專利名稱：交通氣象綜合觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣象觀測裝置，尤其涉及一種集成了前向散射型能見度測量和降水 實時測量的交通氣象綜合觀測裝置。
背景技術(shù)：
當前，氣象信息已成為交通出行需要知道的主要信息之一，影響道路交通安全的主要氣 象因素是能見度和綜合天氣實況，而人們對綜合天氣實況的理解是通過天氣現(xiàn)象來達到的。 目前交通氣象監(jiān)測領(lǐng)域?qū)μ鞖猬F(xiàn)象的觀測主要是能見度觀測加風向、風速、雨量等其它常規(guī) 氣象監(jiān)測要素。而天氣現(xiàn)象的測量是通過在能見度傳感器上添加感雨器，并配合能見度測量 獲得天氣現(xiàn)象代碼。這種測量方式雖然能夠獲得天氣實況信息，但種類少，測量精度不夠， 不能滿足對道路交通天氣現(xiàn)象的精細觀測。
大氣能見度，也稱作大氣光學能見度(MOR)，測量的主要依據(jù)是懸浮在大氣中的固體、 液體微粒引起的大氣消光系數(shù)(或大氣的光衰減系數(shù))。消光系數(shù)是大氣氣溶膠和分子的散射 和吸收作用而造成的光的衰減，它等于吸收系數(shù)與散射系數(shù)之和。大氣對光的吸收與散射相 比一般都很小，因此可通過測量有限體積空氣對光的散射系數(shù)估計大氣消光系數(shù)。當光程有 限、可忽略大氣對光的吸收時，在一定范圍內(nèi)，可認為所測的散射系數(shù)與消光系數(shù)成線性關(guān) 系。散射系數(shù)與消光系數(shù)成線性關(guān)系，散射強度的大小又由散射系數(shù)決定，因此通過測量散 射強度，估計大氣消光系數(shù)，進而就可確定大氣的能見距離。通常使用Koschmeider公式轉(zhuǎn) 換所接收的信號的強度(消光系數(shù)s)來計算MOR，在公式中MOR (Km) =3/s。
公告日2006年9月13日，專利號為200520104065. 7的中國專利公開了一種"前向散射 能見度測量儀"，其特征是包括發(fā)射器、接收器、控制箱、微機和電源，利用前向散射原理， 采用紅外發(fā)射光源和電路檢測反饋技術(shù)，獲得能見度測量結(jié)果。其缺點是對雨中能見度的測 量精度不夠，不能配接其它交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，新設(shè)計一種在前向散射測量能見度的 基礎(chǔ)上進一步集成降水粒徑大小和速度實時測量，從而提高雨中能見度的測量精度，并提供 配接其它交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口的交通天氣現(xiàn)象綜合觀測裝置。
本實用新型的技術(shù)方案是 一種交通氣象綜合觀測裝置，其特征在于，包括前向散射能 見度測量單元、激光降水測量單元和控制單元，所述前向散射能見度測量單元和激光降水測 量單元分別和控制單元電連接。進一步地，所述前向散射能見度測量單元包括分別和控制單元電連接的紅外光源發(fā)射機 和光電接收機，該紅外光源發(fā)射機發(fā)出的光照射采樣體積，該光電接收機接收散射信號并將 其轉(zhuǎn)換成電信號送到控制單元進行采集處理。
所述激光降水測量單元包括分別和控制單元電連接的激光發(fā)射器和光電接收器，該激光 發(fā)射器產(chǎn)生發(fā)射水平激光光束穿過測量區(qū)域，該光電接收器接收激光束并將其轉(zhuǎn)換成電信號 送到控制單元進行采集處理。
所述的控制單元包括發(fā)射驅(qū)動電路、信號采集電路、信號處理電路和通信接口，另外還 配接有交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口；信號處理電路分別和其它電路、接口連接。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點
1、 本實用新型通過測量降水粒徑的大小和速度，獲取天氣實況信息(天氣現(xiàn)象)，通過 前向散射測量獲得能見度數(shù)據(jù)，兩種測量集成在一起可以互補，通過測量雨中消光系數(shù)對前 向能見度雨中測量數(shù)據(jù)加以校正，從而提高了雨中能見度的測量精度。
2、 本實用新型預(yù)留了配接其它交通氣象測量傳感器接口，能夠方便配接其他要素的傳感 器，在保證并提高測量精度的同時，可以很容易、低成本地配置成更復(fù)雜的監(jiān)測站型，設(shè)備 輕巧，安裝方便。
3、 本實用新型能見度測量與天氣現(xiàn)象測量集于一體，天氣現(xiàn)象輸出更準確，種類更多， 能提供集中天氣現(xiàn)象代碼，這些監(jiān)測信息能夠給道路交通管理部門和駕車人員提供方便。

圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)原理框圖2為本實用新型的前向散射能見度測量單元的結(jié)構(gòu)原理框圖3為本實用新型的激光降水測量單元的結(jié)構(gòu)原理框圖4為本實用新型的控制單元的結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
參照圖1,本實用新型的交通氣象綜合觀測裝置，包括前向散射能見度測量單元、激光 降水測量單元和控制單元，前向散射能見度測量單元和激光降水測量單元分別和控制單元電連接。
參照圖2，本實用新型的前向散射能見度測量單元，包括分別和控制單元電連接的紅外 光源發(fā)射機和光電接收機，該紅外光源發(fā)射機發(fā)出的光照射采樣體積，該光電接收機接收散 射信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號送到控制單元進行采集處理。
參照圖3,本實用新型的激光降水測量單元，包括分別和控制單元電連接的激光發(fā)射器和光電接收器，該激光發(fā)射器產(chǎn)生發(fā)射水平激光光束穿過測量區(qū)域，該光電接收器接收激光 束并將其轉(zhuǎn)換成電信號送到控制單元進行采集處理。
參照圖4本實用新型的控制單元，包括分別和信號處理電路連接的發(fā)射驅(qū)動電路、信號 采集電路、通信接口和交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口。
本實用新型在實施中，前向散射能見度測量單元的紅外光源發(fā)射機可采用峰值波長為 930nm的紅外發(fā)光二極管LED，光電接收機為PN光電二極管，接收波長范圍550 1050nm，當 紅外光源發(fā)射機發(fā)出的光照射采樣體積，采樣體積中的氣體分子，固態(tài)、液態(tài)顆粒等對光產(chǎn) 生散射，散射角可采用30 33°，散射信號進入光電接收機的光敏二極管轉(zhuǎn)換成電信號送到 控制單元，根據(jù)二極管接收信號的強弱，建立前向散射能量與能見度的聯(lián)系。本裝置的能見 度測量范圍10 5000m，分辨率lm，能分辨輕霧、霧、大霧和濃霧。
激光降水測量單元的激光發(fā)射器可采用半導體激光二極管，光電接收器采用光電二極管。 單片機控制激光發(fā)射器發(fā)射650nm的一束水平紅光激光穿過降雨區(qū)，利用消光測量原理，在 測量區(qū)域內(nèi)的任意位置，當降水顆粒物降落穿過光束時，信號會發(fā)生變化，亮度變暗的程度 反映空氣顆粒物粒徑的大小，根據(jù)信號的持續(xù)時間推導出下降速度。光電接收器將接收到的 光信號轉(zhuǎn)換成電信號后送入控制單元，利用控制單元信號采集、處理電路內(nèi)嵌處理程序分析 處理，得到測量的基本參數(shù)粒徑和速度，并進一步推導出粒徑分布、降水量、能見度、降水 動能和降水類型。通過對降雨進行定性分析，可以得到降雨或降雪的強度，區(qū)分毛毛雨、大 雨、冰雹、雪花、雪球以及各種介于雪花和冰雹之間的降水，根據(jù)不同粒徑大小區(qū)間和不同 速度區(qū)間的粒子的數(shù)目，繪制出雨譜圖。裝置測量粒徑范圍0. 25mm，粒子速度范圍0. 20m/s，可區(qū)分22種降水類型。此外，還可根據(jù)控制單元存儲器中存儲的不同標準的天氣現(xiàn) 象代碼如SYNOP/METAR電報碼等，確定天氣現(xiàn)象和降水類型，通過RS485接口或RS232接口 輸出到記錄儀或計算機。
本實用新型的控制單元包括發(fā)射驅(qū)動電路、信號采集電路和通信接口，另外還配接有交 通氣象監(jiān)測設(shè)備接口，上述電路、接口分別和信號處理電路連接。信號處理電路可采用帶存 儲器、內(nèi)嵌數(shù)據(jù)處理軟件的單片機，可存儲至少10幅譜圖，720條歷史數(shù)據(jù)，此外，還存儲 提供集中天氣現(xiàn)象代碼，這些監(jiān)測信息能夠給道路交通管理部門和駕車人員提供方便。單片 機輸出信息可用通信接口 1個RS485， 1個RS232。發(fā)射驅(qū)動電路、信號采集電路采用常規(guī)電 路，分別驅(qū)動兩個發(fā)光二極管工作，采集兩個接收二極管輸出的電信號，進行轉(zhuǎn)換后送入單 片機。另外還配接有交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口，不僅能夠獨立工作，而且可以很容易、低成本 地配置成更復(fù)雜的監(jiān)測站型，可配接氣溫、風向、風速等氣象要素傳感器。
權(quán)利要求1、一種交通氣象綜合觀測裝置，其特征在于，包括前向散射能見度測量單元、激光降水測量單元和控制單元，所述前向散射能見度測量單元、激光降水測量單元分別和控制單元電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種交通氣象綜合觀測裝置，其特征在于，所述的前向散射能 見度測量單元包括分別和控制單元電連接的紅外光源發(fā)射機和光電接收機，該紅外光源發(fā)射 機發(fā)出的光照射采樣體積，該光電接收機接收散射信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號送到控制單元進 行采集處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通氣象綜合觀測裝置，其特征在于，所述的激光降水測 量單元包括分別和控制單元電連接的激光發(fā)射器和光電接收器，該激光發(fā)射器產(chǎn)生發(fā)射水平 激光光束穿過測量區(qū)域，該光電接收器接收激光束并將其轉(zhuǎn)換成電信號送到控制單元進行采 集處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種交通氣象綜合觀測裝置，其特征在于，所述的控制單元包 括發(fā)射驅(qū)動電路、信號采集電路、信號處理電路和通信接口，另外還配接有交通氣象監(jiān)測設(shè) 備接口；信號處理電路分別和其它電路、接口連接。
專利摘要本實用新型公開了一種交通氣象綜合觀測裝置，包括前向散射能見度測量單元、激光降水測量單元和控制單元，所述前向散射能見度測量單元和激光降水測量單元分別和控制單元電連接；進一步地，所述前向散射能見度測量單元包括分別和控制單元電連接的紅外光源發(fā)射機和光電接收機，所述激光降水測量單元包括分別和控制單元電連接的激光發(fā)射器和光電接收器，所述控制單元包括發(fā)射驅(qū)動電路、信號采集電路、信號處理電路和通信接口，另外還配接有交通氣象監(jiān)測設(shè)備接口。本實用新型能見度測量與天氣現(xiàn)象測量集于一體，并提供配接其它交通氣象監(jiān)測設(shè)備的接口，不僅能夠獨立工作，而且可以很容易、低成本地配置成更復(fù)雜的監(jiān)測站型。
文檔編號G01W1/02GK201392408SQ200920107360
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者胡玉鐸 申請人:北京華創(chuàng)風云科技有限責任公司