Система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков Российский патент 2024 года по МПК G01W1/14 

Изобретение относится к устройствам для измерения и контроля количества выпавших осадков в течение установленного времени и позволяющим обеспечить прогнозирование с высокой точностью развития ЧС в местах наиболее вероятного схода селевых потоков.

Из предшествующего уровня техники 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 данного 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.

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 в данный период фиксируется время.

К недостаткам этого способа можно отнести сложность процесса, что затрудняет использование его в отдаленных местах и в особенности в горной местности.

Вместе с этим, стоит также сказать, что данные устройства не позволяют оперативно получать данные по интенсивности выпадения осадков, также, они недостаточно надежны из-за использования механических и кинематических звеньев, а также малопригодны для дистанционных измерений ввиду отсутствия передачи информации в соответствующие службы.

Наиболее близким к заявленному устройству можно отнести изобретение «Система контроля выпавших осадков для предупреждения быстроразвивающихся ЧС» (патент №2686864 С1 от 06.05.2019 года. Авторы: Зверев А.П., Гомонай М.В.). Изобретение относится к устройствам для измерения количества атмосферных осадков и предупреждения ЧС природного характера. Система содержит осадкомер, запоминающее устройство блок обработки и передачи информации. Осадкомер выполнен в виде емкости для сбора осадков с узлом слива в нижней части. На одной стороне емкости для приема осадков расположен термометр, со считывающим устройством лазерного типа, а на другой стороне емкости расположено лазерное устройство для считывания уровня осадков в емкости. Технический результат: это повышение точности измерения количества осадков и повышение точности прогнозирования быстроразвивающихся ЧС.

К недостаткам прототипа относится. Во-первых, возможное попадание мелкой листвы и хвои через сетку, находящуюся на поверхности устройства, в данном устройстве, во-вторых, в устройстве не производится замер температуры выпавших осадков, что необходимо для выполнения формулы (1), в-третьих, в случае незначительного дождя, особенно в летний период, через верхнюю крышку, в виде решетки, вода может испариться.

Данный факт необходим для проведения анализа и осуществления мониторинга схода селевых потоков.

Задача данного изобретения состоит в разработке такой системы, которая обеспечивала бы технический результат в виде повышения точности измерения выпавших осадков в течение установленного времени и позволяющей прогнозирование с высокой точностью развития ЧС, а именно сход горных селевых потоков в результате выпадения осадков.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата предложена система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков, содержащая емкость для сбора осадков, верхнюю крышку, в дне емкости выполнено углубление со сливным отверстием и клапаном, на одной боковой стенке емкости расположен термометр контроля температуры воздуха и выпадающих осадков и его считывающее устройство лазерного типа, регистрирующее температуру воздуха и выпадающих осадков с термометра, а на противоположной стенке емкости, в самой стенке, расположена прозрачная полоса, имеющая разметки, напротив прозрачной полосы размещено считывающее лазерное устройство, регистрирующее уровень осадков в емкости, аккумулятор, таймер для определения времени начала и окончания выпадения осадков, отличающаяся тем, что емкость снабжена датчиком дождя, устройством контроля, токопроводящими слоями разной полярности, расположенными на поверхности верхней крышки, механизмом, передатчиком информации, а верхняя крышка выполнена в виде устройства сдвига и расположена под углом к горизонту.

Согласно изобретению внутри устройства контроля расположены запоминающее устройство, блок обработки информации о количестве выпавших осадков, температуре их выпадения и воздуха.

Согласно изобретению токопроводящие слои разной полярности выполняют резервную функцию открытия верхней крышки в случае отказа датчика дождя.

Согласно изобретению емкость снабжена полозьями с ограничителями, для движения, поддержания и фиксации верхней крышки в момент ее сдвига.

Интересным является вопрос, почему данную полезную модель стоит рассматривать. Ответ на данный вопрос может дать статья «Метод прогнозирования селевой опасности на Центральном Кавказе и результаты ее апробирования» авторы: (Андреев Ю.Б, Сейнова И.Б., Т.Л. и др., сборник тезисов Intern.conf. «Debris-Flow Hazards Vtchanics, Prediction and Asses ment» 2007 г., место издания: Int. Center China, Chengdu.). В данной статье авторы приводят формулу (1) и указывают, что для точного прогноза схода селевых потоков необходимо, чтобы в формуле (1) были определены такие параметры, как температура, так и количество выпавших осадков за определенное время, причем с максимальной точностью. В связи с ранее сказанным формулу (1) можно записать в виде:

- суточное количество осадков, t - температура воздуха в день с осадками, α₆t - текущая температура и объем осадков за последние шесть суток.

Таким образом, точность измерения выпавших осадков может быть получена при условии точности измерения температуры и объема осадков в течении 6 суток.

Следовательно, повышение точности измерений является важной задачей, так как это в конечном итоге повлияет на точность (вероятность) возникновения и схода селевых потоков, которые формируются от выпавших осадков, как правило, от дождя.

Точность прогнозирования количества выпавших осадков в виде дождя особенно важно для горной местности, что позволяет спрогнозировать возникновение ЧС и значительно уменьшить ущерб экологии и возможную гибель людей.

Сущность изобретения поясняется приведенными чертежами.

На фиг. 1 показана конструкция устройства для реализации предложенной системы контроля.

На фиг .2 - вид устройства сверху.

На фиг. 3 - верхняя крышка устройства, на которой токопроводящие слои подсоединены к разной полярности, а именно плюс и минус.

На фиг. 4 - структурная схема системы.

Система контроля содержит емкость 1 для сбора осадков, полозья 2 с ограничителями 2', верхнюю крышку 3, выполненную с возможностью сдвига 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 лазерного типа 9, регистрирующее температуру воздуха и температуру выпавших осадков с термометра 8, а на противоположной стенке емкости 1, в самой стенке, расположена прозрачная полоса 10, при этом полоса 10 имеет разметки. Напротив прозрачной полосы 10 размещено считывающее лазерное устройство 11, регистрирующее уровень осадков в емкости 1. Система содержит аккумулятор 12 и таймер 13 для определения времени начала и окончания выпадения осадков, устройство контроля 14, внутри которого расположены запоминающее устройство, блок обработки информации о количестве выпавших осадков, температуре их выпадения и воздуха (запоминающее устройство и блок обработки информации на чертежах не показаны), датчик дождя 15, являющийся основным элементом по открытию верхней крышки 3 емкости 1, токопроводящие слои 16, расположенные на поверхности верхней крышки 3 и обеспечивающие открытие/закрытие верхней крышки 3 и выполняющие вторичную, резервную функцию открытия/закрытия верхней крышки 3, в случае отказа датчика дождя 15, исполнительный механизм 17, который обеспечивает открытие/закрытие верхней крышки 3, солнечную батарею 18, обеспечивающую зарядку аккумулятора 12, передатчик информации в ЕДДС (единая дежурная диспетчерская служба) 19.

Устройство контроля 14, внутри которого расположены запоминающее устройство, блок обработки информации, обеспечивает прием, обработку и передачу информации о количестве выпавших осадков, температуре их выпадения и воздуха в течении 30 суток в ЕДДС. Особенность устройства контроля 14 заключается в том, что по командам из ЕДДС оператор может запросить информацию о количестве выпавших осадков, температуре их выпадения и воздуха в течение 30 дней, что позволит проводить мониторинг схода селевых потоков на протяжении нескольких предыдущих лет.

Следует отметить, что верхняя крышка 3 расположена под углом к горизонту. Это необходимо, для того, чтобы осадки (капли дождя) при стекании по поверхности верхней крышки 3 производили замыкание токопроводящих слоев 16 верхней крышки 3 устройства.

Система контроля выпавших осадков работает следующим образом.

Первые капли дождя, попадают на датчик дождя 15, который выдает команду исполнительному механизму 17 на открытие верхней крышки 3. В случае отказа датчика дождя 15, резервное открытие верхней крышки 3 производится за счет замыкания контактов плюс и минус токопроводящих слоев 16, расположенных на поверхности верхней крышки 3. После скатывания первых капель дождя по поверхности верхней крышки 3 происходит замыкание контактов токопроводящих слоев 16 и выдача сигнала исполнительному механизму для открытия верхней крышки. Открытие верхней крышки 3 происходит путем ее сдвига по полозьям 2 до ограничителя 2'.

Приоритет открытия верхней крышки 3 отводится датчику дождя 15.

После открытия верхней крышки 3 осадки поступают в емкость 1 для сбора осадков. В процессе заполнения емкости 1 до максимального уровня запоминающее устройство, входящее в устройство контроля 14, осуществляет запоминание количества выпавших осадков. Температура выпавших осадков и воздуха контролируется термометром 8 и также передается в устройство контроля 14. Время заполнения емкости 1 фиксируется таймером 13. После заполнения емкости 1 до максимального или частичного уровня устройством контроля 14 производится учет количества осадков.

При достижении максимального уровня под действием давления осадков открывается клапан 7 и осадки (вода) из емкости 1 сливаются. В исходное положение клапан 7 приводится с помощью пружины (на чертежах позиции пружины и фиксатор клапана не показаны).

Передатчик информации в ЕДДС 19 формирует кодограмму, в которой указывает количество раз полностью или частично заполненной емкости, включая температуру выпавших осадков и воздуха, и осуществляет ее передачу через сети сотовой связи в ЕДДС 20 для принятия решения о дальнейших действиях. Также в передаваемой кодограмме указывается время начала и окончания заполнения емкости осадками, с целью получения информации об интенсивности выпадения осадков. Все выпавшие осадки учитываются в течении 30 дней. После окончания выпадения осадков и высыхания естественным путем верхней крышки 3 происходит размыкание контактов плюс и минус токопроводящих слоев 16 верхней крышки 3 и закрытие верхней крышки 3. Питание устройства осуществляется от аккумулятора 12, получающего от солнечной батареи 18.

Таким образом, практически исключается возможность не только попадания в емкость 1 листвы, еловых иголок, шишек и других посторонних предметов, но и обеспечит содержание в чистоте и самой емкости для сбора осадков.

Предложенная система контроля выпавших осадков не требует каких-либо специальных технологий для ее внедрения, т.е. он соответствует критерию промышленной применимости и обладает повышенной точностью контроля осадков, что позволяет более точно прогнозировать сход селевых потоков и лавин. Данную систему целесообразно размещать в местах, где наиболее часто сходят селевые потоки.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для контроля количества выпавших осадков. Сущность: система содержит емкость (1) для сбора осадков, оснащенную крышкой (3). На дне (4) емкости (1) выполнено углубление (5) со сливным отверстием (6) и клапаном (7). На одной боковой стенке емкости (1) расположен термометр (8) со считывающим лазерным устройством (9), а на другой стенке емкости (1) - прозрачная полоса (10) с разметками и лазерное устройство (11) для считывания уровня осадков в емкости. Крышка (2) емкости (1) выполнена с возможностью сдвига и расположена под углом к горизонту. На поверхности крышки (3) установлены токопроводящие слои разной полярности. При этом емкость (1) оснащена датчиком дождя, устройством контроля, исполнительным механизмом, передатчиком информации. Технический результат: повышение точности измерения количества осадков. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков, содержащая емкость для сбора осадков, верхнюю крышку, в дне емкости выполнено углубление со сливным отверстием и клапаном, на одной боковой стенке емкости расположен термометр контроля температуры воздуха и выпадающих осадков и его считывающее устройство лазерного типа, регистрирующее температуру воздуха и выпадающих осадков с термометра, а на противоположной стенке емкости, в самой стенке, расположена прозрачная полоса, имеющая разметки, напротив прозрачной полосы размещено считывающее лазерное устройство, регистрирующее уровень осадков в емкости, аккумулятор, таймер для определения времени начала и окончания выпадения осадков, отличающаяся тем, что емкость снабжена датчиком дождя, устройством контроля, токопроводящими слоями разной полярности, расположенными на поверхности верхней крышки, исполнительным механизмом, передатчиком информации, а верхняя крышка выполнена в виде устройства сдвига и расположена под углом к горизонту.

2. Система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков по п. 1, отличающаяся тем, что внутри устройства контроля расположены запоминающее устройство, блок обработки информации о количестве выпавших осадков, температуре их выпадения и воздуха.

3. Система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков по п. 1, отличающаяся тем, что токопроводящие слои разной полярности выполняют резервную функцию открытия верхней крышки в случае отказа датчика дождя.

4. Система контроля выпавших осадков в целях предупреждения схода селевых потоков по п. 1, отличающаяся тем, что емкость снабжена полозьями с ограничителями для движения, поддержания и фиксации верхней крышки в момент ее сдвига.