CN114049755A - 一种环境测试系统和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境测试系统和测试方法，该系统包括有源系统和无源系统，有源系统的环境信号单元采集周边环境数据，无线信号单元向空中发射高频无线电信号，传输后经过无源系统的信号反射单元反射，继续传输并被无线信号单元接收，经过检波模块处理后转化为数字信号，数字信号和周边环境数据一起传输给处理器单元，经过与预设环境条件数据比较，确定实时环境状态，进一步计算出各种气象环境状态下对应的气象数据量化值，包括空气中的降雨、降雪量及雾、霾、沙尘的浓度值等。

Description

一种环境测试系统和测试方法

技术领域

本申请涉及气象和水文领域，具体地涉及一种环境测试系统和测试方法。

背景技术

降雨、降雪、降雾、降霾和沙尘暴都是重要的气象要素，这些气象量化值的观测无论是对于气象、水文、海洋、环境的观测，还是对航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。雨量计是观测降水量的重要仪器，它的准确度直接关系到所测量数据的可靠性，特别在抗洪防涝、人工降雨的效果检验和气象科研方面，其测量的准确度显得尤为重要。

发明内容

技术问题

降雨的测量，目前主要采用翻斗式雨量计，翻斗式雨量计使用时需要经常清理接水口，防止树叶或其它杂物掉落后堵住接水口，影响测量。另外，翻斗式雨量计是依靠翻斗部件来转动的，太大雨量会导致来不及翻转，或者翻转频率太快导致每次雨水倾倒不彻底，雨量太小，部件翻转又可能不灵活。由于这些因素的存在，导致翻斗式雨量计的使用存在一定的局限性，同时也存在着较大的误差，数据不准确。

测量降雪量时，需要先将雪进行融化，然后通过雨量计来实现降雪量的测量。

环境中雾、霾、沙尘暴的含量测量，目前都是采用专门的独立仪器来分别完成。先由仪器收集部分空气，通过内部的过滤膜来采样进行分析处理，最后得到相应的含量值。

如果要完成上述所有的雨、雪、雾、霾、沙尘等的实时气象信息的完整测量，现有方案就需要至少四套以上的独立设备才能完成，对于系统成本和工程安装都造成非常大的压力。

技术方案

为解决现有实时气象数据测试方案的不完整性，本发明提出了一种环境测试系统和测试方法，可以实现低成本、高精度、实时性、易操作的完成各项气象信息数据的测量。

第一方面，本发明提出的一种环境测试系统，包括：有源系统、无源系统；所述有源系统，包括环境信号单元、处理器单元、无线信号单元；所述环境信号单元，与所述处理器单元连接，用于采集周边环境数据；所述处理器单元，用于处理和接收所述环境信号单元及所述无线信号单元传输的数据，并与外部控制中心进行通讯；所述无线信号单元，与所述处理器单元连接，用于产生第一无线电信号、接收第三无线电信号，并转换为数字信号；所述无源系统，包括信号反射单元，用于反射空中传输的第二无线电信号。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的一种环境测试系统中，所述无线信号单元包括：无线发射模组、开关模组、无线接收模组、主天线、检波模组；所述无线发射模组产生无线电信号，通过所述开关模组后进入所述主天线，作为所述第一无线电信号发射出去，经过空中传输后作为所述第二无线电信号到达所述信号反射单元，经过反射后继续传输，作为所述第三无线电信号达到所述主天线；所述主天线接收到空中传输的所述第三无线电信号，通过所述开关模组后进入所述无线接收模组进行处理，然后传输到所述检波模组；所述检波模组对接收的无线电信号进行处理，转换为所述数字信号后传输给所述处理器单元。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的一种环境测试系统中，所述环境信号单元包括：视频模组、风速和风向检测模组、传感器模组，用于采集所述周边环境数据，并把所述周边环境数据传输给所述处理器单元；所述周边环境数据包括：所述视频模组拍摄的周边环境的视频信息；所述风速和风向检测模组采集的周边环境中风速度信息和风方向的信息；所述传感器模组采集周边环境中空气的温度信息、湿度信息和声音信息；所述传感器模组包括：温度传感器、湿度传感器、声音传感器息。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的一种环境测试系统中，所述处理器单元包括：存储模组、电源模组、处理器模组、通讯模组、副天线；所述存储模组，用于存储所述处理器模组传输的数据；所述电源模组，用于给所述环境信号单元、所述无线信号单元、所述处理器单元提供电源；所述处理器模组，用于对所述无线信号单元和所述环境信号单元的的各个模组控制，接收和处理两个单元传输的所述数字信号和所述周边环境数据；所述通讯模组与所述副天线相连，用于与外部控制中心通讯，并把所述处理器模组处理后的数据传输出去。

第二方面，本发明提出了一种环境测试方法，包括：按预设时间间隔向空中发射预设功率值的高频无线电信号；采集所述高频无线电信号经过空中衰减后的无线电信号功率值；采集所述周边环境数据，所述周边环境数据包括：风速度信息、风方向信息、声音信息、视频信息、湿度信息、温度信息。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的环境测试方法中，基于采集的所述无线电信号功率值和所述周边环境数据与预设环境条件数据进行比较，确定实时环境状态；所述预设环境条件数据包括天晴、降雨、降雪、降雾、降霾、沙尘的不同环境条件，并且每种条件都有相应的预设无线电功率值、预设风方向信息、预设风速度信息、预设声音信息、预设视频信息、预设湿度值、预设温度值的范围。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的环境测试方法中，基于所述实时环境状态，根据采集到的所述无线电信号功率值来计算出相应的所述气象数据；进一步地根据采集到的所述周边环境数据综合运算调整所述气象数据值；所述气象数据包括：雨量值、雪量值、雾浓度值、霾浓度值、沙尘浓度值。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的环境测试方法中，基于采集的所述无线电信号功率值、所述周边环境数据，可以完成相应区域的地理气象信息报告。

进一步地，根据本发明的一个具体实施方式所述的环境测试方法中，若采集到的所述无线电信号功率值超出预设功率阀值范围，按新时间间隔发射所述高频无线电信号。

有益效果

本发明提出的一种环境测试系统，可以搭建在各种不同地理环境下，同一套设备可以分别完成雨、雪、雾、霾、沙尘的含量测试，成本降低很多，维护方便，同时也不需要经常清理设备表面，使用非常便捷。

本发明提出的一种环境测试方法，可以针对不同的测试参数，识别出不同的天气气象环境状态，包括晴朗、雨、雪、雾、霾和沙尘天气。当天气良好状态时，测量出空气中的环境温度、湿度、风速、风向、环境噪声等的环境参数，提供实时地理气象信息报告。当天气变化时，能够根据气象环境状态分别测试出相应周边环境中的各种雨、雪、雾、霾、沙尘的含量。另外，测量降雨、降雪量时，不会受到降雨、降雪量的大小影响，不需要对雪进行融化处理，都可以完成精确测量，排除额外的误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明一实施例的一种环境测试系统的框架图；

图2示出根据本发明一实施例的一种有源系统框架图；

图3示出根据本发明一实施例的一种计算气象数据流程图；

图4示出根据本发明一实施例的一种高频无线电信号工作流程图；

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一个示例性实施方式，应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

实施例1

图1示出了本发明的一个实施例的一种环境测试系统的框架图，包括有源系统100和无源系统200，有源系统100包括了环境信号单元110、处理器单元120、无线信号单元130，无源系统200包括了信号反射单元210。

根据本实施例，有源系统100和无源系统200是分别作为一个独立设备存在，其中无源系统200可以无需任何电源供电，是一个能够反射空中无线电信号的装置，用于反射无线信号单元130发射的高频无线电信号。这个装置可以是任何具有反射的物体组成，包括铁板、房屋墙壁、广告牌等。

图2示出了本发明的一个实时例的一种有源系统框架图，其中环境信号单元110包括：视频模组111、风速和风向检测模组112、传感器模组113。

视频模组111可以由摄像头组成，采集周边环境视频图像，风速和风向检测模组112主要是用于采集空气中的风吹的方向和风吹的速度，传感器模组113可以由温度传感器、湿度传感器、麦克风等组成，通过这些传感器采集到环境温度、环境湿度、环境噪声等数据。视频模组111、风速和风向检测模组112、传感器模组113的工作模式受处理器模组121控制，并根据命令要求把采集到的这些数据都传输到处理器模组121。

无线信号单元130包括：无线发射模组131、开关模组132、主天线133、无线接收模组134、检波模组135。

无线发射模组131可以生成一定频率和功率的无线电信号，当处理器模组121控制开关模组132为发射回路方向时，无线电信号将会传输到主天线133并辐射出去。无线电信号经过空中传输到达信号反射单元210，经过反射后传输到主天线133，并被主天线133接收。

此时处理器模块121控制开关模组132为接收回路方向，无线电信号将传输到无线接收模块134，经过滤波和放大处理后的信号被传输到检波模组135，由检波模组135完成检波并转换为数字信号，然后此数字信号将上传到处理器模组121。

处理器单元120包括：处理器模组121、存储器模组122、电源模组123、副天线124、通讯模组125。

处理器模组121会把从视频模组111、风速和风向检测模组112、传感器模组113、检波模组135传送过来的数字信号进行处理和分析，根据需要保存到存储模组122中。通讯模组125通过副天线124可以实现与外部控制中心进行通讯，根据处理器模组121的控制命令，把相关数据传送到外部控制中心，同时接收外部控制中心的命令并转发给处理器模组121。电源模组123实现对整个有源系统100的回路供电。

实施例2

图3示出了本发明的一个实施例的一种计算气象数据流程图，如图3所示，该方法步骤包括：

步骤301，采集无线电信号功率值，高频无线电信号经过空中传输和衰减，被系统接收后进行放大处理，采集得到无线电信号功率值；

步骤302，采集风方向信息，可以由超声波收发装置来组成，测量风吹的方向与设备表面的相对角度；

步骤303，采集风速度信息，可以由超声波收发装置来组成，测量风经过设备表面的相对速度；

步骤304，采集视频信息，可以由摄像头组成，拍摄设备周边环境的视频图像；

步骤305，采集声音信息，可以由麦克风组成，采集设备周边环境的噪声，包括雨声、风噪声、雷电声、汽车喇叭声等；

步骤306，采集湿度信息，通过湿度计来完成空气湿度的数据采集；

步骤307，是否超预设功率阀值，判断采集的无线电信号功率值是否超出系统预设功率阀值，如果没有超出预设阀值，继续步骤301～306的新一轮循环，如果超出预设功率阀值，启动步骤308；

步骤308，与预设环境条件数据比较。预设环境条件数据是一种预先建的一种环境模型，包括天晴、降雨、降雪、降雾、降霾、沙尘暴等多种气象环境条件，每种气象环境条件都有相应的各种参数值范围，把步骤301-306所采集到的周边环境数据与预设环境条件数据中对应的参数范围进行比较，上述的各个气象环境条件的参数范围可以重叠；

步骤309，确定实时环境状态，采集的周边环境数据的值分别处于气象环境条件中的对应一个参数范围内，综合分析各个值所处的区间就可以判断出当前的实时环境状态。

一种情况，当采集到的无线电信号功率处于降雨预设值范围，同时湿度值处于潮湿的降雨预设值范围，结合采集到的雨声信息，就可以判断是降雨状态情况，光线明亮时，拍摄到的视频信息可以进一步判断降雨的天气；

又一种情况，当采集到的无线电功率值处于沙尘预设值范围，同时湿度值处于干燥预设值范围，风速度值处于沙尘暴的风量预设值范围，结合视频信息和声音信息就可以判断出沙尘天气；

其它的降雪、降雾、降霾等天气的各种实时环境状态都可以按此方法来做出相应的分析判断；

步骤310，综合计算气象数据值，在确定的实时环境状态条件下，根据采集到的无线电信号功率值计算出当前气象数据值，包括雨量值、雪量值、雾浓度值、霾浓度值、沙尘浓度值。

同时，结合采集的风方向信息、风速度信息、视频信息、声音信息、湿度信息等周边环境数据，综合运算可以进一步调整雨量值、雪量值、雾浓度值、霾浓度值、沙尘浓度值的准确度。

实施例3

图4示出了本发明的一个实施例的一种高频无线电信号工作流程图，如图4所示，该方法步骤包括：

步骤401，采用预设时间间隔。此预设值为系统默认的初始值，比如10分钟，按照每10分钟一次的间隔来发射高频无线电信号；

步骤402，发射高频无线电信号。此信号发射的频率和功率由系统处理器设置，并且可以进行调整；

步骤403，采集无线电信号功率值。此信号为步骤402中的高频无线电信号经过空中传输和衰减，系统接收后按一定倍数进行放大处理，就可以得到无线电信号功率值，后续以这个处理后的无线电信号功率值为待处理功率值；

步骤404，与预设功率阀值范围比较。用待处理功率值与预设功率阀值进行比较，判断接收到的无线电信号功率值是否超出预设功率阀值范围，比如天晴状态，预设功率阀值范围为2～5dBm；

步骤405，判断是否超出范围。当采集到的待处理功率值为3dBm时，没有超出设定范围，判断为天气晴朗状态，回到步骤401继续新一轮循环。如果得到的待处理功率值为1dBm时，已经低于设定范围，说明空气质量有变化，进入步骤406；

步骤406，采用新时间间隔。当空气质量有变化时，更换默认的预设时间间隔值为新时间间隔，比如采用新时间间隔为1秒，进入步骤402继续新一轮循环。

采用上述方案，就可以不需要让高频无线电信号一直频繁对外发射，对于系统在使用时起到节能的目的，使用的时间间隔可以根据实际情况做其它调整。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种环境测试系统，其特征在于，包括：有源系统、无源系统；

所述有源系统，包括环境信号单元、处理器单元、无线信号单元；

所述环境信号单元，与所述处理器单元连接，用于采集周边环境数据；

所述处理器单元，用于处理和接收所述环境信号单元及所述无线信号单元传输的数据，并与外部控制中心进行通讯；

所述无线信号单元，与所述处理器单元连接，用于产生第一无线电信号、接收第三无线电信号，并转换为数字信号；

所述无源系统，包括信号反射单元，用于反射空中传输的第二无线电信号。

2.根据权利要求1所述的一种环境测试系统，其特征在于，所述无线信号单元包括：无线发射模组、开关模组、无线接收模组、主天线、检波模组；

所述无线发射模组产生无线电信号，通过所述开关模组后进入所述主天线，作为所述第一无线电信号发射出去，经过空中传输后作为所述第二无线电信号到达所述信号反射单元，经过反射后继续传输，作为所述第三无线电信号达到所述主天线；

所述主天线接收到空中传输的所述第三无线电信号，通过所述开关模组后进入所述无线接收模组进行处理，然后传输到所述检波模组；

所述检波模组对接收的无线电信号进行处理，转换为所述数字信号后传输给所述处理器单元。

3.根据权利要求1所述的一种环境测试系统，其特征在于，所述环境信号单元包括：视频模组、风速和风向检测模组、传感器模组，用于采集所述周边环境数据，并把所述周边环境数据传输给所述处理器单元；

所述周边环境数据包括：

所述视频模组拍摄的周边环境的视频信息；

所述风速和风向检测模组采集的周边环境中风速度信息和风方向信息；

所述传感器模组采集周边环境中空气的温度信息、湿度信息和声音信息；

所述传感器模组包括：温度传感器、湿度传感器、声音传感器。

4.根据权利要求1所述的一种环境测试系统，其特征在于，所述处理器单元包括：存储模组、电源模组、处理器模组、通讯模组、副天线；

所述存储模组，用于存储所述处理器模组传输的数据；

所述电源模组，用于给所述环境信号单元、所述无线信号单元、所述处理器单元提供电源；

所述处理器模组，用于对所述无线信号单元和所述环境信号单元的的各个模组控制，接收和处理两个单元传输的所述数字信号和所述周边环境数据；

所述通讯模组与所述副天线相连，用于与外部控制中心通讯，并把所述处理器模组处理后的数据传输出去。

5.一种环境测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

按预设时间间隔向空中发射预设功率值的高频无线电信号；

采集所述高频无线电信号经过空中衰减后的无线电信号功率值；

采集周边环境数据，所述周边环境数据包括：风速度信息、风方向信息、声音信息、视频信息、湿度信息、温度信息；

基于采集的所述无线电信号功率值和所述周边环境数据，确定实时环境状态；

基于所述实时环境状态，根据采集所述无线电信号功率值和所述周边环境数据，计算气象数据；

所述气象数据包括：雨量值、雪量值、雾浓度值、霾浓度值、沙尘浓度值。

6.根据权利要求5所述的环境测试方法，其特征在于，获取所述实时环境状态的步骤包括：

采集的所述无线电信号功率值与预设功率阀值相比较；

若所述无线电信号功率值超出预设功率阀值，将采集的所述周边环境数据与预设环境条件数据进行比较，确定所述实时环境状态；

所述预设环境条件数据包括天晴、降雨、降雪、降雾、降霾、沙尘的不同环境条件，并且每种条件都有相应的预设无线电信号功率值、预设风速度信息、预设风方向信息、预设声音信息、预设视频信息、预设湿度值、预设温度值的范围。

7.根据权利要求5所述的环境测试方法，其特征在于，计算所述气象数据的步骤包括：

基于所述实时环境状态，根据采集到的所述无线电信号功率值来计算出相应的所述气象数据；

根据采集到的所述周边环境数据综合运算调整所述气象数据值。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的环境测试方法，其特征在于，基于采集的所述无线电信号功率值、所述周边环境数据，可以分析出相应区域的全天候的气象信息，完成地理气象信息报告。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的环境测试方法，其特征在于，该方法包括：

若采集到的所述无线电信号功率值超出预设功率阀值范围，采用新时间间隔发射所述高频无线电信号。

Images