鐵路沿線區域降雨與災害預警系統的製作方法
2023-07-10 06:55:41 2
專利名稱：鐵路沿線區域降雨與災害預警系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣象預警系統，特別是一種採用翻鬥雨量計作為雨量採集器，應用無線與有線方式傳送信息，並將獲得雨量信息進行分析、處理、記錄的適用於鐵路沿線區域雨情與災害預警的系統。
暴雨，連續性大量降雨是危害鐵路安全最大的災害之一，由於它會誘發泥石流，滑塊等自然災害，因此即時準確掌握鐵路沿線的雨情是防洪搶險必不可少的技術環節。中國專利公開了一種「無線遙測泥石流及預警系統」(CN1034427A)，該系統由雨量遙測發射站，流通區提前報警發射站，中心控制室，雨量報警器，橋下檢知報警裝置和列車防護信號機及控制盤組成，採用了拾震傳感器和龍頭檢知線，適用於大小規模的泥石流預測與報警，該專利傳遞信息數據速度慢，信息通道幹擾大，通道狹窄，布點小，難於控制。
本發明的目的是提供一種以設置在鐵路沿線各個養路工區及各個工點的翻鬥雨量計為雨量採集器作為信息源，採用無線與程控電話網絡有線方式傳送信息，並通過工區信息機接收，記錄，分析，主動向設置在工務段的計算機傳送警報信息的降雨預警裝置及控制系統，這種裝置及控制系統操作簡便，維護簡單，信息通道幹擾小，適用性強。
本發明的目的是這樣實現的本發明的設計指導思想是在鐵路沿線的各工點設置有翻鬥雨量計，採集存儲和傳送雨量數據，其信息由工區信息接收機接收，設置在工區的工區信息機還要採集工區雨量計的數據，並記錄，按規定的降雨量及降雨強度主動通過電話交換機網絡向設置在工務段的計算機傳送警報信息，設置在工務段的計算機通過電話交換機，調集各個工區信息機的數據，並用圖表方式顯示出各地的降雨情況。
本發明包括無線雨量計，工區信息機，調製調解器，程控電話線，中心計算機，無線雨量計設置在各個養路工區及各個工點，工區信息機設置在各個工區，中心計算機設置在各個工務段或控制室，無線雨量計通過無線雨量計的無線收發機和工區信息機的無線收發機，用無線方法將所處地點的降水量實時傳送到工區信息機，工區信息機通過調製調解器，用程控電話線或其它有線網絡與中心計算機連接，調集各個工區信息機的數據，並用圖表方式顯示出各地的降雨情況。
無線雨量計包括翻鬥雨量計，無線收發機，單穩觸發器，電臺控制器，雨量計數器，微處理器，音頻調製器，分鐘計數器，電源。其功能控制流程是翻鬥雨量計的幹簧管繼電器按設定降雨量閉合一次，其觸點閉合及釋放信號觸發單穩觸發器，產生的電脈衝信號送到雨量計數器記數，無線雨量計中的時鐘電路產生的設定的時間間隔周期信號啟動微處理器，同時也送分鐘計數器計數，微處理器讀入雨量計數器的記數值，將它與上一次開機所保存的計數值相減，其差值則為設定時間周期的前一次的降雨量，若降雨量不為0，微處理器通過電臺控制器打開無線收發機電源，利用時鐘電路內的音頻信號調製微處理器的串行輸出，雨量數據及雨量計編號等信息經由無線收發機送出去，若分鐘計數器的數值記到預定值，無論降雨量是0與否，均在發送信息中加入特殊的碼元，將打頭碼，特殊的碼元和雨量信息發送出去，並延時後，立即將無線收發機切換到接受狀態，在設定時間周期內若收到了特定頻率的對時信號，用硬體方法置位時鐘電路，與工區信息機對時，微處理器完成上述操作後，關閉所有外部控制信號，進入掉電狀態，微處理器的時鐘路處於停振狀態。
無線雨量計的靜態動耗電小於200MA，單拔機動作電流40MA，無線雨量計使用1號鹼性乾電池為電源，多臺無線雨量計的同頻運行。
工區信息機包括翻鬥雨量計，單穩觸發器，雨量計數器，電臺控制器，無線收發機，微處理器，音頻調解器，分鐘計數器，數據存儲器，程序存儲器，調製調解器，電話線路，印表機，工區信息機在不傳送數據時，具有無線雨量計功能，採用了三個微處理器，微處理器之間用並行方式傳遞數據，其中微處理器CPU-A負責無線/有線中繼及車站雨量計的測量，記錄接收到的無線雨量計的雨量計數據及車站雨量計的數據，微處器CPU-B的任務是用中斷方式接受微處理器CPU-A使來的並行數據，按雨量計編號及時刻記錄各臺按設定時間周期的雨量數據的日統計表，根據指定數據門限，向中心計算機及微處理器CPU-C傳送當前預警雨量，根據中心計算機指令向中心計算機傳送前日及當日設定時間周期的雨量統計，將前日及當日雨量統計送微處理器CPU-C列印，根據中心計算機指令，更改預警數據門限，接受中心計算機時刻數據，並回送，記錄計算機電話號碼，微處理器CPU-C的功能控制是並行接收CPU-B的指令及數據，驅動印表機和顯示屏(預留)。
中心計算機通過調製調解器與工區信息機進行數據通訊，設置車站機編號，電話號碼信息，提取工區信息機採集的降雨數值，接收工區信息機上報的警報以及各種工況，採用未壓縮的二進位編碼存儲，原始設定時間周期內的雨強數據，其功能控制流程是首先通過中心計算機對工區信息機進行配置，在中心計算機監測網絡圖示中選中對應的工區信息機名稱，進入設置界面，車站機設置項目填完後，單擊發送，中心計算機將拔號連接車站機，發送設置信息，完畢後，信息窗顯示設置狀態，調入降雨數據時，將滑鼠移到要連接的站點上單擊右鍵，選定要查看雨情的日期，進入電話拔號連接，單擊拔號接鈕，中心計算機將自動拔鍵號連接車站機，提取降雨信息。
中心計算機的最低配置中心處理器為Penlium(R)75或更高內存在16MB以上，硬碟在200MB以上，顯示系統為256色以上，支持800×600解析度，作業系統為Miclosoft mindows(R)95，數據機為HayesA144或兼容產品。
本發明的無線雨量計具有自動復位功能，能在強幹擾後失控狀態下重新恢復正常運轉，且靜態功耗低，可用乾電池長期供電，便於野外作業與維修，多臺無線雨量計同頻運行，信息採集面廣，工區信息機不僅完成工區地點的雨量測量，而且能同時接收多臺無線雨量計數據，信息量大，中心計算機詳細記錄雨量網絡各點的降水過程，並根據各處的地形地質條件，分別設置工區信息機報警雨強雨量參數，還可在降雨過程中不斷調整報警參數，滿足泥石流，滑坡災害報警模式的要求，圖案方式直觀，動態顯示系統過程，操作簡單，便於使用，管理、維修。
下面給出本發明的附圖
圖1本發明的結構框圖。
圖2本發明無線雨量計框圖。
圖3本發明無線雨量計程序流程圖。
圖4本發明工區信息機框圖。
圖5本發明工區信息機微處理器CPU-A程序流程圖。
圖6本發明工區信息機微處理器CPU-B程序流程圖。
圖7本發明工區信息機微處理器CPU-C程序流程圖。
圖8本發明中心計算機軟體框圖。
圖9本發明中心計算機界面圖。
圖10本發明中心計算機運行設置安裝信息界面圖。
圖11本發明中心計算機運行調入降雨數據界面圖。
圖12本發明中心計算機運行數據列表界面圖。
圖13本發明無線雨量計結構示意圖。
圖14本發明工區信息機結構示意圖。
下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細說明本發明的設計指導思想是在鐵路沿線的各工點設置有翻鬥雨量計，採集和傳送雨量數據，其信息由工區信息按收機接收，設置在工區的工區信息機還要採集工區雨量計的數據，並記錄，按規定的降雨量及降雨強度主動通過電話交換機網絡向設置在工務段的計算機傳送警報信息，設置在工務段的計算機通過電話交換機，調集各個工區信息機的數據，並用圖表方式顯示出各地的降雨情況。
如圖1，本發明包括無線雨量計，工區信息機，調製調解器，程控電話線，中心計算機，無線雨量計設置在各個養路工區及各個工點，工區信息機設置在各個工區，中心計算機設置在各個工務段或控制室，無線雨量計，通過無線雨量計的無線收發機和工區信息機的無線收發機，用無線方法將所處地點的降水量實時傳送到工區信息機，工區信息機通過調製調解器，用程控電話線與中心計算機連接。
如圖2，無線雨量計包括翻鬥雨量計，無線收發機，單穩觸發器，電臺控制器，雨量計數器，微處理器，音頻調製器，分鐘計數器，電源，微處理器(CPU)選用80C31，其功能控制流程如圖3是翻鬥雨量計的幹簧管繼電器每0.1mm降雨閉合一次，其觸點閉合及釋放信號觸發單穩觸發器，產生的電脈衝信號送到雨量計數器記數，無線雨量計中的時鐘電路產生的2分鐘周期信號啟動微處理器CPU(80C31)，同時也送分鐘計數器計數，CPU讀入雨量計數器的記數值，將它與上一次開機所保存的計數值相減，其差值則為前2分鐘的降雨量，若降雨量不為0，微處理器CPU通過電臺控制器打開無線收發機電源，利用時鐘電路內的音頻信號調製微處理器CPU的串行輸出，雨量數據及雨量計編號等信息經由無線收發機送出去，若分鐘計數器的數值記到256(相當於512分鐘)，無論降雨量是0與否，均在發送信息中加入特殊的碼元，將打頭碼，特殊的碼元，雨量發送出去並延時0.4秒後，立即將無線收發機切換到接受狀態，在這2分鐘內若收到了特定頻率的對時信號，用硬體方法置位時鐘電路，與工區信息機對時，微處理器CPU完成上述操作後，關閉所有外部控制信號，進入掉電狀態，微處理器CPU的時鐘電路處於停振狀態。無線雨量計的靜態耗電小於200MA，單拔機動作電流40MA，無線雨量計使用1號鹼性乾電池為電源，無線雨量計的對時信號為1秒寬的512HL音頻信號，不同編號的無線雨量計的啟動時鐘至少相差4秒鐘，實現最多29臺無線雨量計的同頻運行。
如圖4，工區信息機包括翻鬥雨量計，單穩觸發器，雨量計數器，電臺控制器，無線收發機，微處理器，音頻調解器，分鐘計數器，數據存儲器，程序存儲器，調製調解器，電話線路，印表機，工區信息機在不傳送數據時，具有無線雨量計功能，採用了三個微處理器CPU80C31，微處理器CPU之間用並行方式傳遞數據，其中如圖5，微處理器CPU-A負責無線/有線中繼及車站雨量計的測量，記錄接收到的無線雨量機的雨量計數據及車站雨量計的數據，若其中有雨量數據或對時信息時每2分鐘用中斷方式，並行傳送給CPU-B，且一直處於串行口巡檢狀態，2分鐘脈衝負沿觸發I NTO中斷，作為無線雨量計的對時標準起點，如圖6，微處器CPU-B的任務是用中斷方式接受微處理器CPU-A使來的並行數據，按雨量計編號及時刻記錄各臺2分鐘雨量數據的日統計表，根據指定數據門限，向中心計算機及微處理器CPU-C傳送當前預警雨量，根據中心計算機指令向中心計算機傳送前日及當日2分鐘雨量統計，將前日及當日雨量統計送微處理器CPU-C列印，根據中心計算機指令，更改預警數據門限，接受中心計算機時刻數據，並回送，記錄計算機電話號碼，如圖7，微處理器CPU-C的功能控制是並行接收CPU-B的指令及數據，驅動印表機和顯示屏(預留)，微處理器CPU-B向微處理器CPU-C發送數據格式MDL03，雨量數據按雨量計編號由小到大的順序，工區信息機與中心計算機通訊數碼格式為1200Baud，8bit數據，無奇偶核，停止位ibit，Molcn設置為1200bps，Bell212A方式，工區信息機設置有兩個報警門限，第一報警門限以暴雨為目標，取樣時間2-510分鐘，設置報警雨量範圍0.1-25.5mm，第二報警門限採用累計雨量方式，雨量數據為0.1-600mm。
如圖8，中心計算機通過調製調解器與工區信息機進行數據通訊，設置車站機編號，電話號碼信息，提取工區信息機採集的降雨數值，接收工區信息機上報的警報以及各種工況，採用未壓縮的二進位編碼存儲，原始2分鐘雨強數據，其功能控制流程是首先通過中心計算機對工區信息機進行配置，在中心計算機監測網絡圖示中對應的工區信息機名稱上單擊滑鼠右鍵，選中彈出菜單選項「設置安裝信息」，進入設置界面，如圖10，車站機設置項目填完後，單擊發送，中心計算機將拔號連接車站機，發送設置信息，完畢後，信息窗顯示設置狀態，調入降雨數據時，將滑鼠移到要連接的站點上單擊右鍵，選定要查看雨情的日期，進入電話拔號連接，單擊拔號接鈕，中心計算機將自動拔鍵號連接車站機，提取降雨信息。如圖11中心計算機的配置為中心處理器選用Pentium(R)75，內存為32MB，硬碟為IGB以上，顯示系統在256色以上，支持800×600解析度，作業系統Microsoft mindows(R)95，數據機為HayesA144。
如圖9，10分鐘雨強圖為選擇站點的24小時內步長2分鐘的10分鐘雨強，預警線標準相應的預警雨量值，圖中為3、7、10mm，警報燈顯示狀態對應於雨強級別，信息顯示窗記錄程序通訊狀況以及警報信息，監測網絡圖示直觀顯示整個網絡的拓撲圖，圖12是圖9數據轉結果。
本發明的無線雨量計具有自動復位功能，能在強幹擾後失控狀態下重新恢復正常運轉，且靜態電極低，可用乾電池長期供電，便於野外作業與維修，多臺無線雨量計同頻運行，信息採集面廣，工區信息機不僅完成工區地點的雨量測量，而且能同時接收多臺無線雨量計數據，信息量大，中心計算機詳細記錄雨量網絡各點的降水過程，並根據各處的地形地質條件，分別設置工區信息機報警雨強雨量參數，還可在降雨過程中不斷調整報警參數，滿足泥石流，滑坡災害報警模式的要求，圖案方式直觀，動態顯示系統過程，操作簡單，便於使用，管理、維修。
權利要求
1.鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於包括無線雨量計，工區信息機，調製調解器，程控電話線，中心計算機，無線雨量計設置在各個養路工區及各個工點，工區信息機設置在各個工區，中心計算機設置在各個工務段或控制室，無線雨量計通過無線雨量計的無線收發機和工區信息機的無線收發機，用無線方法將所處地點的降水量實時傳送到工區信息機，工區信息機通過調製調解器，用程控電話線或其他有線網絡與中心計算機連接，調集各個工區信息機的數據，並用圖表方式顯示出各地的降雨情況。
2根據權利要求1所述鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於無線雨量計包括翻鬥雨量計，無線收發機，單穩觸發器，電臺控制器，雨量計數器，微處理器，音頻調製器，分鐘計數器，電源，其功能控制流程是翻鬥雨量計的幹簧管繼電器每降雨閉合一次，其觸點閉合及釋放信號觸發單穩觸發器，產生的電脈衝信號送到雨量計數器記數，無線雨量計中的時鐘電路產生的特定的時間間隔周期信號啟動微處理器，同時也送分鐘計數器計數值，微處理器讀入雨量計數器的記數值，將它與上一次開機所保存的計數值相減，其差值則為設定時間周期的前一次的降雨量，若降雨量不為0，微處理器通過電臺控制器打開無線收發機電源，利用時鐘電路內的音頻信號調製微處理器CPU的串行輸出，雨量數據及雨量計編號等信息經由無線收發機送出去，若分鐘計數器的數值記到預定值，無論降雨量是0與否，均在發送信息中加入特殊的碼元，將打頭碼，特殊的碼元和雨量信息發送出去，並延時後，立即將無線收發機切換到接受狀態，在這設定的時間內若收到了特定頻率的對時信號，用硬體方法置位時鐘電路，與工區信息機對時，微處理器完成上述操作後，關閉所有外部控制信號，進入掉電狀態，微處理器的時鐘路處於停振狀態。
3.根據權利要求1所述的鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於工區信息機包括翻鬥雨量計，單穩觸發器，雨量計數器，電臺控制器，無線收發機，微處理器，音頻調解器，分鐘計數器，數據存儲器，程序存儲器，調製調解器，電話線路，印表機，工區信息機在不傳送數據時，具有無線雨量計功能，採用了三個微處理器CPU，微處理器CPU之間用並行方式傳遞數據，其中微處理器CPU-A負責無線/有線中繼及車站雨量計的測量，記錄接收到的無線雨量計的雨量計數據及車站雨量計的數據，微處器CPU-B的任務是用中斷方式接受微處理器CPU-A使來的並行數據，按雨量計編號及時刻記錄各臺設定時間周期的雨量數據的日統計表，根據指定數據門限，向中心計算機及微處理器CPU-C傳送當前預警雨量，根據中心計算機指令向中心計算機傳送前日及當日設定時間周期的雨量統計，將前日及當日雨量統計送微處理器CPU-C列印，根據中心計算機指令，更改預警數據門限，接受中心計算機時刻數據，並回送，記錄計算機電話號碼，微處理器CPU-C的功能控制是並行接收CPU-B的指令及數據，驅動印表機和顯示屏(預留)。
4.根據權利要求1所述的鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於中心計算機通過調製調解器與工區信息機進行數據通訊，設置車站機編號，電話號碼信息，提取工區信息機採集的降雨數值，接收工區信息機上報的警報以及各種工況，採用未壓縮的二進位編碼存儲，原始設定時間周期的雨強數據，其功能控制流程是首先通過中心計算機對工區信息機進行配置，在中心計算機監測網絡圖示中選中對應的工區信息機名稱，進入設置界面，車站機設置項目填完後，單擊發送，中心計算機將拔號連接車站機，發送設置信息，完畢後，信息窗顯示設置狀態，調入降雨數據時，將滑鼠移到要連接的站點上單擊右鍵，選定要查看雨情的日期，進入電話拔號連接，單擊拔號接鈕，中心計算機將自動拔鍵號連接車站機，提取降雨信息。
5.根據權利要求1或2所述的鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於多臺無線雨量計同頻運行。
6.根據權利要求1或2所述的鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於無線雨量計的靜態耗電小於200MA，單拔機動作電流40MA，無線雨量計使用1號鹼性乾電池為電源。
7.根據權利要求1或4所述的鐵路沿線區域降雨與災害預警系統，其特徵在於中心計算機的最低配置中心處理器為Pentium(R)75或更高，內存為16MB以上，硬碟在200MB以上，顯示系統為256色以上，支持800×600解析度，作業系統Microsoft mindows(R)95，數據機為HayesA144或兼容產品。
全文摘要
本發明公開了一種鐵路沿線區域降雨與災害預警系統,採用翻鬥雨量計作為雨量採集器,應用無線與有線方式傳送信息,並將獲得雨量信息進行分析、處理、記錄,在鐵路沿線的各工點設置有翻鬥雨量計,採集存儲和傳送雨量數據,其信息由工區信息接收機接收,設置在工區的工區信息機還要採集工區雨量計的數據,按規定的降雨量及降雨強度主動通過電話交換機網絡向設置在工務段的計算機傳送警報信息,操作簡單,便於使用、管理、維修。
文檔編號G08B21/00GK1265504SQ99114689
公開日2000年9月6日 申請日期1999年3月1日 優先權日1999年3月1日
發明者王良瑋 申請人:鐵道部科學研究院西南分院