專(zhuān)利名稱(chēng)：傳感網(wǎng)絡(luò)的4d雷電采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感網(wǎng)絡(luò)的4D雷電采集方法，屬于自然現(xiàn)象獲取與模擬技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的聲、光、電信號(hào)。對(duì)雷電的研究 在氣象、防災(zāi)、影視等領(lǐng)域有著實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。直到目前，人們尚無(wú)法控制雷電的發(fā)生，因 此研究雷電發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律，檢測(cè)并記錄雷電發(fā)生的過(guò)程和參數(shù)，對(duì)雷電進(jìn)行多物理屬 性的采樣，在獲取雷電的外形圖像的同時(shí)獲取雷電的聲音等信息，對(duì)雷電的真實(shí)感仿真、制 定正確的防雷策略、設(shè)計(jì)可靠有效的防雷工程都顯得十分重要?，F(xiàn)代雷電探測(cè)技術(shù)始于二十世紀(jì)七十年代，由美國(guó)科學(xué)家Matin A. Uman和 Ε. PhilipKrider教授提出并實(shí)現(xiàn)的，隨后各種針對(duì)雷電探測(cè)的研究在美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)、德 國(guó)迅速發(fā)展。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)200620016492. 4雷電監(jiān)測(cè)記錄網(wǎng)系統(tǒng)提出一種雷電監(jiān)測(cè)記 錄系統(tǒng)，能夠?qū)嶋H并真實(shí)記錄雷擊發(fā)生時(shí)雷電流實(shí)際發(fā)生時(shí)的具體情況，找出雷電流釋放 的規(guī)律并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行防雷工程的設(shè)計(jì)和防雷設(shè)備的選擇，該文獻(xiàn)只考慮了對(duì)放電信號(hào) 的數(shù)據(jù)獲取，沒(méi)有考慮雷聲、三維形態(tài)等數(shù)據(jù)的采集。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)200910061599. 9數(shù)字 式雷電探測(cè)方法及其裝置，在接收雷電放電時(shí)產(chǎn)生的電磁信號(hào)進(jìn)行采集，構(gòu)建數(shù)字化地閃 雷電信號(hào)識(shí)別模型，用數(shù)字化地閃雷電信號(hào)識(shí)別模型對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算及判 定，該文獻(xiàn)只針對(duì)雷電的電磁信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，而沒(méi)有考慮雷電發(fā)生時(shí)的聲光信息。中國(guó)專(zhuān)利 文獻(xiàn)200910301972. 3光聲雷電探測(cè)方法及其探測(cè)器，利用向上的攝像機(jī)和聲音采集器對(duì) 定點(diǎn)的雷電圖像和聲音信息進(jìn)行采集，而沒(méi)有考慮對(duì)大范圍區(qū)域的雷電信息進(jìn)行采集。中 國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)200920084968. 1數(shù)字式雷電探測(cè)裝置，由天線(xiàn)，信號(hào)調(diào)理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，地閃 雷電信號(hào)識(shí)別模型模塊，系統(tǒng)控制管理器，輔助控制管理器，通信接口，外部存儲(chǔ)器及時(shí)鐘 組成。通過(guò)DSP、CPLD和FPGA組合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)地閃雷電信號(hào)識(shí)別模型的完全可編程性，并具 有可再配置能力。該文獻(xiàn)只針對(duì)雷電的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，沒(méi)有考慮對(duì)雷電多維物理數(shù)據(jù)的采 集和一致性處理?，F(xiàn)有的雷電探測(cè)方法大多集中在對(duì)閃電發(fā)生時(shí)的電磁變化的獲取，大多數(shù)方法是 固定點(diǎn)進(jìn)行采集，不能得到大范圍的雷電變化數(shù)據(jù)，并過(guò)度依賴(lài)于采樣平臺(tái)的獲取質(zhì)量。利 用傳感網(wǎng)絡(luò)的4D雷電采集方法可獲取大規(guī)模區(qū)域的雷電發(fā)生時(shí)的位置、三維形態(tài)、雷聲、 無(wú)線(xiàn)電頻譜，并可建立雷電形態(tài)與物理參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在進(jìn)行雷電的真實(shí)感模擬和防雷 工程的設(shè)計(jì)等方面有著巨大的利用空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決大規(guī)模區(qū)域中雷電發(fā)生時(shí)的雷電位置、三維形態(tài)、聲音、無(wú)線(xiàn) 電頻譜等物理參數(shù)的獲取問(wèn)題，利用傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)大范圍區(qū)域的雷電信息進(jìn)行采樣，在每個(gè) 采樣節(jié)點(diǎn)設(shè)置多種采樣設(shè)備的采樣平臺(tái)，在獲取雷電發(fā)生位置信息的同時(shí)獲取其對(duì)應(yīng)三維形態(tài)、聲音、無(wú)線(xiàn)電頻譜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是(1)設(shè)計(jì)雷電的4D采樣裝置，采集空間3D閃電形態(tài)和雷電的無(wú)線(xiàn)電頻譜、雷聲等 物理參數(shù)信息，4D指雷電的三維空間數(shù)據(jù)和包含“空間形態(tài)、雷聲、雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜”的雷電 物理屬性維；(2)利用步驟(1)中設(shè)計(jì)的采樣節(jié)點(diǎn)，定點(diǎn)采集和移動(dòng)采集相結(jié)合，利用傳感器網(wǎng) 絡(luò)對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)采樣；(3)對(duì)步驟(2)中采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行去除噪聲處理，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)多種采集設(shè)備間的相 互標(biāo)定實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)的一致性；(4)將步驟(3)中獲取數(shù)據(jù)，利用3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)大范圍采樣數(shù)據(jù)的 傳輸；(5)利用從步驟(4)接收的雷電采樣數(shù)據(jù)，建立雷電的三維形態(tài)與物理屬性的對(duì) 應(yīng)關(guān)系，生成4D雷電數(shù)據(jù)庫(kù)。所述的步驟(1)所需的采樣設(shè)備進(jìn)一步細(xì)化(1. 1)低速相機(jī)和高速相機(jī)結(jié)合，獲得閃電的空間圖像信息；(1. 2)聲音探測(cè)器獲取雷的聲音，并通過(guò)對(duì)聲音分析確定雷電發(fā)生時(shí)的位置；(1. 3)無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀獲取雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜；(1. 4) GPS對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行空間位置的定位；(1. 5) 3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的采樣裝置可同時(shí)采集雷電的空間位置和包含“空間形態(tài)、雷聲、 雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜”的雷電物理屬性維，在得到雷電形態(tài)的同時(shí)還獲得在該形態(tài)雷電發(fā)生時(shí) 的雷聲、無(wú)線(xiàn)電頻譜等物理信息。(2)本發(fā)明采用固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的組合采樣，在雷電發(fā)生密集區(qū)域通過(guò)增加 移動(dòng)結(jié)果提高采樣密度，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍雷電發(fā)生區(qū)域的雷電數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，并可通過(guò)移動(dòng) 和固定節(jié)點(diǎn)間采樣數(shù)據(jù)間的相互標(biāo)定，對(duì)雷電在傳播中變化進(jìn)行分析。(3)本發(fā)明利用3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸，利用3G的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的 傳輸共享，考慮無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在雷電發(fā)生時(shí)的穩(wěn)定性，可控的對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。(4)本發(fā)明生成雷電的4D采樣數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)雷電形態(tài)與聲音、無(wú)線(xiàn)電譜等物理參 數(shù)的對(duì)應(yīng)，可廣泛用于雷電的防護(hù)工程設(shè)計(jì)和雷電的三維模擬中。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)方案圖；圖2為本發(fā)明的雷電采集單站設(shè)備組成圖；圖3為本發(fā)明的傳感網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)分布圖；圖4為本發(fā)明的雷電采集過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
對(duì)雷電進(jìn)行大范圍的4D數(shù)據(jù)采集是建立在兩個(gè)前提上(1)雷電發(fā)生區(qū)域已知，即對(duì)雷電高發(fā)區(qū)域的監(jiān)測(cè)得知該區(qū)域雷電頻發(fā)或者通過(guò) 氣象數(shù)據(jù)得知該區(qū)域即將發(fā)生雷電現(xiàn)象；(2)采樣區(qū)域?qū)崿F(xiàn)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。在以上兩個(gè)前提條件下，利用傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行到4D雷電采集，實(shí)施流程如圖(1)所 示，具體步驟如下步驟⑴設(shè)計(jì)雷電的4D采樣裝置，如圖⑴所示，采集空間3D閃電形態(tài)和雷電的 無(wú)線(xiàn)電頻譜、雷聲等物理參數(shù)信息，4D指雷電的三維空間數(shù)據(jù)和包含“空間形態(tài)、雷聲、雷電 無(wú)線(xiàn)電頻譜”的雷電物理屬性維。采樣裝置包括如下設(shè)備低速相機(jī)、高速相機(jī)、聲音探測(cè) 器、無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀、GPS、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備。具體的 包括1)低速相機(jī)和高速相機(jī)結(jié)合，獲得閃電的空間圖像信息。低速相機(jī)和高速相機(jī)，其 特征在于高、低速相機(jī)均采用魚(yú)眼鏡頭，可獲取廣角圖像。高速相機(jī)拍攝速度快但成像精 度低，低速相機(jī)拍攝速度慢但成像精度高，通過(guò)兩種相機(jī)的相互標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理，可獲取閃 電的高精度連續(xù)范圍形態(tài)數(shù)據(jù)，完成多尺度的雷電采集。2)聲音探測(cè)器獲取雷的聲音，并通過(guò)對(duì)聲音分析確定雷電發(fā)生時(shí)的位置。采用麥 克風(fēng)陣列來(lái)進(jìn)行雷電聲音的采樣，在獲取雷聲強(qiáng)度的同時(shí)，利用基于麥克風(fēng)陣列的聲源定 位算法判斷雷電發(fā)生的起始位置。閃電雷聲信號(hào)集中在頻率低于100HZ的可聞區(qū)和次聲 區(qū)，其聲強(qiáng)的峰值位于40HZ附近，可探測(cè)距離在25Km以?xún)?nèi)。3)無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀獲取雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜。無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀記錄雷電 產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電譜，通過(guò)對(duì)沒(méi)有閃電時(shí)的無(wú)線(xiàn)電譜背景噪音的補(bǔ)償，提取雷電的無(wú)線(xiàn)電頻譜特 征，獲取雷電發(fā)生時(shí)的無(wú)線(xiàn)電頻譜數(shù)據(jù)。4)GPS對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行空間位置的定位。利用衛(wèi)星和GPS定位器對(duì)固定采集節(jié)點(diǎn)和 移動(dòng)采集結(jié)果進(jìn)行定位，尤其是對(duì)移動(dòng)采樣節(jié)點(diǎn)的定位，可以精確獲得每次采樣時(shí)的位置， 通過(guò)GPS的定位實(shí)現(xiàn)在傳感網(wǎng)絡(luò)中的任意位置進(jìn)行采樣，并可通過(guò)GPS的信息對(duì)不同采樣 點(diǎn)的采樣結(jié)果進(jìn)行一致性標(biāo)定處理。5) 3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸。利用3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多種采樣數(shù)據(jù)的 傳輸和共享，實(shí)現(xiàn)圖像、聲音、數(shù)據(jù)等多類(lèi)型數(shù)據(jù)的可靠傳輸。步驟(2)中定點(diǎn)采集和移動(dòng)采集相結(jié)合利用傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多 點(diǎn)采樣，其網(wǎng)絡(luò)分布示意如圖(3)所示，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和GPS定位衛(wèi)星覆蓋區(qū)域安置多個(gè)固定 采樣點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)覆蓋固定區(qū)域，當(dāng)雷電在某一區(qū)域密集發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)車(chē)載可移動(dòng)結(jié)點(diǎn) 接近雷電發(fā)生區(qū)域，增加該區(qū)域的采樣結(jié)點(diǎn)密度，可移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的GPS可以精確定位每次采 樣時(shí)的地理位置。在大范圍的雷電發(fā)生區(qū)域，雷電的定點(diǎn)采集和移動(dòng)采集相結(jié)合，利用傳感 網(wǎng)絡(luò)對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)采樣。在雷電預(yù)計(jì)發(fā)生區(qū)域設(shè)置多個(gè)定點(diǎn)采樣節(jié)點(diǎn)，不同節(jié) 點(diǎn)覆蓋一定區(qū)域，多節(jié)點(diǎn)間通過(guò)相互結(jié)合和標(biāo)定，可實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域的采樣。通過(guò)各結(jié)點(diǎn)采 樣結(jié)果的反饋，對(duì)某一區(qū)域雷電發(fā)生是否密集進(jìn)行判斷。在雷電發(fā)生密集的區(qū)域通過(guò)增加 移動(dòng)采樣節(jié)點(diǎn)(如車(chē)載可移動(dòng)采樣節(jié)點(diǎn))，來(lái)增加采樣節(jié)點(diǎn)的密度，增強(qiáng)采樣精度。固定 節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)結(jié)點(diǎn)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域的雷電多級(jí)采樣，采集具體過(guò)程如圖(4)所示。步驟(3)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行去除噪聲處理，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)多種采集設(shè)備間的相互標(biāo)定實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)的一致性；雷電發(fā)生時(shí)閃電和雷聲的傳播時(shí)間不同，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用 GPS進(jìn)行時(shí)間同步，通過(guò)對(duì)多節(jié)點(diǎn)多設(shè)備的采樣數(shù)據(jù)的一致性標(biāo)定，可獲取雷電在大范圍區(qū) 域的傳播的過(guò)程變化數(shù)據(jù)。具體包括以下內(nèi)容1)固定采樣節(jié)點(diǎn)的閃電和雷聲一致性處理。根據(jù)閃電和雷聲傳播特性的不同，由 閃電光強(qiáng)信號(hào)與第一聲雷到達(dá)的時(shí)間間隔可以計(jì)算閃電發(fā)生的距離。2)采樣節(jié)點(diǎn)間空間位置一致性的標(biāo)定。各采樣節(jié)點(diǎn)各自覆蓋一定區(qū)域，各節(jié)點(diǎn)采 樣范圍互有覆蓋，通過(guò)GPS定位實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)在空間位置上對(duì)某一區(qū)域的覆蓋。3)各采樣節(jié)點(diǎn)間采樣數(shù)據(jù)時(shí)空一致性標(biāo)定。各結(jié)點(diǎn)每次采樣都添加時(shí)間信息，通 過(guò)對(duì)時(shí)間信息的分析可以得到閃電與雷聲在該區(qū)域的傳播規(guī)律。4)采樣點(diǎn)與雷電發(fā)生位置間的一致性標(biāo)定。通過(guò)帶有魚(yú)眼鏡頭的高低速相機(jī)和麥 克風(fēng)陣列的采樣數(shù)據(jù)分析，可以大致確定雷電的初始發(fā)生位置；GPS定位和相機(jī)參數(shù)的分 析可以更進(jìn)一步的確認(rèn)雷電發(fā)生位置；多節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)同一雷電采樣時(shí)，閃電和雷聲的傳播 對(duì)比可以最終確認(rèn)雷電發(fā)生位置。步驟(4)利用3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)大范圍采樣數(shù)據(jù)的傳輸。各采樣節(jié)點(diǎn) 將多設(shè)備采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、標(biāo)定和壓縮后，通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，傳送到數(shù)據(jù)接 收服務(wù)器，利用3G的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸共享。步驟(5)利用雷電采樣數(shù)據(jù)生成4D雷電數(shù)據(jù)庫(kù)。利用帶有魚(yú)眼鏡頭的高低速相 機(jī)得到的閃電形態(tài)采樣數(shù)據(jù)和閃電發(fā)生位置信息，使用基于圖像的建模方法生成雷電的三 維模型，并將其對(duì)應(yīng)的聲音和無(wú)線(xiàn)電頻譜信息與三維模型合成4D雷電模型。通過(guò)對(duì)雷電的 多物理屬性分析，可將雷的聲音、無(wú)線(xiàn)電頻譜作為“雷紋”，與相應(yīng)觀察點(diǎn)下閃電的三維空間 形態(tài)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。生成基于多物理屬性的物理的4D雷電數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中4D雷電模型源 于雷電的真實(shí)采樣，可廣泛用于雷電的真實(shí)感模擬和氣象分析。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知技術(shù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種傳感網(wǎng)絡(luò)的4D雷電采集方法，其特征在于步驟包括(1)設(shè)計(jì)雷電的4D采樣裝置，采集空間3D閃電形態(tài)和雷電的無(wú)線(xiàn)電頻譜、雷聲信息，4D指雷電的三維空間數(shù)據(jù)和包含“空間形態(tài)、雷聲、雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜”的雷電物理屬性維；(2)定點(diǎn)采集和移動(dòng)采集相結(jié)合利用傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)采樣；(3)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行去除噪聲處理，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)多種采集設(shè)備間的相互標(biāo)定實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)的一致性；(4)將步驟(3)中去噪處理后的數(shù)據(jù)利用3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)大范圍采樣數(shù)據(jù)的傳輸；(5)利用雷電采樣數(shù)據(jù)生成4D雷電數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)設(shè)計(jì)雷電4D采樣裝置包 括如下設(shè)備低速相機(jī)、高速相機(jī)、聲音探測(cè)器、無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀、GPS、3G無(wú)線(xiàn)通信 設(shè)備；所述低速相機(jī)和所述高速相機(jī)結(jié)合，獲得閃電的空間圖像信息；所述聲音探測(cè)器獲取雷的聲音，并通過(guò)對(duì)聲音分析確定雷電發(fā)生時(shí)的位置；所述無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀獲取雷電無(wú)線(xiàn)電頻譜；所述GPS對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行空間位置的定位；所述3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的低速相機(jī)和高速相機(jī)均采用魚(yú)眼 鏡頭，可獲取廣角圖像；高速相機(jī)拍攝速度快但成像精度低，低速相機(jī)拍攝速度慢但成像精 度高，通過(guò)兩種相機(jī)的相互標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理，可獲取閃電的高精度連續(xù)范圍形態(tài)數(shù)據(jù)，完成 多尺度的雷電采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的聲音探測(cè)器采用麥克風(fēng)陣列來(lái)進(jìn) 行雷電聲音的采樣，在獲取雷聲強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)聲音判斷雷電起始點(diǎn)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀記錄雷電 產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電譜，通過(guò)對(duì)沒(méi)有閃電時(shí)的無(wú)線(xiàn)電譜背景噪音的補(bǔ)償，提取雷電的無(wú)線(xiàn)電頻譜特 征，獲取雷電發(fā)生時(shí)的無(wú)線(xiàn)電頻譜數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)中設(shè)置雷電的定點(diǎn)采集 和移動(dòng)采集相結(jié)合，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)采樣；在雷電發(fā)生區(qū)域設(shè)置 多個(gè)定點(diǎn)采樣節(jié)點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)覆蓋一定區(qū)域，多節(jié)點(diǎn)間通過(guò)相互結(jié)合和標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū) 域的采樣；在雷電發(fā)生密集的區(qū)域通過(guò)增加移動(dòng)采樣節(jié)點(diǎn)來(lái)增加采樣的節(jié)點(diǎn)密度，增強(qiáng)采 樣精度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行去除 噪聲處理，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)多種采集設(shè)備間的相互標(biāo)定實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)的一致性；雷電發(fā)生時(shí)閃 電和雷聲的傳播時(shí)間不同，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用GPS進(jìn)行時(shí)間同步，通過(guò)對(duì)多節(jié)點(diǎn)多設(shè)備 的采樣數(shù)據(jù)的一致性標(biāo)定獲取雷電在大范圍區(qū)域的傳播的過(guò)程變化數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)中利用3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備 實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)大范圍采樣數(shù)據(jù)的傳輸；各采樣節(jié)點(diǎn)將多設(shè)備采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、標(biāo)定 和壓縮后，通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備傳送到數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，利用3G的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳 輸共享。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(5)中利用雷電采樣數(shù)據(jù)生 成4D雷電數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中保存雷電的三維信息和空間形態(tài)、雷聲、無(wú)線(xiàn)電頻譜之間的數(shù) 據(jù)信息；利用帶有魚(yú)眼鏡頭的高低速相機(jī)得到的閃電形態(tài)采樣數(shù)據(jù)和閃電發(fā)生位置信息， 使用基于圖像的建模方法生成雷電的三維模型，并將其對(duì)應(yīng)的聲音和無(wú)線(xiàn)電頻譜信息與三 維模型合成4D雷電模型；通過(guò)對(duì)雷電的多物理屬性分析，將雷的聲音、無(wú)線(xiàn)電頻譜作為“雷 紋”，與相應(yīng)觀察點(diǎn)下閃電的三維空間形態(tài)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，生成基于多物理屬性的物理的4D雷電 數(shù)據(jù)庫(kù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于自然現(xiàn)象數(shù)據(jù)獲取與模擬領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種使用傳感網(wǎng)絡(luò)的4D雷電采集方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為(1)設(shè)計(jì)雷電的多物理屬性采樣節(jié)點(diǎn)，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)大范圍采集空間3D閃電形態(tài)和雷電的無(wú)線(xiàn)電頻譜、雷聲等物理參數(shù)信息，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括如下設(shè)備低速相機(jī)、高速相機(jī)、聲音探測(cè)、GPS、3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備、無(wú)線(xiàn)電寬頻頻譜分析儀；(2)定點(diǎn)采集和移動(dòng)采集相結(jié)合對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行多級(jí)采樣；(3)通過(guò)多節(jié)點(diǎn)多設(shè)備的標(biāo)定實(shí)施數(shù)據(jù)獲取的同步；(4)利用3G無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)大范圍采樣數(shù)據(jù)的傳輸；(5)生成4D雷電采樣數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明的采集方法具有如下特點(diǎn)閃電的三維形態(tài)、雷聲以及無(wú)線(xiàn)電頻譜可以同時(shí)被獲取，定點(diǎn)采集與移動(dòng)采集結(jié)合實(shí)現(xiàn)大范圍雷電數(shù)據(jù)的采集。本發(fā)明采集到的雷電數(shù)據(jù)在可用于氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)和基于物理的雷電模擬。
文檔編號(hào)G01R29/08GK101975894SQ20101027682
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者伍朝輝, 吳威, 周忠, 趙沁平 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)