CN113466969B - 一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质 - Google Patents

一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质，该雨量监测方法包括：获取通信信号由雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的传播损耗；利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的空间损耗；利用传播损耗与空间损耗，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的雨衰损耗；对雨衰损耗进行处理，得到当前雨量值。通过上述方式，本申请能够精确、实时地监测雨量。

Description

一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质
技术领域
本申请涉及气象信息测量技术领域，具体涉及一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质。
背景技术
目前在测量雨量时通常采用雨量筒和量杯，雨量筒内装一个漏斗和量筒放置在户外以采集雨水，一般以天为单位，将雨量筒采集的雨水倒入量杯中，然后依据量杯的刻度来确定当天的降雨量，这种测量方式测量误差较大，也因雨量筒的容量带来量程受限的问题，同时也无法实现对雨量的实时测量。
发明内容
本申请提供一种雨量监测方法、接收设备、雨量监测系统和存储介质，能够精确、实时地监测雨量。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种雨量监测方法，该雨量监测方法包括：获取通信信号由雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的传播损耗；利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的空间损耗；利用传播损耗与空间损耗，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的雨衰损耗；对雨衰损耗进行处理，得到当前雨量值。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种雨量监测接收设备，包括互相连接的存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述技术方案中的雨量监测方法。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一技术方案是：提供一种雨量监测系统，包括雨量监测发送设备和雨量监测接收设备，雨量监测发送设备用于发送通信信号至雨量监测接收设备，雨量监测接收设备为上述技术方案中的雨量监测接收设备。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述技术方案中的雨量监测方法。
通过上述方案，本申请的有益效果是：先获取雨量监测发送设备将通信信号传输至雨量监测接收设备的整个传输过程造成的传播损耗，再利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，计算雨量监测发送设备将通信信号传输至雨量监测接收设备的整个传输过程造成的空间损耗；然后通过计算得到的传播损耗以及空间损耗进一步计算出雨衰损耗，再对雨衰损耗进行处理得到当前雨量值；由于通信信号的发送是实时的，本申请所提供的雨量监测方案能够实时测出因雨水导致的信号的衰减，从而计算出当前降雨量，相较于收集雨水通过量筒测量的方法，这种根据雨衰损耗来计算当前雨量的方案具有实时性，同时对雨量的监测更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。其中：
图1是本申请提供的雨量监测方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的雨量监测方法另一实施例的流程示意图；
图3是本申请中通信信号的衰减值与频率的曲线关系示意图；
图4是本申请提供的雨量监测接收设备一实施例的结构示意图；
图5是本申请提供的雨量监测系统一实施例的结构示意图；
图6是本申请提供的雨量监测系统另一实施例的结构示意图；
图7是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请所提供的雨量监测方法应用于雨量监测接收设备，雨量监测接收设备用于接收雨量监测发送设备发送的通信信号；具体地，雨量监测发送设备发送的通信信号可为毫米波信号，降雨对毫米波信号产生散射和吸收的影响，以使得毫米波信号在传输过程中产生雨衰损耗，故在雨量监测接收设备接收到衰减后的通信信号后，本申请采用应用于雨量监测接收设备的雨量监测方法，便可利用降雨产生的雨衰损耗来计算出当前的降雨量。
请参阅图1，图1是本申请提供的雨量监测方法一实施例的流程示意图，该雨量监测方法包括：
步骤11：获取通信信号由雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的传播损耗。
通信信号在传输过程中还会受到除降雨外的其他因素影响，例如：距离或环境等，使得通信信号的总能量向周围空间发生扩散而产生其他衰减损耗，为了计算通信信号在从雨量监测发送设备发送至雨量监测接收设备的传输过程中实际产生的雨衰损耗，需要先获取通信信号在传输过程中产生的所有衰减损耗，即传播损耗。
在一具体的实施例中，雨量监测接收设备可对接收到的通信信号的接收信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)进行实时计算，然后基于计算出的RSSI来得到当前的传播损耗。
步骤12：利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的空间损耗。
在获取到雨量监测发送设备将通信信号传输至雨量监测接收设备造成的传播损耗之后，再对通信信号在传播过程中产生的空间损耗进行计算，即通信信号在传输过程中除因降雨产生的雨衰损耗外的其他损耗，进而基于传播损耗以及空间损耗进一步计算出传播通信信号的过程中因降雨造成的雨衰损耗。
具体地，雨量监测接收设备可利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，然后根据相应的计算公式来计算得到传播通信信号的过程中产生的空间损耗。
进一步地，雨量监测发送设备发送的通信信号为毫米波信号，其通信频率可在30GHz～300GHz范围内，即雨量监测接收设备以及雨量监测发送设备使用的通信频率可设置在30GHz～300GHz范围内，具体频率可根据实际情况进行设置；雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离可设置为100m，具体距离可根据实际情况进行设置。
步骤13：利用传播损耗与空间损耗，计算通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备对应的雨衰损耗。
在计算得到传播损耗与空间损耗之后，可计算传播损耗与空间损耗的差值，即将通信信号在传输过程中产生的总的衰减损耗(即传播损耗)减去其他衰减损耗(即空间损耗)，便可计算得到通信信号从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备的传输过程中由于降雨产生的雨衰损耗。
步骤14：对雨衰损耗进行处理，得到当前雨量值。
在计算得到雨衰损耗后，可根据雨衰损耗计算出当前的雨量值，具体地，可设置相应的雨量计算公式，然后将雨衰损耗代入雨量计算公式中以计算得到当前雨量值，或者可利用雨衰损耗进行建模等其他方式推演得到当前雨量值。
在本实施例中，先获取雨量监测发送设备将通信信号传输至雨量监测接收设备的整个传输过程造成的传播损耗，再利用雨量监测接收设备使用的通信频率以及雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离，计算雨量监测发送设备将通信信号传输至雨量监测接收设备的整个传输过程造成的空间损耗；然后通过计算得到的传播损耗以及空间损耗进一步计算出雨衰损耗，再对雨衰损耗进行处理得到当前雨量值；由于通信信号的发送是实时的，本实施例可实时测得因降雨导致的信号的衰减，从而计算出当前雨量值，使得对雨量的监测具有实时性，同时这种根据雨衰损耗来计算当前雨量的方案可使得对雨量的监测更加准确。
请参阅图2，图2是本申请提供的雨量监测方法另一实施例的流程示意图，该雨量监测方法应用于雨量监测接收设备，雨量监测接收设备用于接收雨量监测发送设备发送的通信信号，该雨量监测方法包括：
步骤21：获取雨量监测发送设备发送的通信信号的等效全向辐射功率。
在本实施例中，可基于雨量监测发送设备发送的通信信号的等效全向辐射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)以及雨量监测接收设备接收到的通信信号的RSSI，来计算得到通信信号在从雨量监测发送设备传输至雨量监测接收设备的传输过程中产生的传播损耗。
在一具体的实施例中，雨量监测发送设备可将通信信号以及通信信号对应的参数信息(例如EIRP)打包发送至雨量监测接收设备中，以使得雨量监测接收设备直接获取雨量监测发送设备发送的通信信号的EIRP，即产生传播损耗之前的通信信号的原始EIRP，从而基于通信信号的原始EIRP进行下一步计算；或者，雨量监测接收设备可在接收到通信信号后，对该通信信号进行相应的计算，从而得到通信信号的原始EIRP。
步骤22：获取雨量监测接收设备接收到的通信信号的RSSI。
在获取到雨量监测发送设备发出的通信信号的EIRP之后，再获取雨量监测接收设备接收到的通信信号的RSSI，然后基于通信信号的EIRP以及RSSI进一步计算得到通信信号在从雨量监测发送设备传输到雨量监测接收设备的传输过程中产生的传播损耗；可以理解地，雨量监测接收设备可对接收到的通信信号进行相关的计算，以得到通信信号的RSSI。
步骤23：计算RSSI与EIRP的差值，得到传播损耗。
将雨量监测发送设备发送的通信信号的EIRP记作P0，将雨量监测接收设备接收到的通信信号的RSSI记作P1，传播损耗记作La，然后计算出P1与P0的差值(P1-P0)，该差值即为传播损耗La，即La＝P1-P0。
步骤24：对雨量监测接收设备使用的通信频率进行处理，得到第一数值。
通信信号在空气中传播过程中产生衰减的程度与通信信号的频率有关，由图3所示的通信信号的衰减值与频率的曲线关系示意图可知，在通信信号的频率在10GHz～100GHz范围内，通信信号的频率越高，衰减越明显，即总能量在传输过程中产生的衰减损耗越大，故本实施例为了获得较明显的雨衰现象，可取通信信号的频率为60GHz，即雨量监测接收设备使用的通信频率取为60GHz，从而保证在降雨时产生的雨衰损耗更加明显，提高雨量监测的灵敏度；可以理解地，在其他实施例中，通信频率可设置为70GHz或者80GHz，具体设置根据实际情况进行选择。
进一步地，将雨量监测接收设备使用的通信频率记作f，对通信频率f可进行对数运算处理，即第一数值为lg f。
步骤25：对雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离进行处理，得到第二数值。
将雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离记作d，可对距离d进行对数运算处理，即第二数值为lg d。
在一具体的实施例中，雨量监测发送设备可包括发送天线，雨量监测接收设备可包括接收天线，雨量监测发送设备与雨量监测接收设备之间的距离可根据天线(包括发送天线以及接收天线)之间的有效通信距离进行设置，例如，假设当前使用的天线之间的最大通信距离为120m，即在120m的距离之内接收天线可与发送天线能够正常通信，雨量监测接收设备可接收到雨量监测发送设备发送的通信信号，此时便可将距离设为110m或者在最大通信距离120m之内的其他距离。
步骤26：对第一数值、第二数值以及预设值进行加权求和，得到空间损耗。
将空间损耗记作Lf，预设值可设为92.4，采用如下公式对第一数值、第二数值以及预设值进行运算，得到空间损耗Lf：
Lf＝92.4+20*lg f+20*lg d (1)
将通信频率f、距离d代入上述计算公式(1)中，从而计算得到通信信号在传输过程中产生的空间损耗Lf，计算公式(1)中通信频率f的单位为GHz，距离d的单位为Km，将通信频率f、距离d进行对应的单位转换后，代入计算公式(1)中计算求得空间损耗Lf。
步骤27：计算空间损耗与传播损耗的差值，得到当前雨衰损耗。
将当前雨衰损耗记作Ls，在通过相应的计算处理得到传播损耗La以及空间损耗Lf之后，计算传播损耗La以及空间损耗Lf的差值(即La-Lf)，该差值即为当前雨衰损耗Ls，即Ls＝La-Lf。
步骤28：将雨衰损耗代入预设雨衰模型函数，计算出雨量值。
预设雨衰模型函数可为MATLAB提供的函数，可通过MATLAB中的rainpl()函数计算出当前雨量值，预设雨衰模型函数在MATLAB中的具体表达为：
LS＝rainpl(d，f，R) (2)
其中，Ls为雨衰损耗，d为距离，f为通信频率，R为雨量值。
进一步地，预设雨衰模型函数可根据以下计算公式(3)与计算公式(4)进行运算：
γ*R＝k*Rα (3)
其中，R为雨量值，k与α为与频率、信号路径仰角以及极化效应等相关的参数，联立计算公式(3)与计算公式(4)便可计算得到当前雨量值R。
在本实施例中，通过获取雨量监测发送设备发送的通信信号的EIRP以及雨量监测接收设备接收到的通信信号的RSSI来计算出通信信号的传播损耗，然后通过通信频率、雨量监测设备之间的距离以及预设值计算得到空间损耗，再计算传播损耗与空间损耗的差值得到雨衰损耗，最后将雨衰损耗代入预设雨衰模型函数中，计算出雨量值；本实施例通过实时计算出的空间损耗以及传播损耗，来计算得到实时的雨衰损耗，能够基于实时的雨衰损耗计算出实时的雨量值，并且通过预设雨衰模型函数对雨量值进行计算，使得雨量值的测量结果更加精确；此外，通过选择合适的通信频率，使得因降雨产生的雨衰损耗较明显，进一步提高雨量监测的灵敏度。
请参阅图4，图4是本申请提供的雨量监测接收设备一实施例的结构示意图，雨量监测接收设备40包括互相连接的存储器41和处理器42，存储器41用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器42执行时，用于实现上述技术方案中的雨量监测方法。
请参阅图5，图5是本申请提供的雨量监测系统一实施例的结构示意图，雨量监测系统50包括雨量监测发送设备51和雨量监测接收设备52，雨量监测发送设备51用于发送通信信号至雨量监测接收设备52，雨量监测接收设备52为上述技术方案中的雨量监测接收设备。
在一具体的实施例中，如图6所示，雨量监测系统50还包括后端设备53，其用于接收雨量监测接收设备52处理得到的当前雨量值；雨量监测接收设备52还包括：第一通信电路521、处理器522以及第二通信电路523。
第一通信电路521与处理器522连接，其用于将接收到的通信信号传输至处理器522，以使得处理器522对通信信号进行处理，得到当前雨量值；第二通信电路523与处理器522以及后端设备53连接，其用于接收当前雨量值，并将当前雨量值传输至后端设备53，以使得后端设备53获取到当前雨量值。
具体地，第一通信电路521可采用通信频率范围为57GHz～66GHz、采用802.11ad协议的芯片，从而保证较明显的雨衰损耗，使得雨量监测接收设备52对雨量的监测更加灵敏；同时其还可采用多天线波束成型技术，将通信信号的能量集中在一个小角度进行通信，以提高通信信号的使用效率，降低功耗；可以理解地，第一通信电路521采用的天线的数量可为8个，具体数量可根据实际情况进行设置。
可以理解地，雨量监测系统50可应用于气象检测、自动雨刷或者自动窗帘等领域，雨量监测系统50中的雨量监测发送设备51的具体结构可与雨量监测接收设备52相同，在此不再赘述。
请参阅图7，图7是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图，计算机可读存储介质70用于存储计算机程序71，计算机程序71在被处理器执行时，用于实现上述技术方案中的雨量监测方法。
计算机可读存储介质70可以是服务端、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种雨量监测方法，其特征在于，应用于雨量监测接收设备，所述雨量监测接收设备用于接收雨量监测发送设备发送的通信信号，所述雨量监测方法包括：
获取所述通信信号由所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的传播损耗；
利用所述雨量监测接收设备使用的通信频率以及所述雨量监测发送设备与所述雨量监测接收设备之间的距离，计算所述通信信号从所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的空间损耗；
利用所述传播损耗与所述空间损耗，计算所述通信信号从所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的雨衰损耗；
将所述雨衰损耗代入预设雨衰模型函数，计算出雨量值；其中，所述预设雨衰模型函数为γ*R＝k*Rα和R为雨量值、k与α为与频率、信号路径仰角以及极化效应等相关的参数、d为距离、f为通信频率。
2.根据权利要求1所述的雨量监测方法，其特征在于，所述利用所述传播损耗与所述空间损耗，计算所述通信信号从所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的雨衰损耗的步骤，包括：
计算所述空间损耗与所述传播损耗的差值，得到所述雨衰损耗。
3.根据权利要求1所述的雨量监测方法，其特征在于，所述获取所述通信信号从所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的传播损耗的步骤之前，包括：
获取所述雨量监测发送设备发送的所述通信信号的等效全向辐射功率；
获取所述雨量监测接收设备接收到的所述通信信号的接收信号强度。
4.根据权利要求3所述的雨量监测方法，其特征在于，所述获取所述通信信号从所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的传播损耗的步骤，包括：
计算所述接收信号强度与所述等效全向辐射功率的差值，得到所述传播损耗。
5.根据权利要求1所述的雨量监测方法，其特征在于，所述利用所述雨量监测接收设备使用的通信频率以及所述雨量监测发送设备与所述雨量监测接收设备之间的距离，计算所述通信信号由所述雨量监测发送设备传输至所述雨量监测接收设备对应的空间损耗的步骤，包括：
对所述通信频率进行处理，得到第一数值；
对所述距离进行处理，得到第二数值；
对所述第一数值、所述第二数值以及预设值进行加权求和，得到所述空间损耗。
6.一种雨量监测接收设备，其特征在于，包括互相连接的存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，用于实现权利要求1-5中任一项所述的雨量监测方法。
7.一种雨量监测系统，其特征在于，包括雨量监测发送设备和雨量监测接收设备，所述雨量监测发送设备用于发送通信信号至所述雨量监测接收设备，所述雨量监测接收设备为权利要求6所述的雨量监测接收设备。
8.根据权利要求7所述的雨量监测系统，其特征在于，所述雨量监测系统还包括后端设备，所述雨量监测接收设备还包括：
第一通信电路，与处理器连接，用于将接收到的所述通信信号传输至所述处理器，以使得所述处理器对所述通信信号进行处理，得到当前雨量值；
第二通信电路，与所述处理器以及所述后端设备连接，用于接收所述当前雨量值，并将所述当前雨量值传输至所述后端设备，以使得所述后端设备获取到所述当前雨量值。
9.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，用于实现权利要求1-5中任一项所述的雨量监测方法。
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