(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210508149.5 (22)申请日 2022.05.10 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210014 江苏省南京市玄武区孝陵卫 街道孝陵卫 街200号 (72)发明人 胡启洲　何君　梅婷　韩雨君　 杨振宇　房新　吴萧宇　 (74)专利代理 机构 南京理工信达知识产权代理 有限公司 32542 专利代理师 彭甲临 (51)Int.Cl. G08B 21/10(2006.01) G08B 31/00(2006.01) H04Q 9/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 高速铁路的降雨实时监测与暴 雨预警系统 (57)摘要 本发明涉及一种用于高速铁路的降雨实时 监测与暴雨预警系统。 其包括： 上位机监控平台 和若干个监测单元， 其中， 所述监测单元包括光 学雨量传感器、 风速及风向传感器、 电源模块、 通 讯网络模块和 智能控制模块， 所述光学雨量传感 器、 所述风速及风向传感器、 所述电源模块分别 与所述智能控制模块电性连接， 每个监测单元中 的所述智能控制模块通过所述通讯网络模块与 所述上位机监控平台连接。 本发 明能够及时掌握 高速铁路沿线降雨量和横风信息， 保障高速铁 路 安全运营。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114999112 A 2022.09.02 CN 114999112 A 1.一种高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统， 其特征在于， 包括： 上位机监控平台 和若干个监测单元， 其中， 所述监测单元包括光学雨量传感器、 风速及风向传感器、 电源模 块、 通讯网络模块和智能控制模块， 所述光学雨量传感器、 所述风速及风向传感器 分别与所 述智能控制模块电性连接， 所述光学雨量传感器、 所述风速及风向传感器、 所述智能控制模 块分别与所述电源模块连接， 每个监测单元中的所述智能控制模块通过所述通讯网络模块 与所述上位机监控平台连接， 若干个监测单元沿着高速铁路线路 并联布置且相互之 间保持 间距。 2.根据权利要求1所述的高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统， 其特征在于， 所述 上位机监控平台包括 监控单元和气象预警单 元。 3.根据权利要求1所述的高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统， 其特征在于， 所述 电源模块包括太阳能电池板、 蓄电池和直流电源升压模块， 太阳能电池板与蓄电池连接， 太 阳能电池板、 蓄电池分别通过直流电源升压模块与光学雨量传感器以及风速及风向传感器 连接， 太阳能电池板和蓄电池均与智能控制模块连接， 其中， 太阳能电池板的额定电压为 5V、 输出功率为6W， 蓄电池的额定电压为5V、 容量为5000mAh， 直流电源升压模块的最大输入 电流为2A； 所述太阳能电池板可将 太阳能转换为电能， 为监测单元供电以及为蓄电池充电； 蓄电池可在光线不充足的情况下为监测单元提供 临时电源； 所述直流电源升压模块将太阳 能电池板或蓄电池中5V电源电压提升至14V， 为光学雨量传感器以及风速及风向传感器供 电。 4.根据权利要求1所述的高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统， 其特征在于： 所述 监测单元还包括托片和承载立柱， 所述风速及风向传感器包括风速传感器和 风向传感器， 所述承载立柱为中空钢制树状结构， 所述承载立柱上部具有三个水平分支， 所述光学雨量 传感器、 所述风速传感器、 所述风向传感器分别通过各个所述托片分别设置在所述承载立 柱三个分支的末端上且各自轴线与水平面互相垂 直， 所述智能控制模块设置在所述承载立 柱内部， 所述电源 模块设置在所述承载立柱的侧壁上。 5.根据权利要求4所述的高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统， 其特征在于， 所述 智能控制模块包含工业单片 机、 MAX48 5模块、 模拟信号放大电路和模电转换电路， 所述风速 及风向传感器与所述模拟信号放大电路电性连接， 所述模拟信号放大电路与所述模电转换 电路电性连接， 所述模电转换电路分别与所述工业单片机电性连接， 所述光学雨量传感器 通过所述MAX485模块与所述工业单片机电性连接； 所述光学雨量传感器输出的RS485信号 经MAX485模块转换为TTL电平信号后再输入所述工业单片机； 所述风速及风 向传感器将风 杯的转速及偏转角度转换为0～2V的直流模拟电压信号经过所述模拟信号放大电路线性放 大后由所述模电转换电路转换为数字信号后再输入所述工业单片 机； 工业单片 机进行数据 计算后将降雨 量信息及风速风向信息通过 所述通讯网络模块上传至所述上位机监控平台。 6.一种工业单片机的数据计算方法， 其特征在于， 适用于要求权利5所述的高速铁路的 降雨实时监测与暴 雨预警系统， 包括以下步骤： S1， 数据查询， 使用工业单片机每隔10秒查询一次雨量及风速、 风向数据信息， 通过模 拟信号放大电路将风速及风向传感器输出的模拟信号进行线性放大， 由模电转换电路转换 成数字信号输入至工业单片 机； 通过MAX48 5模块向光学雨量传感器发送数据查询帧并将光 学雨量传感器返回的雨 量数据帧输送至 工业单片机；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114999112 A 2S2， 数据校验， 首先对光学雨量传感器的数据帧格式进行CRC冗余循环校验， 若数据帧 格式校验错 误则舍弃 该数据帧并重新 查询雨量数据帧； S3， 数据判别， 使用工业单片机对采集的雨量及风速、 风向数据进行判别， 若采集数据 与上一周期采集数据差别大于50％或超出风速传感器和 风向传感器量程则舍弃该项数据 并重新查询采集数据； S4， 实时记录， 使用工业单片机对采集的无误的雨量及风速、 风向数据进行记录， 并根 据所记录的雨 量信息计算日雨 量、 时雨量及连续 雨量； S5， 等级划分， 使用工业单片机根据日雨量、 时雨量及连续雨量对高速铁路暴雨灾害预 警划分为5个等级； S6， 雨量预测， 使用工业单片机并以所记录的雨量信息为依据， 通过最小二乘法对未来 2分钟内的降雨量变化情况进行预测并将雨量信息上传上位机监控平台； 完成步骤S6后返 回前述步骤S1。 7.根据要求权利6所述的工业单片机的数据计算方法， 其特征在于， 所述步骤S6  中的 雨量预测具体包括以下步骤： S61， 采集 雨量信息； S62， 将雨 量信息中的异常或空雨 量数据预处 理； S63， 根据 雨量信息判别是否降雨， 若采集的 降雨量为0则代表未降雨， 返回步骤S61， 若 降雨量不为0， 则将降雨数据存 储为数据样本并进行 下一步； S64， 提取雨 量信息中过去5mi n内采集的降雨历史数据， 共3 0个数据样本； S65， 以时间为自变量， 降雨量为因变量， 通过最小二乘法得到符合降雨变化规律的二 阶多项式方程； S66， 将未来2min内以10秒为以一个周期且共12个计算周期对应的时间节点代入步骤 S64中二阶多 项式方程实现降雨预测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114999112 A 3