，地理信息系统(GIS)技术的出现为人们监测环境提供了一条捷径。随着通信设备，监测系统以及计算机性能的不断发展，使得GIS技术在环境、测绘等领域获得了较为广泛的应用，技术应用深度不断拓宽。通过建立立体、丰富的环境数据信息，利用处理中心对信息进行提取和数据分析，使得能够对于多元环境进行科学管理，并可增强用于农业耕种，灾难预测，气候环境变化监测等方面的实用性。
目前现有的地理环境信息监测系统不具备全天候的持续工作能力，同时依赖单一能源供给的地理环境信息系统也会存在对多变环境适应性不足的问题。此外，现存的地理环境信息系统，往往只能针对固定地点的指定区域进行监测，并不具备区域巡逻监视的能力。最后，现存的地理环境信息系统也不具备和外界实时通讯的能力，一定程度上限制了对于信息获取和处理的时效性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，从而解决现有技术中的上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，包括云服务器和若干个相隔预设距离的支架(1)，支架(1)设有网络通信模块、监测模块、照明系统 (5)以及对网络通信模块、监测模块和所述照明系统(5)进行供电的供电模块；供电模块包括风力发电系统(4)、至少一个太阳能电池板(7)和可充电电源(10)；监测模块包括雨量传感器(2)、摄像系统(6)、无人机监测系统(8)、空气温度湿度监测系统(9)和土壤环境监测系统(11)；网络通信模块包括5G信号基站(3)；监测模块通过5G信号基站(3)与云服务器相连。
进一步的，雨量传感器(2)位于支架(1)的顶端；5G信号基站(3)位于雨量传感器(2)的下端；风力发电系统(4)位于支架(1)的中上部、并且位于5G信号基站(3)和照明系统(5)之间；太阳能电池板(7)位于支架(1)的中部，无人机监测系统(8)位于太阳能电池板(7)的下方；可充电电源(10)位于支架(1)的底端。
进一步的，无人机监测系统(8)包括用于获取地理环境遥感影像的无人机 (8A)以及无人机停靠平台(8B)，无人机停靠平台(8B)能够通过无线充电技术为无人机(8A)进行充电，无人机停靠平台(8B)通过悬臂梁与支架(1)相连。
进一步的，无人机(8A)设有无线充电接收模块，无人机停靠平台(8B)设有与无人机(8A)的无线充电接收模块相匹配的无线充电发射模块。
进一步的，无人机(8A)设有通信模块，通信模块用于获取无人机停靠平台 (8B)信息、并与无人机停靠平台(8B)进行通信。
进一步的，风力发电系统(4)和太阳能电池板(7)分别通过风光互补控制器与可充电电源(10)相连。
进一步的，土壤环境监测系统(11)包括土壤监测传感器(11A)和刚性伸杆 (11B)，土壤监测传感器(11A)通过刚性伸杆(11B)与支架(1)连接。
刚性伸杆(11B)使土壤监测传感器(11A)远离可充电电源，避免受到影响。
进一步的，风力发电系统(4)、照明系统(5)和摄像系统(6)分别位于支架(1) 上不同的水平平面，且风力发电系统(4)位于照明系统(5)的上方。
风力发电系统(4)、照明系统(5)和摄像系统(6)位于支架上不同的水平平面，防止互相干涉。
进一步的，摄像系统(6)具有两个方向的旋转自由度，两个方向分别水平方向和竖直方向，摄像系统(6)用于监测指定区域内的地理环境。
进一步的，土壤监测传感器(11A)包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器、土壤墒情传感器和/或土壤盐分传感器。
本发明的有益效果是：本发明可通过太阳能电池板和风力发电系统将太阳能和风能转化为可充电电池的化学能进行储备，并利用电池的电能为本发明中所搭载的各个传感器以及各设备进行供电，通过本发明能够对指定监测区域的降雨量信息、土壤温度湿度信息、空气温度湿度信息、指定位置的图像和视频信息进行监测，同时利用本发明中的无人机监测系统，能够对支架所部署环境附近一定范围内的地理环境信息数据进行采集，扩大监测面。此外，监测模块获得的信息能够通过5G信号基站进行实时通讯，将数据传递给云服务器，从而利用云服务器对指定监测区域的地理环境信息进行整合及分析。本发明对于信息获取和处理的效率高，对多变环境适应性强，且具备区域巡逻监视的能力。
附图说明
图1为本实施例一提供的支架结构示意图。
图2为本实施例一提供的无人机监测系统中无人机飞行过程示意图。
图3为本实施例一提供的供电模块进行充电或供电时的示意图。
1、支架，2、雨量传感器，3、5G信号基站，4、风力发电系统，5、照明系统，6、摄像系统，7、太阳能电池板，8、无人机监测系统，8A、无人机，8B、无人机停靠平台，9、空气温度湿度监测系统，10、可充电电源，11A、土壤监测传感器，11B、刚性伸杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，本发明的说明书及权利要求书的术语“包括”和“和/或”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。
实施例一，一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，包括云服务器和若干个相隔预设距离的支架1。如图1所示，支架1设有网络通信模块、监测模块、照明系统5以及对网络通信模块、监测模块和照明系统5进行供电的供电模块。照明系统5拓展了监测的使用时段，保证了在夜晚或光线不足的情况下的监测效果。供电模块包括风力发电系统4、两个太阳能电池板7和可充电电源10；监测模块包括雨量传感器2、摄像系统6、无人机监测系统8、空气温度湿度监测系统9和土壤环境监测系统11。摄像系统6具有两个方向的旋转自由度，两个方向分别水平方向和竖直方向，摄像系统6用于监测指定区域内的地理环境，从不同的角度对指定监测区域进行实时图像传输和监控，有利于对指定监测区域的综合分析。空气温度湿度传感器9用于测量地理环境的温度和湿度，并将温度和湿度转换为可输出的信号。土壤环境监测系统11包括土壤监测传感器11A和刚性伸杆11B，土壤监测传感器11A通过刚性伸杆11B与支架1 连接。刚性伸杆11B使土壤监测传感器11A远离可充电电源，避免受到影响。土壤监测传感器11A包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器、土壤墒情传感器和/或土壤盐分传感器。
网络通信模块包括5G信号基站3；监测模块通过5G信号基站3与云服务器相连。5G信号基站3将数据回传给云服务器，起到了实时通讯的作用。
雨量传感器2位于支架1的顶端，雨量传感器2可对地理环境信息监测系统指定监测区域进行设定时间段的降雨量测量。5G信号基站3位于雨量传感器 2的下端；风力发电系统4位于支架1的中上部、并且位于5G信号基站3和照明系统5之间。如图1所示，风力发电系统4设有若干个叶片，风力发电系统4 位于照明系统5的上方，摄像系统6位于照明系统5的左下方，风力发电系统4、照明系统5和摄像系统6分别位于支架1上不同的水平平面，防止互相干涉。支架1中部的两侧均设置有太阳能电池板7。无人机监测系统8位于太阳能电池板7的下方；可充电电源(10)位于支架1的底端。
如图3所示，无人机监测系统8包括用于获取地理环境遥感影像的无人机 8A以及无人机停靠平台8B，无人机停靠平台8B能够通过无线充电技术为无人机8A进行充电，无人机8A与无人机停靠平台8B之间通过磁场传输能量。无人机停靠平台8B通过悬臂梁与支架1相连。无人机停靠平台8B不仅能够作为无人机8A的停靠平台，同时也通过无线充电技术为无人机8A进行充电。
无人机8A设有无线充电接收模块，无人机停靠平台8B设有与无人机8A的无线充电接收模块相匹配的无线充电发射模块。无人机8A设有通信模块，通信模块用于获取无人机停靠平台8B信息、并与无人机停靠平台8B进行通信。无人机8A上设有若干个无人机传感器，传感器包括视觉传感器和温度湿度传感器。无人机8A不仅可以获取地理环境遥感影像，而且还可以获取空气湿度温度。
无人机监测系统8极大地扩展了所部署的地理环境信息系统的监测范围，如图3所示，无人机监测系统8与指定监控区域形成了互补，更有助于技术人员获取大范围区域内的地理监测信息。通过无人机监测系统8可以进一步拓宽本发明的应用空间限制，利用无人机一方面能够进行较远距离的侦查，另一方面无人机所搭载的视觉传感器、温度湿度传感器等传感器也扩展了地理环境信息监测系统的工作范围，更加完整充分的数据能够对指定区域进行更加立体和完整的研究和分析。
如图2所示，风力发电系统4和太阳能电池板7分别通过风光互补控制器与可充电电源10相连。风力发电系统4和太阳能电池板7能够将环境能量转化为可充电电源的电池的化学能量，利用可充电电源为雨量传感器2、5G信号基站3、照明系统5、摄像系统6、无人机监测系统8、空气温度湿度监测系统9 和土壤环境监测系统11进行供电，保证地理环境信息系统全天候监测。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
(1)能够对指定监测区域的地理环境信息进行收集和处理，地理环境信息包括降水量、土壤的温度和湿度、空气的温度和湿度、当地风速、监测区域的图片和实时视频信息等数据，并通过5G信号基站将数据传递给云服务器，进而通过云服务器进行信息数据处理，对指定监测区域的地理环境信息进行整合及分析，本发明也适用于农业耕种、灾难预测，气候变化监测等领域；
(2)本发明为风能、太阳能及可充电电池的多种能源技术系统，通过采用多种能源进行供电极大地拓展了本发明的使用场景和条件，在自然能量充足的情况下，利用风力发电系统和太阳能电池板可为可充电电源的电池充电，一方面保证了一般使用情况下的各传感器和设备的供电需求，同时也解决了在阴天、夜晚或风力不足场景下的正常工作问题；
(3)通过照明系统能够保证即使在晚上也能对指定监测区域进行持续不断的视频监测，并方便工作人员对出现的情况进行及时判断和处理；
(4)通过无人机监测系统可以进一步拓宽本发明的应用空间限制，利用无人机一方面能够进行较远距离的侦查，另一方面无人机所搭载的视觉、温度湿度等传感器也扩展了地理检测系统的工作范围，获取的数据更加完整充分，通过本发明对指定监测区域能够进行更加立体和完整的研究分析。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，包括云服务器和若干个相隔预设距离的支架(1)，所述支架(1)设有网络通信模块、监测模块、照明系统(5)以及对所述网络通信模块、所述监测模块和所述照明系统(5)进行供电的供电模块；所述供电模块包括风力发电系统(4)、至少一个太阳能电池板(7)和可充电电源(10)；所述监测模块包括雨量传感器(2)、摄像系统(6)、无人机监测系统(8)、空气温度湿度监测系统(9)和土壤环境监测系统(11)；所述网络通信模块包括5G信号基站(3)；所述监测模块通过所述5G信号基站(3)与所述云服务器相连。
2.根据权利要求1所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述雨量传感器(2)位于所述支架(1)的顶端；所述5G信号基站(3)位于所述雨量传感器(2)的下端；所述风力发电系统(4)位于支架(1)的中上部、并且位于所述5G信号基站(3)和所述照明系统(5)之间；所述太阳能电池板(7)位于所述支架(1)的中部，所述无人机监测系统(8)位于所述太阳能电池板(7)的下方；所述可充电电源(10)位于所述支架(1)的底端。
3.根据权利要求1或2所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述无人机监测系统(8)包括用于获取地理环境遥感影像的无人机(8A)以及无人机停靠平台(8B)，所述无人机停靠平台(8B)能够通过无线充电技术为无人机(8A)进行充电，所述无人机停靠平台(8B)通过悬臂梁与所述支架(1)相连。
4.根据权利要求3所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述无人机(8A)设有无线充电接收模块，所述无人机停靠平台(8B)设有与所述无人机(8A)的无线充电接收模块相匹配的无线充电发射模块。
5.根据权利要求4所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述无人机(8A)设有通信模块，所述通信模块用于获取无人机停靠平台(8B)信息、并与无人机停靠平台(8B)进行通信。
6.根据权利要求1或5所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述风力发电系统(4)和所述太阳能电池板(7)分别通过风光互补控制器与所述可充电电源(10)相连。
7.根据权利要求6所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述土壤环境监测系统(11)包括土壤监测传感器(11A)和刚性伸杆(11B)，所述土壤监测传感器(11A)通过所述刚性伸杆(11B)与所述支架(1)连接。
8.根据权利要求7所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述风力发电系统(4)、所述照明系统(5)和所述摄像系统(6)分别位于所述支架(1)上不同的水平平面，且所述风力发电系统(4)位于所述照明系统(5)的上方。
9.根据权利要求1或8所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述摄像系统(6)具有两个方向的旋转自由度，所述两个方向分别水平方向和竖直方向，所述摄像系统(6)用于监测指定区域内的地理环境。
10.根据权利要求7所述的基于风光互补发电的地理环境信息监测系统，其特征在于，所述土壤监测传感器(11A)包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器、土壤墒情传感器和/或土壤盐分传感器。
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