ES2634392T3

ES2634392T3 - Procedimiento automatizado de protección contra granizo de gran alcance y red

Info

Publication number: ES2634392T3
Application number: ES12753044.2T
Authority: ES
Inventors: Artashes ARAKELYAN
Original assignee: Artashes Arakelyan
Current assignee: Artashes Arakelyan
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: RU2631894C1; US9491912B2; US20170055464A1; WO2013138824A1; US10130049B2; CA2862959C; US20140353396A1; CA2862959A1; EP2725893B1; IN2014MN01598A; EP2725893A1; CN104202964B; CN104202964A

Abstract

Procedimiento automatizado de protección contra granizo de gran alcance, que comprende: a) recibir en cualquier sitio de un área protegida contra granizo de M sitios señales de emisión intrínseca del cielo de ese sitio en radiofrecuencias; b) elevar al cuadrado dichas señales recibidas de emisión intrínseca del cielo; c) acumular dichas señales elevadas al cuadrado; d) comparar dichas señales acumuladas con N umbrales; e) facilitar una señal "uno" ("1") a una salida correspondiente de cualquiera de dichos N umbrales si su señal de entrada sobrepasa el umbral respectivo, y una señal "cero" ("0") en caso contrario; f) considerar conjuntamente un conjunto de dichas señales de salida "uno" y "cero" como un número binario en un código binario y crear una señal de código de número binario correspondiente a dicho número binario; g) generar una señal de código de aviso de acuerdo con dicha señal de código de número binario; h) transferir mediante cables eléctricos dicha señal de código de aviso a un controlador de un generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio; i) establecer mediante dicho controlador un modo de funcionamiento de dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio, tal como un modo de conexión, un modo de espera, un modo de funcionamiento y un modo de desconexión, de acuerdo con dicha señal de código de aviso transferida recibida por dicho controlador, en el que dicho modo de funcionamiento se establece cuando dicha señal de código de aviso transferida a dicho controlador tiene valor un valor "1" y superior, dicho modo de espera se establece cuando dicha señal de código de aviso transferida a dicho controlador tiene un valor "0", dicho modo de desconexión se establece cuando dicha señal de código de aviso transferida a dicho controlador alcanza un valor de rango superior de dichos resultados de número binario cuando se facilita a cualquiera de dichas salidas de dichos N umbrales dicha señal "uno", y dicho modo de conexión se establece cuando después de dicho modo de desconexión una siguiente de dicha señal de código de aviso de valor "0" llega a dicho controlador, dicho número N se define sobre la base de unas capacidades técnicas de dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio; j) establecer mediante dicho controlador unos parámetros de funcionamiento de dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio, tales como potencia y duración de unas detonaciones, número de detonaciones y un período de detonación, de acuerdo con dicha señal de código de aviso transferida recibida por dicho controlador; k) generar señales de control mediante dicho controlador de acuerdo con dicho modo de funcionamiento establecido y dichos parámetros de funcionamiento establecidos de dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio; l) generar ondas de choque supersónicas y significativas mediante detonación secuencial de una mezcla explosiva de gas combustible inyectado preliminarmente y aire en una cámara de combustión de dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio y dirección de dichas ondas de choque en sentido ascendente hacia el cielo, en el que dicha inyección preliminar antes de cada detonación de dicho gas combustible en dicha cámara de combustión y dicha detonación de dicha mezcla explosiva de dicho gas combustible inyectado previamente y aire en dicha cámara de combustión por un dispositivo de ignición situado en el interior se realizan de acuerdo con dichas señales de control procedentes de dicho controlador, dicha señal de control correspondiente a dicho modo de funcionamiento activa dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio, dicho modo de funcionamiento de espera mantiene dicho generador sónico de prevención de granizo en disponiblidad de funcionamiento, dicho modo de funcionamiento de desconexión interrumpe dichas detonaciones y desconecta dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio, dicho modo de funcionamiento de conexión conecta dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio y establece dicho modo de funcionamiento de espera para dicho generador sónico de prevención de granizo de ese sitio; m) generar en cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios una señal de código de alerta simultáneamente con dicho establecimiento de dicho modo de funcionamiento de dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio; n) transmitir a través del aire mediante ondas de radio dicha señal de código de alerta; o) escuchar en cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios simultáneamente con dicho establecimiento de dicho modo de espera de dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios para recepción de dicha señal de código de alerta transmitida a través del aire desde dicho cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios; p) recibir en cada sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios dicha señal de código de alerta transmitida desde dicho cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios; q) comparar en cada sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios dicha señal de código de alerta recibida con L señales de código apropiadas de dicho sitio; r) generar en cada sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios una señal de alerta si dicha señal de código de alerta recibida coincide con cualquiera de dichas L señales de código apropiadas de dicho sitio, y una señal "cero" ("0") en caso contrario; y s) establecer un modo de funcionamiento de alerta para dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio, de acuerdo con dicha señal de alerta generada, en el que dichas señales acumuladas de dicho sitio se comparan con un umbral de alerta, se genera una señal de código de alerta y se facilita a una salida correspondiente de dicho umbral de alerta si dicha señal acumulada de dicho sitio sobrepasa dicho umbral de alerta, y una señal "cero" en caso contrario, dicha señal de código de alerta se transfiere mediante cables eléctricos a dicho controlador de dicho sitio, dicho controlador de dicho sitio genera una señal de control de alerta, y dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio se activa de acuerdo con dicha señal de control de alerta generada en condiciones de funcionamiento especificadas de dicho modo de funcionamiento de alerta, dicho modo de funcionamiento de alerta de dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho cualquier sitio de dicha área protegida contra granizo de M sitios se desconecta simultáneamente con la interrupción de dicha señal de código de alerta correspondiente a dicho sitio, o con el establecimiento de dicho modo de funcionamiento o de dicho modo de funcionamiento de desconexión de dicho generador sónico de prevención de granizo de dicho sitio.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

receptor radiométrico, como un radiómetro con una amplificación directa, un radiómetro superheterodino, un radiómetro (directo) con compensación de ruido, un radiómetro de Dicke, un radiómetro de correlación, un radiómetro de cristal (detector), etc. Para el receptor radiométrico (9) el tiempo de integración preferido es de 1-5 segundos y la sensibilidad preferida es de 0,1-0,5 K dependiendo de la banda de frecuencia.

El detector-avisador (7) debería montarse, o el detector-avisador (7) debe montarse, debajo de una plataforma (cobertizo, capota, techado) de protección convexa radiolúcida y/o cubrirse la correspondiente antena (8) mediante una capa protectora radiolúcida para evitar la acumulación de hielo y líquido delante de la antena correspondiente

(8) y para proteger la antena correspondiente (8) y el receptor radiométrico correspondiente (9) de la influencia directa del polvo y la precipitación, por ejemplo lluvia, nieve, granizo, etc. Si la plataforma protectora se fabrica en un material no transparente o parcialmente transparente, entonces la plataforma no debería cubrir (cortar) el haz (el lóbulo principal) de la antena correspondiente (8).

Los niveles de umbral del dispositivo de umbral multicanal controlado (11) dependen de la frecuencia de funcionamiento (banda de frecuencia) del receptor radiométrico correspondiente (9). Una curva de la dependencia de la frecuencia del nivel de umbral mínimo de la Fig. 5 corresponde a una dependencia de la frecuencia del contraste radiotérmico de las nubes cumulonimbos causada (generada) por una lluvia con escasas piedras de granizo. Los valores mínimos de los contrastes radiotérmicos de la Fig. 5 se estimaron y se calcularon a partir de los resultados de las mediciones radiométricas de multifrecuencia y doble polarización (vertical y horizontal) realizadas con ángulos de elevación de 20º y 30º de detección [10-12], y a partir de la conocida teoría de la teledetección pasiva (radiométrica). Los cálculos teóricos muestran que estas curvas son aceptables para ángulos de elevación del intervalo 0-30° también.

La dependencia de la frecuencia del nivel umbral máximo de la Fig. 5 se estimó y calculó a partir de los resultados de investigaciones teóricas y experimentales [12-15] y corresponde a una dependencia de la frecuencia del contraste radiotérmico de las nubes cumulonimbos causada (generada) por una tormenta de granizo duro que es imposible de evitar por cualquier medio técnico.

El nivel de umbral de alerta del dispositivo de umbral de canal único controlado (17) depende de la frecuencia de funcionamiento (banda de frecuencia) del receptor radiométrico correspondiente (9) y, dependiendo de la banda de frecuencia del funcionamiento del receptor radiométrico correspondiente (9), es aproximadamente 3-15 K menor que el nivel de umbral mínimo correspondiente. La dependencia de la frecuencia del nivel de umbral de alerta de la Fig. 5 se estimó y calculó a partir de los resultados de investigaciones teóricas y experimentales [12-14].

Los contrastes radiotérmicos de la Fig. 5 se dan en escala de Kelvin. Los valores de los umbrales correspondientes en voltios dependen de la estructura y los parámetros técnicos del receptor radiométrico usado (utilizado) (9) y pueden definirse a partir de los resultados de las estimaciones teóricas o de los resultados de las mediciones y la calibración experimentales. Una solución preferible es llevar a cabo la calibración preliminar del receptor radiométrico (9) en condiciones de laboratorio o realizar la calibración del detector-avisador (7) en condiciones concretas reales.

Un intervalo de umbral entre los niveles máximo y mínimo de umbral de la Fig. 5 puede dividirse en N-1 partes, donde la división en 2 o 4 u 8 o 16, etc. partes, es decir cuando N = 3 o 5 o 9 o 17 etc., es preferible. Dependiendo de las características (condiciones) de aplicación del presente procedimiento y de la red de protección contra granizo de gran alcance, los valores de de los niveles de umbral máximo, mínimo y alerta de la Fig. 5 pueden cambiarse. Cuando el valor de los niveles de umbral mínimo y alerta de la Fig. 5 disminuye, la probabilidad de detección de granizo y de falsas alarmas se incrementan simultáneamente. Teniendo en cuenta el bajo coste de explotación (bajo precio del combustible) del generador sónico de prevención de granizo (2) [3,5], es posible admitir la alta probabilidad de falsas alarmas y disminuir los niveles de umbral mínimo y de alerta de la Fig. 5 en 2-10 K, dependiendo de la frecuencia de funcionamiento del receptor radiométrico correspondiente (9).

Es posible ahorrar recursos materiales y disminuir el coste de explotación del generador sónico de prevención de granizo (2) disminuyendo los valores de los niveles de umbral máximo de la Fig. 5, lo que causará el aumento de una probabilidad de pérdida de información del objetivo (tormenta de granizo).

Los niveles de umbral máximo, mínimo y alerta pueden corregirse y pueden cambiarse individualmente durante la explotación del correspondiente sistema de protección contra granizo (1) mediante el correspondiente dispositivo de umbral multicanal controlado (12) y mediante el correspondiente dispositivo de umbral de canal único controlado (17).

El área de impacto del generador sónico de prevención de granizo (2) está limitada en tamaño y normalmente es de unos 500-600 m en un radio sobre el generador [1-7]. Por lo tanto, el generador sónico de prevención de granizo se monta (se construye) cerca de campos y terrenos agrícolas protegidos y se pone en el modo de funcionamiento de espera después de aclarar el valor de una señal de compensación del dispositivo (circuito) de compensación controlado (10). El valor de la señal de compensación para el área de trabajo del generador sónico de prevención de granizo (2) se define experimentalmente para cada área protegida individual promediando los resultados de las mediciones de las temperaturas de brillo de cielo despejado (temperaturas de antena o aparentes más exactas)

7 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

llevadas a cabo durante días y noches a (para, con) diversas temperaturas del aire ambiente (cerca de la superficie) de 10-30°C.

La Fig. 6 muestra un segundo modo de realización preferido del sistema de protección contra granizo (1) con recursos de inyección de reactivo con respecto al modo de realización de la Fig. 2. Por razones de concisión, a continuación solo se analizan las diferencias con respecto al modo de realización de la Fig. 2. La Fig. 6 muestra además los siguientes componentes de alto nivel y sus detalles: un sistema de suministro de reactivo (34), un depósito de reactivo (35), una válvula mecánica de reactivo (36), una válvula solenoide de reactivo (37), un regulador de presión de reactivo (38) para proporcionar la presión necesaria para la inyección de reactivo y un inyector-mezclador de reactivo (38) para inyectar un reactivo junto con el combustible en la correspondiente cámara de combustión (19) y mezclar el reactivo con el combustible antes de que se detone el combustible. El inyectormezclador de reactivo (38) que está controlado por unos medios de control correspondientes (5) puede comprender una válvula solenoide que controla el flujo del reactivo desde el depósito de reactivo correspondiente (35) del sistema de suministro de reactivo correspondiente (34) a través de una válvula mecánica de reactivo correspondiente (36), una válvula de solenoide de reactivo correspondiente (37) y un regulador de presión de reactivo correspondiente (38) en una parte central de la cámara de combustión correspondiente (19). La válvula mecánica de reactivo (36) se abre junto con la válvula mecánica correspondiente (26). El inyector-mezclador de reactivo (39) se abre y se cierra mediante los medios de control correspondientes (5) más o menos simultáneamente con el inyector de combustible correspondiente (24).

Cuando el detector-avisador (7) está montado no tan separado (lejos) del correspondiente generador sónico de prevención del sonido (2), entonces es preferible transferir la señal de código de aviso generada (creada) por el correspondiente dispositivo de aviso (12) y la señal de código de alerta generada (creada) por un dispositivo de umbral de canal único controlado correspondiente (17) a unos medios de control (5) correspondientes mediante (a través, a través de) cables eléctricos. Cuando el detector-avisador (7) está montado lejos (a una distancia) del generador sónico de prevención del sonido correspondiente (2), entonces es preferible controlar a distancia el generador sónico de prevención de granizo (2) y transferir la señal de código de aviso generada por el dispositivo de aviso correspondiente (12) y la señal de código de alerta generada por el dispositivo de umbral de canal único controlado correspondiente (17) a unos medios de control correspondientes (5) por medio de un sistema GSM de telefonía celular, por medio de radioayudas (mediante dispositivos técnicos de radio), por medio de comunicación radio, por medio de comunicación telefónica, o por otros medios técnicos de comunicación.

La Fig. 7 proporciona una vista general de un tercer modo de realización preferido alternativo del sistema de protección contra granizo (1) que se controla de forma remota. Por razones de concisión, a continuación solo se analizan las diferencias con respecto a los modos de realización de la Fig. 2 y la Fig. 6. La Fig. 7 muestra además los siguientes componentes de alto nivel y sus detalles: un sistema de control remoto (40), un transmisor de control (un teléfono transmisor de control) (41) para transmitir las señales de código de aviso y alerta creadas, un receptor de control (un teléfono receptor de control) (42) para recibir las señales de código de aviso y de alerta transmitidas y transferir las señales de código de aviso y de alerta recibidas por (a través de, por medio de) cables eléctricos a unos medios de control correspondientes (5).

Cuando el detector-avisador (7) está situado lejos (a una distancia) del generador sónico de prevención del sonido correspondiente (2), su antena (8) debería dirigirse con un ángulo de elevación que proporcione una huella a una altitud de ~3,5 km justo por encima del sitio correspondiente del área agrícola protegida.

Una explotación automatizada o una autogestión (autocontrol) de la red de protección contra granizo de amplio alcance puede llevarse a cabo también mediante un complejo de teledetección de K sistemas de teledetección (43) que sirve al área protegida contra granizo de M sitios, tal como se muestra en la Fig. 8. El complejo de teledetección de K sistemas de teledetección (43) se utiliza para la detección de granizo de largo alcance (nubes de granizo) en un terreno adyacente por todo alrededor del área de protección contra granizo de M sitios a una distancia horizontal de 3-4 km del borde (límite) del área de protección contra granizo de M sitios y a una altitud de 3,5 km, y para alertar mediante la transmisión a través del aire de la señal de código de alerta sobre la proximidad (llegada, inminencia) del peligro de granizo desde un terreno adyacente especificado del área de protección contra granizo de M sitios.

El número K depende de la clase (el tipo) de una distribución espacial de M sitios y puede tener un valor del intervalo [1  M]; por ejemplo, si los M sitios están distribuidos en el espacio alrededor de un centro común, un modo de realización posible de lo cual se presenta por separado en la Figura 8, entonces será posible utilizar solo un (K = 1) sistema de teledetección (43). Si todos los sitios M están alejados unos de otros, entonces para prestar servicio completo para el área de protección contra granizo de M sitios será necesario utilizar K=M sistemas de teledetección (43).

Cualquiera de los K sistemas de teledetección (43) comprende una antena de gran alcance (44) para recibir señales de la emisión radiotérmica del cielo adecuada correspondiente del terreno adyacente, un receptor radiométrico de largo alcance (45) para medir una potencia de las señales recibidas de la emisión radiotérmica del cielo adecuada correspondiente del terreno adyacente y para estimar la temperatura (aparente) de brillo del cielo correspondiente del terreno adyacente, un receptor radiométrico de largo alcance (45) que está en comunicación eléctrica con la antena de larga distancia correspondiente (44), un dispositivo (circuito) de compensación controlado de largo

8

imagen6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente recibida coincide con una de L señales de código apropiadas del sitio correspondiente, entonces se establece el modo de funcionamiento de alerta para el generador sónico de prevención de granizo correspondiente (2) mediante (de acuerdo con) la forma descrita anteriormente.

Cuando se utiliza un complejo de teledetección para la protección contra granizo, el número L puede alcanzar un valor de hasta 7-9.

Una transmisión de la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente de una dirección de acimut especificada puede realizarse mediante radioayudas (mediante dispositivos técnicos de radio) [9], mediante un sistema GSM de telefonía celular [8] o por otros medios técnicos de comunicación.

La fuente de alimentación de largo alcance (50) puede comprender una batería solar recargable de 12 V o 24 V CC con un panel de energía solar o puede usar una red eléctrica de ~110 V o ~220 V como fuente eléctrica básica.

El nivel de umbral mínimo de cualquiera (cada uno) de K sistemas de teledetección de largo alcance (43) puede corregirse y puede cambiarse individualmente durante su explotación mediante un dispositivo de umbral de canal único controlado de largo alcance correspondiente (47).

Cualquiera de los K sistemas de teledetección de largo alcance (43) se establece en su modo de funcionamiento de trabajo (operativo) después de precisar el valor de una señal de compensación del dispositivo de compensación controlado de gran alcance correspondiente (46). El valor de la señal de compensación para cualquier punto (área) de localización de K sistemas de teledetección de largo alcance (43) se define experimentalmente para cada punto (área) individual promediando los resultados de las mediciones de las temperaturas de brillo de cielo despejado (temperaturas de antena o aparentes más exactas), llevadas a cabo durante días y noches a (para, con) diversas temperaturas del aire ambiente (cerca de la superficie) de 10-30°C.

También puede llevarse a cabo una explotación automatizada o una autogestión (autocontrol) de la red de protección contra granizo de largo alcance mediante un centro de control principal (51), como se muestra en la Fig.

9. El centro de control principal (51) comprende un receptor principal (52) para recibir la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente, un procesadoranalizador (53) para procesar y analizar la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente, estando el procesador-analizador (53) en comunicación eléctrica con un receptor principal correspondiente (52), un transmisor principal (54) para la retransmisión de la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente, estando el transmisor principal (54) en comunicación eléctrica con un procesadoranalizador correspondiente (53) y una fuente de alimentación principal (55), estando la fuente de alimentación principal (55) en comunicación eléctrica con un receptor principal correspondiente (52), con un procesadoranalizador correspondiente (53) y con un correspondiente transmisor principal (54). La recepción y retransmisión de la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo puede realizarse mediante un sistema GSM de telefonía celular, mediante radioayudas (mediante dispositivos técnicos de radio), mediante comunicación de radio, mediante comunicación telefónica u otros medios técnicos de comunicación.

El centro de control principal (51) recibe la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente especificado, recibida a través del aire, procesa la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente especificado recibida y retransmite a través del aire mediante ondas de radio la señal de código de alerta o/y la señal de código de alerta sobre proximidad de peligro de granizo desde el terreno adyacente especificado procesada, que se recibe en cada (cualquier) sitio del área protegida contra granizo de M sitios.

El centro de control principal (51) puede estar situado dentro o fuera del área protegida contra granizo de M sitios y puede recibir energía desde la fuente de alimentación principal (55) o la fuente de alimentación (6) o una fuente de alimentación separada (33). Si no existe la posibilidad de utilizar una red eléctrica de ~110 V o ~220 V como fuente eléctrica básica para la fuente de alimentación principal (55), entonces un modo de realización preferido para la fuente de alimentación principal (55) es una batería solar de 12 V o 24 V CC recargable con un panel de energía solar.

En [4-9] se presentan descripciones detalladas de las características estructurales, técnicas, operativas y de aplicación del generador sónico de prevención de granizo (2). Aunque en [4] se menciona que, para una mayor eficacia, el área de los orificios de entrada de aire (23) debería ser por lo menos 1,2 veces mayor que el área del orificio superior correspondiente (33a) del cuello correspondiente (20), y que el dispositivo de ignición correspondiente (29) debería disponerse en el centro geométrico de la cámara de combustión correspondiente (19), se puede variar la relación de las áreas del orificio superior (33a) del correspondiente cuello (20) y los orificios de entrada de aire correspondientes (23), y el lugar de ubicación del dispositivo de ignición correspondiente (29) se puede variar dependiendo de las condiciones geográficas y climatológicas de la ubicación (posición) del generador sónico de prevención de granizo correspondiente (2) del sistema de protección contra granizo correspondiente (1).

En [8,9] se presentan descripciones detalladas de las características operativas y de aplicación del sistema de

10

imagen7

Claims

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5