CN114708715A - 一种自然保护地生态环境风险预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自然保护地生态环境风险预警系统及方法，包括数据采集端、数据处理基站和报警系统；所述数据采集端包括安装柱、通过升降机构活动设置于安装柱上的数据采集组件、以及驱动所述数据采集组件旋转的旋转机构，所述数据采集组件用于实时采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站；所述数据处理基站用于评估所述环境数据的风险等级，所述报警系统基于所述风险等级进行报警。本发明通过数据采集组件、升降机构和旋转机构的巧妙设计，使得数据采集组件能够旋转全面采集数据的同时，能够上下移动以方便检修或更换，保证数据采集的全面性、精准性和及时性。

Description

一种自然保护地生态环境风险预警系统及方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种自然保护地生态环境风险预警系统及方法。

背景技术

自然保护地生态环境监测是对生态环境中的各个要素进行监测，如环境温度、湿度、以及风速等，通过对这些要素进行监测，准确反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、环境规划等提供依据。

现有技术中对于生态环境的监测系统一般采用数据采集、数据处理、基于处理结果进行风险预警的方法，此过程中数据采集的精准度、全面性直接会影响到风险预警精度。

而现有技术中数据采集装置一般为固定式，数据采集不灵活，且为了避免采集装置受到下方植物影响其一般固定在高处，这也导致采集装置在损坏后不易维修，由此会影响数据采集的及时性、全面性和精准度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自然保护地生态环境风险预警系统及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种自然保护地生态环境风险预警系统，包括数据采集端、数据处理基站和报警系统；

所述数据采集端包括安装柱、通过升降机构活动设置于安装柱上的数据采集组件、以及驱动所述数据采集组件旋转的旋转机构，所述数据采集组件用于实时采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站；

所述数据处理基站用于评估所述环境数据的风险等级；

所述报警系统基于所述风险等级进行报警。

作为本发明的进一步优化方案，所述数据采集组件包括活动套设于安装柱外部的环板、安装于环板顶部和/或底部的采集装置、以及用于将所述采集装置环境数据发送至所述数据处理基站的数据发送器，所述环板的环形内侧壁上嵌设有多个滚珠。

作为本发明的进一步优化方案，所述采集装置包括摄像头和风速风向传感器、雨量传感器、湿度传感器、温度传感器中的一种或多种。

作为本发明的进一步优化方案，所述升降机构对称设置于安装柱两侧，所述升降机构包括贯穿环板并带动环板上下移动的链条、驱动所述链条转动的链轮、以及驱动所述链轮的第一伺服电机，所述第一伺服电机固定安装于安装柱外壁上。

作为本发明的进一步优化方案，所述旋转机构包括第二伺服电机、曲柄、摇杆、棘爪和齿轮销，所述齿轮销呈环形阵列安装于环板上表面边缘，所述第二伺服电机嵌设于安装柱顶端面内，且第二伺服电机的输出轴通过曲柄驱动摇杆，所述摇杆一端的棘爪驱动齿轮销转动，所述齿轮销通过环板带动采集装置转动。

作为本发明的进一步优化方案，所述齿轮销设置为圆柱状，且其顶端面设置为曲面。

作为本发明的进一步优化方案，所述安装柱安装于保护地地面上，且安装柱顶部远离摇杆的一侧通过支架连接太阳能发电装置，所述安装柱内部设置有一号锂电池，所述一号锂电池输入端连接太阳能发电装置，输出端连接升降机构、旋转机构和数据采集组件。

作为本发明的进一步优化方案，所述环板内部设置有二号锂电池，所述二号锂电池用于给采集装置供电，所述环板上固定设置有与二号锂电池连接的环形插头，所述安装柱上固定设置有与一号锂电池连接的环形插座，所述环形插座与环形插头对应卡接。

作为本发明的进一步优化方案，所述数据处理基站包括数据接收器、存储数据库、风险标准数据库和风险评估模块；

所述数据接收器通过无线网络与数据发送器连接，所述数据接收器用于接收自所述数据发送器发送的环境数据；

所述存储数据库用于存储所述环境数据；

所述风险标准数据库用于存储每种所述环境数据所对应的风险标准值；

所述风险评估模块用于计算所述风险标准值和所述环境数据的差值，并基于所述差值和预设的风险等级划分规则评估所述环境数据的风险等级，基于所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统。

一种采用上述自然保护地生态环境风险预警系统进行自然保护地生态环境风险预警的方法，包括以下步骤：

S1.启动数据采集端和旋转机构，以旋转采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站；

S2.数据处理基站评估所述环境数据的风险等级，并根据所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统；

S3.报警系统基于接收的报警信号进行报警。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过数据采集组件、升降机构和旋转机构的巧妙设计，使得数据采集组件能够旋转全面采集数据的同时，能够上下移动以方便检修或更换，旋转机构和升降机构巧妙结合，整个装置结构简单，旋转式的数据采集更加全面、精准，升降式的结构能够缩短维修时间使得数据采集更加及时；

2)本发明通过采用环形插座和环形插头插接的方式，能够使得数据采集组件内的二号锂电池与安装柱内由太阳能供电和市电供电的一号锂电池快速连接或断开，不影响数据采集组件的上下移动和旋转。

附图说明

图1是本发明的整体系统框图。

图2是本发明的数据采集端主视图。

图3是本发明的数据采集端局部剖面图。

图4是本发明的图3中A部分结构示意图。

图5是本发明的环板俯视图。

图6是本发明的环板仰视图。

图中：1、数据采集端；11、安装柱；12、升降机构；121、链条；122、链轮；123、第一伺服电机；13、数据采集组件；131、环板；132、采集装置；133、数据发送器；134、滚珠；14、旋转机构；141、第二伺服电机；142、曲柄；143、摇杆；144、棘爪；145、齿轮销；15、太阳能发电装置；16、一号锂电池；17、二号锂电池；18、环形插头；19、环形插座；2、数据处理基站；21、数据接收器；22、存储数据库；23、风险标准数据库；24、风险评估模块；3、报警系统。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1-6所示，一种自然保护地生态环境风险预警系统，包括数据采集端1、数据处理基站2和报警系统3；

所述数据采集组件13用于实时采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站2；

所述数据处理基站2用于评估所述环境数据的风险等级；

所述报警系统3基于所述风险等级进行报警。

其中，

所述数据采集端1包括安装柱11、通过升降机构12活动设置于安装柱11上的数据采集组件13、以及驱动所述数据采集组件13旋转的旋转机构14；

所述数据采集组件13包括活动套设于安装柱11外部的环板131、安装于环板131顶部和/或底部的采集装置132、以及用于将所述采集装置132环境数据发送至所述数据处理基站2的数据发送器133；

所述环板131的环形内侧壁上嵌设有多个滚珠134，滚珠134的设置，能够使得在环板131带动采集装置132上下移动时能够减小与安装柱11之间的摩擦，使得数据采集组件13上下移动顺畅；

所述采集装置132包括摄像头和风速风向传感器、雨量传感器、湿度传感器、温度传感器中的一种或多种，能够分别监测保护地的图像数据和气象数据；

所述升降机构12对称设置于安装柱11两侧，所述升降机构12包括贯穿环板131并带动环板131上下移动的链条121、驱动所述链条121转动的链轮122、以及驱动所述链轮122的第一伺服电机123，所述第一伺服电机123固定安装于安装柱11外壁上，所述链条121对应的环板131上开设有穿孔，所述环板131与链条121一侧的链条121连接杆固定连接，所述链条121底部的链轮122通过转轴和轴承与安装柱11连接；

在需要对数据采集组件13进行检修或是更换时，可以启动第一伺服电机123，使其通过链轮122带动链条121转动，下移的一侧链条121与环板131固定，能够带动环板131下移至安装柱11下方；检修或更换结束后，控制第一伺服电机123反向驱动，带动链条121反向转动，即可带动环板131上移，于高处继续进行监测。

整个数据采集组件13上下移动过程中，由两侧的链条121限位，不会发生晃动，且其并不影响顶部旋转机构14的使用，在其上移至与旋转机构14对应时停止上移即可，具体可由安装于安装柱11内部的单片机进行控制；

另外为了加强数据采集组件13与安装柱11之间的稳定性，可以在安装柱11上设置导轨，在环板131的环形内侧壁设置滑座，通过滑座和导轨能够保证数据采集组件13上下移动的稳定性(图中未示)。

所述旋转机构14包括第二伺服电机141、曲柄142、摇杆143、棘爪144和齿轮销145，所述齿轮销145呈环形阵列安装于环板131上表面边缘，所述第二伺服电机141嵌设于安装柱11顶端面内，且第二伺服电机141的输出轴通过曲柄142驱动摇杆143，所述摇杆143一端的棘爪144驱动齿轮销145转动，所述齿轮销145通过环板131带动采集装置132转动。

在整个数据采集组件13使用过程中，可以启动旋转机构14，其相当于棘轮机构，使其带动采集装置132进行转动，实现保护地各个方向的图像采集、气象采集，避免因为安装柱11等物体遮挡影响采集数据(例如图像数据和风速风向数据)的全面性，继而影响采集数据的精度。

具体的，旋转机构14启动时，由第二伺服电机141驱动曲柄142转动，曲柄142通过销轴带动摇杆143一端转动，摇杆143另一端带动棘爪144摆动，棘爪144拨动齿轮销145转动一个工位，即带动环板131转动一定角度，以此循环即可实现数据采集组件13的单向间歇式转动，实现图像数据和气象数据的旋转全面采集。

而为了保证升降机构12驱动数据采集组件13上移后数据采集组件13依然能够与旋转机构14对应配合，方便旋转机构14驱动数据采集组件13旋转，我们将所述齿轮销145设置为圆柱状，且其顶端面设置为曲面。这样设置能够在数据采集组件13上移时，其环板131边缘的齿轮销145能够进入棘爪144内侧或外侧，避免齿轮销145损坏棘爪144，保持两者能够轻易错开，这样在再次启动旋转机构14时，棘爪144能够再次拨动其内侧的齿轮销145，以此驱动数据采集组件13旋转。

如图2-4所示，所述安装柱11安装于保护地地面上，且安装柱11顶部远离摇杆143的一侧通过支架连接太阳能发电装置15，所述安装柱11内部设置有一号锂电池16，所述一号锂电池16输入端连接太阳能发电装置15，输出端连接升降机构12、旋转机构14和数据采集组件13，太阳能发电装置15包括太阳能板、蓄电池和太阳能控制器，太阳能控制器能够将太阳能板收集的太阳能转换为电能存储在蓄电池中，蓄电池给一号锂电池16供电，为了保证一号锂电池16供电的稳定性，一号锂电池16还可以从安装柱11内部至底部连接市电。

所述环板131内部设置有二号锂电池17，所述二号锂电池17用于给采集装置132供电，所述环板131上固定设置有与二号锂电池17连接的环形插头18，所述安装柱11上固定设置有与一号锂电池16连接的环形插座19，所述环形插座19与环形插头18对应卡接。

由于数据采集组件13能够被升降组件上下驱动，为了避免供电线路缠绕、暴露等，我们在其环板131内部需要单独设置一个二号锂电池17，而二号锂电池17供电由一号锂电池16供应，一号锂电池16由太阳能发电装置15或市电供应电量；

在数据采集组件13上下移动时，一号锂电池16和二号锂电池17之间的环形插座19和环形插头18分离，方便数据采集组件13移动，在数据采集组件13移动至原位置进行数据采集时，其带动环形插头18与环形插座19卡接，实现两个锂电池的通电，而具体的充放电控制开关由单片机控制。

如图1所示，所述数据处理基站2包括数据接收器21、存储数据库22、风险标准数据库23和风险评估模块24；

所述数据接收器21通过无线网络与数据发送器133连接，所述数据接收器21用于接收自所述数据发送器133发送的环境数据；

所述存储数据库22用于存储所述环境数据；

所述风险标准数据库23用于存储每种所述环境数据所对应的风险标准值，所述风险标准值为各环境数据的风险阈值；

所述风险评估模块24用于计算所述风险标准值和所述环境数据的差值，并基于所述差值和预设的风险等级划分规则(可以人为设定)评估所述环境数据的风险等级，基于所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统3，由报警系统3可以根据超出风险阈值的程度进行不同方式的报警，具体的报警方式可以为在数据处理基站2的显示器上进行不同颜色或不同提示音。

一种采用上述自然保护地生态环境风险预警系统进行自然保护地生态环境风险预警的方法，包括以下步骤：

S1.启动数据采集端1和旋转机构14，以旋转采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站2；

S2.数据处理基站2计算所述风险标准值和所述环境数据的差值，并基于所述差值和预设的风险等级划分规则评估所述环境数据的风险等级，并根据所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统3，所述评估结果可以为根据环境数据超出风险阈值的量进行设置的风险等级，所述报警信号为根据不同的风险等级设置的不同等级的报警信号；

S3.报警系统3基于接收的报警信号等级选择相应的报警方式进行报警。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：包括数据采集端(1)、数据处理基站(2)和报警系统(3)；

所述数据采集端(1)包括安装柱(11)、通过升降机构(12)活动设置于安装柱(11)上的数据采集组件(13)、以及驱动所述数据采集组件(13)旋转的旋转机构(14)，所述数据采集组件(13)用于实时采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站(2)；

所述数据处理基站(2)用于评估所述环境数据的风险等级；

所述报警系统(3)基于所述风险等级进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述数据采集组件(13)包括活动套设于安装柱(11)外部的环板(131)、安装于环板(131)顶部和/或底部的采集装置(132)、以及用于将所述采集装置(132)环境数据发送至所述数据处理基站(2)的数据发送器(133)，所述环板(131)的环形内侧壁上嵌设有多个滚珠(134)。

3.根据权利要求2所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述采集装置(132)包括摄像头和风速风向传感器、雨量传感器、湿度传感器、温度传感器中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述升降机构(12)对称设置于安装柱(11)两侧，所述升降机构(12)包括贯穿环板(131)并带动环板(131)上下移动的链条(121)、驱动所述链条(121)转动的链轮(122)、以及驱动所述链轮(122)的第一伺服电机(123)，所述第一伺服电机(123)固定安装于安装柱(11)外壁上。

5.根据权利要求2所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述旋转机构(14)包括第二伺服电机(141)、曲柄(142)、摇杆(143)、棘爪(144)和齿轮销(145)，所述齿轮销(145)呈环形阵列安装于环板(131)上表面边缘，所述第二伺服电机(141)嵌设于安装柱(11)顶端面内，且第二伺服电机(141)的输出轴通过曲柄(142)驱动摇杆(143)，所述摇杆(143)一端的棘爪(144)驱动齿轮销(145)转动，所述齿轮销(145)通过环板(131)带动采集装置(132)转动。

6.根据权利要求5所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述齿轮销(145)设置为圆柱状，且其顶端面设置为曲面。

7.根据权利要求5所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述安装柱(11)安装于保护地地面上，且安装柱(11)顶部远离摇杆(143)的一侧通过支架连接太阳能发电装置(15)，所述安装柱(11)内部设置有一号锂电池(16)，所述一号锂电池(16)输入端连接太阳能发电装置(15)，输出端连接升降机构(12)、旋转机构(14)和数据采集组件(13)。

8.根据权利要求7所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述环板(131)内部设置有二号锂电池(17)，所述二号锂电池(17)用于给采集装置(132)供电，所述环板(131)上固定设置有与二号锂电池(17)连接的环形插头(18)，所述安装柱(11)上固定设置有与一号锂电池(16)连接的环形插座(19)，所述环形插座(19)与环形插头(18)对应卡接。

9.根据权利要求2所述的一种自然保护地生态环境风险预警系统，其特征在于：所述数据处理基站(2)包括数据接收器(21)、存储数据库(22)、风险标准数据库(23)和风险评估模块(24)；

所述数据接收器(21)通过无线网络与数据发送器(133)连接，所述数据接收器(21)用于接收自所述数据发送器(133)发送的环境数据；

所述存储数据库(22)用于存储所述环境数据；

所述风险标准数据库(23)用于存储每种所述环境数据所对应的风险标准值；

所述风险评估模块(24)用于计算所述风险标准值和所述环境数据的差值，并基于所述差值和预设的风险等级划分规则评估所述环境数据的风险等级，基于所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统(3)。

10.一种根据权利要求1所述的自然保护地生态环境风险预警系统进行自然保护地生态环境风险预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.启动数据采集端(1)和旋转机构(14)，以旋转采集保护地的环境数据，并将所述环境数据发送至数据处理基站(2)；

S2.数据处理基站(2)评估所述环境数据的风险等级，并根据所述风险等级生成并发送报警信号至所述报警系统(3)；

S3.报警系统(3)基于接收的报警信号进行报警。

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