RU2686864C1

RU2686864C1 - Precipitation monitoring system to prevent rapidly evolving emergency situations

Info

Publication number: RU2686864C1
Application number: RU2017144924A
Authority: RU
Inventors: Алексей Петрович Зверев; Михаил Васильевич Гомонай
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-05-06

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to devices for measuring amount of atmospheric precipitation and can be used for prevention of rapidly developing emergency situations. Summary: system comprises precipitation meter, storage device, data processing and transmission unit. Precipitation meter is made in the form of reservoir (1) for collection of precipitations with drain unit (5–7) in the lower part, with a cover in the form of grate (3) in the upper part. At that, on one side of reservoir (1) thermometer (8) with reading device (9) of laser type is located, and on other side of reservoir (1) there is laser device (11) for reading of sedimentation level in reservoir.

EFFECT: technical result is higher accuracy of measuring amount of precipitation, high accuracy of predicting fast-developing emergency situations.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидрометеорологии и может быть использовано для измерения дождевых атмосферных осадков во времени интенсивности и суммарного количества выпадающих осадков.The invention relates to hydrometeorology and can be used to measure rainfall in time intensity and total amount of precipitation.

Известны устройства для определения интенсивности осадков, реализующие сбор их в специальные емкости и определение объема или массы выпавших осадков в единицу времени. Например, измеритель параметров капель дождя (SU №1793405 кл.G01W 1/14 от 7.02.1993 г)., способ измерения размера капель осадков(SU №146218, кл. G01N 29/02 от 22.02.89 г). Так, измеритель капель дождя (№1793405) включает источник лазерного излучения, зеркала, линзы и фотоприемники. В данном измерителе луч света от источника преломляется зеркалом, фокусируется линзами и пройдя через зону измерения, попадает на фотоприемники. Капли дождя, пролетая через зоны измерения, пересекают луч света и фотоприемники фиксируют тень падающей капли, по которой и определяют размеры капель. К недостаткам известного устройства можно отнести: сложность конструкции и невозможность измерить уровень осадков на единицу площади; возможность помутнения оптики от осадков, сложность измерительных блоков, а также необходимость энергоемкого электропитания.Known devices for determining the intensity of precipitation, realizing their collection in special containers and determining the volume or mass of precipitation per unit time. For example, a gauge of parameters of raindrops (SU # 1793405 of the G01W 1/14 from 07.02.1993 g)., A method for measuring the size of precipitation droplets (SU # 146218, G.N.N. 29/02 from 22.02.89 g). Thus, the rain drop meter (# 1793405) includes a laser radiation source, mirrors, lenses, and photodetectors. In this meter, a beam of light from the source is refracted by a mirror, focused by lenses and passing through the measurement zone, hits the photodetectors. Raindrops, flying through the measurement zones, cross the beam of light and the photodetectors capture the shadow of the falling drop, which determines the size of the drops. The disadvantages of the known devices include: the complexity of the design and the inability to measure the level of precipitation per unit area; the possibility of optic opacification from precipitation, the complexity of the measuring units, as well as the need for energy-intensive power supply.

В известном способе (патент SU №146218 кл. G01N 29/02) для измерения размера капель используется генератор электрических сигналов, который соединен с акустическим излучателем. В данном случае по скорости падения капли оценивают ее размеры, капли при этом проходят через пучок акустических колебаний и фиксируется время. К недостаткам этого способа можно отнести сложность процесса, что затрудняет использование его в отдаленных местах и в особенности в горной местности.In the known method (SU patent No. 146218 Cl. G01N 29/02), an electric signal generator is used to measure the droplet size, which is connected to an acoustic emitter. In this case, the drop rates estimate its size, while the drops pass through the beam of acoustic oscillations and the time is recorded. The disadvantages of this method include the complexity of the process, which makes it difficult to use it in remote places and especially in mountainous areas.

Однако указанные устройства не позволяют оперативно получать данные по интенсивности осадков, недостаточно надежны из-за использования механических и кинематических звеньев, а также малопригодны для дистанционных измерений из-за отсутствия надежных элементов эвакуации осадков.However, these devices do not allow to quickly obtain data on the intensity of precipitation, they are not reliable enough due to the use of mechanical and kinematic links, and are also unsuitable for remote measurements due to the lack of reliable precipitation evacuation elements.

Наиболее близким к заявленному объекту можно отнести устройство (плювиограф) по патенту RU №2034316, кл. G01W 1/14 от 29.12.1991г. В нем для повышения чувствительности и точности дозирования сливаемой жидкости плювиограф содержит осадкосборную камеру, в которой установлены сифон и узел принудительного слива жидкости. Последний выполнен в виде установленной на оси опрокидывающейся емкости с определенным объемом и с поплавком, закрепленным у днища емкости, и упора. Объем емкости равен приращению уровня жидкости в осадкосборной камере, обеспечивающего заполнение сифона в месте изгиба на 2/3 диаметра трубки. При опрокидывании емкости жидкость из нее переливается в осадкосборную камеру, за счет чего в ней возрастает уровень жидкости и наполняется сифон, который, срабатывая, засасывает жидкость из осадкосборной камеры.The closest to the claimed object can be attributed to the device (pluviograf) patent RU №2034316, cl. G01W 1/14 dated 12/29/1991 In it, in order to increase the sensitivity and accuracy of dispensing the discharged liquid, the pluviograph contains a sediment collecting chamber in which a siphon and a unit for the forced discharge of a liquid are installed. The latter is made in the form of a tipping container installed on the axis with a certain volume and with a float fixed at the bottom of the container and an emphasis. The volume of the tank is equal to the increment of the level of the liquid in the sediment chamber, which ensures the filling of the siphon at the place of bending by 2/3 of the tube diameter. When the container overturns, the liquid from it is poured into the sediment collecting chamber, due to which the liquid level increases in it and the siphon is filled, which, when triggered, sucks the liquid from the sediment collecting chamber.

К недостаткам прототипа можно отнести с одной стороны отсутствие термометра для контроля температуры осадков, а с другой стороны, также отсутствие точного измерения количества выпавших осадков, т.к. к днищу емкости и поверхности поплавка могут прилипать частицы капель, что не позволяет точно измерить величину выпавших осадков. При повороте емкости не вся вода выливается в осадочную камеру и кроме этого часть воды остается на стенках, все это влияет на точность измерения выпавших осадков. Поворот опрокидывающееся емкости во многом зависит от величины трения в опорных узлах, что также влияет на точность измерений. Если прошел небольшой дождь, то вода будет находиться в емкости и может испариться, т.е. это никак данное устройство не регистрирует. Регистратор работает только при повороте емкости, когда в осадочной камере наберется определенный уровень воды.The disadvantages of the prototype can be attributed, on the one hand, the absence of a thermometer to monitor the temperature of precipitation, and on the other hand, also the absence of an accurate measurement of the amount of precipitation, because Particles of droplets may adhere to the bottom of the tank and the surface of the float, which does not accurately measure the amount of precipitation. When turning the tank, not all of the water is poured into the sediment chamber and, in addition, some of the water remains on the walls, all of which affect the accuracy of the measurement of precipitation. Rotation of the tilting capacity largely depends on the amount of friction in the support nodes, which also affects the accuracy of measurements. If a little rain has passed, the water will be in the tank and may evaporate, i.e. This device does not register. The recorder works only when the container is turned, when a certain level of water is collected in the sediment chamber.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения выпавших осадков в течение установленного времени.The aim of the present invention is to improve the accuracy of measurement of precipitation during the prescribed time.

Техническим результатом реализации данного предложения является прогнозирование с высокой точностью развития быстроразвивающихся ЧС, а именно сход горных селевых потоков в результате выпавших осадков.The technical result of the implementation of this proposal is the prediction with high accuracy of the development of rapidly developing emergency situations, namely, the descent of mountain mudflows as a result of precipitation.

В статье «Метод фонового прогнозирования селевой опасности на Центральном Кавказе и результаты его апробирования», (Андреев Ю.Б., Сейнова И.Б, Сидорова Т.Л., и др. Сборник тезисов Intern.conf. «Debris-Flow Hazards Mitigtion: Mechanics, Prediction and Asses ment», 2007г, Место издания: Int. Convtion Center China, Chengdu.) авторы приводят формулу (1) и указывают, что для точного прогнозирования схода селей необходимо, чтобы в формуле (1) были точно определены такие параметры как температура, так и количество выпавших осадков за определенное время. Формула (1) имеет вид:In the article “The method of background forecasting of mudflow danger in the Central Caucasus and the results of its testing”, (Andreev Yu.B., Seinova IB, Sidorova TL, and others. Abstracts Intern.conf. “Debris-Flow Hazards Mitigtion : Mechanics, Prediction and Asses ment ”, 2007, Place of publication: Int. Convtion Center China, Chengdu.) The authors present formula (1) and indicate that for accurate prediction of mudflows, it is necessary that parameters of both temperature and amount of precipitation for a certain time. Formula (1) has the form:

где: x - суточное количество осадков, t - температура воздуха в день с осадками, α₆t - текущая температура за последние 6 суток.where: x is the daily amount of precipitation, t is the daily air temperature with precipitation, α ₆ t is the current temperature for the last 6 days.

Таким образом, точность измерения выпавших осадков может быть повышена при условии точности измерения температуры и объема осадков в течение 6 суток.Thus, the accuracy of measurement of precipitation can be improved subject to the accuracy of measuring the temperature and volume of precipitation within 6 days.

Структурная схема системы контроля выпавших осадков предполагаемого изобретения.Block diagram of the control system of precipitation of the proposed invention.

Схема состоит из емкости, к которой прикреплен термометр с устройством для считывания показаний со шкалы термометра и их передачи в запоминающий блок, лазерного измерителя уровня накопившихся в емкости осадков за определенное время с целью точного определения количества выпавших осадков, а также блока памяти и блока обработки данных за определенный период времени (в частности контроля времени в течение 6 суток), и передачи информации в блок ЕДДС (единая дежурная диспетчерская служба).The scheme consists of a tank to which a thermometer is attached with a device for reading the readings from the thermometer scale and transferring them to the storage unit, a laser level gauge of precipitates accumulated in the tank over a certain time in order to accurately determine the amount of precipitation, and also a memory unit and a data processing unit for a certain period of time (in particular, time control within 6 days), and information transfer to the EDDS unit (unified duty dispatcher service).

Таким образом, повышение точности измерений является важной задачей, так как это в конечном итоге повлияет на точность прогнозирования (вероятность) возникновения и схода селевых потоков, которые формируются от выпавших осадков, а именно дождя, что важно в первую очередь для горной местности и что в свою очередь позволит уменьшить риск гибели людей.Thus, improving the accuracy of measurements is an important task, since it ultimately affects the prediction accuracy (probability) of the occurrence and descent of mudflows that are formed from precipitation, namely rain, which is important primarily for mountainous areas and that turn will reduce the risk of death.

Сущность изобретения и принцип работы.The essence of the invention and the principle of operation.

Сущность изобретения объясняется приведенными чертежами, где на фиг. 1 - показана конструкция устройства для реализации предложенной системы контроля, на фиг. 2 - вид сверху устройства, на фиг. 3 - вид по стрелке А фиг. 1 и на фиг. 4 - блок схема системы.The invention is explained by the above drawings, where in FIG. 1 shows the structure of the device for implementing the proposed control system; FIG. 2 is a top view of the device, in FIG. 3 is a view along arrow A of FIG. 1 and in FIG. 4 is a block diagram of the system.

Система контроля включает устройство и схему сбора, обработки и отправки информации. Устройство содержит емкость 1, с загрузочной воронкой 2, крышку в виде решетки 3, в дне 4 емкости 1 выполнено углубление 5 в котором имеется сливное отверстие 6 с клапаном 7. На одной боковой стенке емкости 1 расположен термометр 8 и считывающее устройство 9 лазерного типа, а на противоположной стенке емкости 1 в самой стенкерасположена прозрачная полоса 10, при этом полоса 10 имеет разметки. Напротив прозрачной полосы 10 размещено считывающее лазерное устройство 11.The control system includes a device and a scheme for collecting, processing and sending information. The device contains a tank 1, with a hopper 2, a cover in the form of a grid 3, in the bottom 4 of the tank 1 there is a recess 5 in which there is a drain hole 6 with a valve 7. On one side wall of the tank 1 there is a thermometer 8 and a laser-type reader 9, and on the opposite wall of the container 1 in the wall itself there is a transparent strip 10, while the strip 10 has markings. Opposite the transparent strip 10 is placed reading laser device 11.

Схема системы контроля включает блок питания 12, считывающие устройств лазерного типа, регистрирующие уровень осадков (поз. 11) в емкости 1, температуру воздуха (поз. 9) и таймер 13 для определения времени, запоминающее устройство 14 и блок обработки и формирования данных 15 с целью их дальнейшей передачи в блок 16 (ЕДДС-блок единой дежурной диспетчерской службы).The control system diagram includes a power supply unit 12, laser-type reading devices recording the precipitation level (pos. 11) in tank 1, air temperature (pos. 9) and timer 13 for determining time, memory 14 and data processing and generation unit 15 s the purpose of their further transfer to block 16 (EDDS-block of the single duty dispatcher service).

Работа системы контроля выпавших осадков заключается в следующем. Капли дождя через загрузочную воронку 2 проходят решетку 3 и накапливаются в емкости 1. Для исключения разбрызгивания капель попавших на перегородки решетки 3 воронка 2 имеет наклонные борта 17, что также повышает точность учета выпавших осадков. При достижении максимального уровня открывается под действием давления осадков клапан 7 и осадки (вода) из емкости 1 сливается. При этом фиксируется таймером 13 время заполнения емкости 1, достигнутый уровень осадков в емкости и температура воздуха с помощью лазерных считывающих устройств 8 и 11. В исходное положение клапан 7 приводится с помощью пружины (на чертежах позиции пружины и фиксатор клапана не показаны). Полученные данные поступают в запоминающее устройство 14 и далее они направляются в блок обработки и анализа 15, из которого обработанная информация поступает на блок 16 единой дежурной диспетчерской службы (ЕДДС). Питание всех технических средств измерений осуществляется от аккумуляторной батареи - блок 12.The work of the precipitation monitoring system is as follows. Drops of rain pass through the grating 3 through the charging funnel 2 and accumulate in the tank 1. To prevent splashing of droplets falling on the partition walls of the grating 3, the funnel 2 has inclined sides 17, which also increases the accuracy of the accounting of the precipitations. When the maximum level is reached, valve 7 opens under the action of precipitation pressure and precipitation (water) from tank 1 is drained. When this is fixed by the timer 13, the filling time of the tank 1, the achieved level of precipitation in the tank and the air temperature using laser reading devices 8 and 11. The valve 7 is reset to its initial position using a spring (the spring positions and the valve retainer are not shown in the drawings). The received data is received in the storage device 14 and then they are sent to the processing and analysis unit 15, from which the processed information goes to the unit 16 of the single duty dispatcher service (EDDS). The power of all technical measuring instruments is carried out from the battery - block 12.

Предложенная система контроля выпавших осадков не требует каких либо специальных технологий для ее внедрения, т.е. она соответствует критерию «промышленной применимости» и обладает повышенной точностью контроля осадков, что позволяет более точно прогнозировать сход лавин. Размещение системы контроля на местности производится в наиболее опасных местах (места схода лавин, населенные пункты).The proposed system for monitoring precipitation does not require any special technologies for its implementation, i.e. it meets the criterion of "industrial applicability" and has a high accuracy of precipitation control, which allows us to more accurately predict the avalanche. Placement of the on-site monitoring system is carried out in the most dangerous places (avalanche places, populated areas).

Claims

The precipitation monitoring system for the prevention of rapidly evolving emergencies, which contains precipitation gauge in the form of a precipitation collection tank with a discharge unit, a precipitation amount recorder, including a precipitation amount reading device, an air temperature control thermometer, which stores and transmits the device, the part is equipped with a lid in the form of a lattice located at the beginning of the expansion of the side walls of the container, and in the lower part in the bottom of the container there is a recess with a drain opening A thermometer and its laser-type reader are located on one side wall of the tank, and on the opposite wall of the tank, there is a transparent strip in the wall itself, having markings, with a laser device located opposite the transparent strip that reads the level of precipitation in the tank.