一种基于物联网的雷电灾害监测系统

技术领域

本发明涉及雷电监测与分析领域，尤其涉及一种基于物联网的雷电灾害监测系统。

背景技术

雷电常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。雷电灾害经常导致人员伤亡，还可能导致供配电系统、通信设备、民用电器的损坏，引起森林火灾，仓储、炼油厂、油田等燃烧甚至爆炸，造成重大的经济损失和不良社会影响。因此，做到对雷电灾害的提前预知、预警、预防，对有可能发生或已经发生雷电的区域进行识别、跟踪和预报预警，有效防范和降低雷电威胁。

本实验团队长期针对雷电灾害监测的相关技术进行大量相关记录资料的浏览和研究，同时依托相关资源，并进行大量相关实验，经过大量检索发现存在的现有技术如现有技术公开的KR1020150043729A、JP2011122579A、JP2014159621A、和CN104950187B，如现有技术公开的一种基于电网GIS的雷电分析预警方法及系统，包括以下步骤：根据电网设备的坐标确立基础电网设备地理信息图层；获取电网设备覆盖区域雷电天气的实时监测数据已以及气象云图信息数据；建立雷电天气数据模型；将实时监测数据与雷电天气数据模型进行匹配，确立雷电预警等级，将基础电网设备地理信息图层与雷电天气图层进行关联，将电网设备信息和雷电预警数据在电网GIS平台上叠加展示。

为了解决本领域普遍存在对相应区域的雷电监测以及难度大、现有监测设备的安装不稳定容易在雷电环境下发生损坏等等问题，作出了本发明。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前本邻域所存在的不足，提出了一种基于物联网的雷电灾害监测系统。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于物联网的雷电灾害监测系统，所述雷电灾害监测系统包括配合设置于目标区域以对相应目标区域的雷电情况进行数据监测的监测模块、对所述监测模块监测获取的数据信息进行接收并分析处理以判断相应目标区域的雷电情况的云端服务器、和将所述监测模块与云端服务器通过通讯连接进行实现数据信息互相传输的信号模块，其中，目标区域预先均匀划分为至少一个监测区，所述监测模块包括分别设置于相应监测区内的单元监测机构、对所述单元监测机构进行风力缓冲防护的防护单元、和根据相应单元监测机构的监测位置预先对相应单元监测机构设置的识别编号。

进一步的，所述单元监测机构包括固定于相应监测区的固定基座、垂直所述固定基座设置的固定杆、设置于所述固定杆上端的内部区域的容置腔、设置于固定杆的部分外杆壁上且能够从所述容置腔内观察到固定杆外界的透明窗、通过相应安装座嵌设于相应容置腔内并通过相应透明窗获取所述固定杆外界的监测区的环境图像信息的微型摄像装置、嵌设于所述固定杆内且对所述固定杆所在的监测区进行音频信息录取的声音获取单元、活动环绕于所述固定杆的外杆壁的以用于对相应透明窗进行防护遮挡的遮挡环、和配合设置于所述固定杆内部且用于控制所述遮挡环对透明窗的遮挡作业的驱动机构。

进一步的，所述防护单元包括以预设距离依次水平环绕连接于固定杆的外杆壁的环绕板、相邻的环绕板与相邻环绕板之间的外杆壁互相隔绝形成的互相独立作业的单元腔、依次转动配合于相应单元腔区域的外杆壁的转动环、依次固定于所述转动环的外环壁上的转动叶、和分别配合于转动环的内环壁与固定杆的外杆壁之间的球轴承件。

进一步的，所述驱动机构包括沿所述固定杆顶部区域的外杆壁设置的至少两个线性凹槽、一端固定于所述遮挡环的内环壁且另一端朝相应线性凹槽分别活动抵接的抵接杆、设置于固定杆内部的且位于所述容置腔下方区域的驱动腔、转动配合于所述驱动腔内的至少两个转动棍、分别围绕配合于所述转动棍上的至少两个牵引绳索、配合设置于所述外杆壁上的用于分别供相应牵引绳索的末端贯出至驱动腔外的贯出口、将所述牵引伸缩的末端分别固定于所述遮挡环的内环壁上的固定锁合元件、和分别驱动所述转动棍进行转动作业的减速电机，其中，所述线性凹槽沿所述固定杆的杆长方向线性设置，且所述抵接杆的另一端伸入至相应线性凹槽的槽底壁内，进一步，所述抵接杆的另一端嵌设有相对所述槽底壁进行滚动的滚轮。

进一步的，所述云端服务器包括基于所述信号模块对所述监测模块监测获取的音频信息和图像信息进行接收的接收单元、对所述声音获取单元监测的音频信息进行分析处理以识别相应监测区的雷声的声音识别单元、和对所述微型摄像装置获得的图像信息进行分析处理以判断相应监测区的雷电情况以及对相应监测区的雷电危害现象进行判断识别的图像识别单元。

本发明所取得的有益效果是：

1.本发明通过所述防护单元以有效对在雷电天气下进行监测作业的单元监测机构进行防护，以保证对相应监测区的监测数据的获取，进而提高相应单元监测机构对相应监测区的持续有效的监测作业。

2.本发明的驱动机构在所述微型摄像装置未进行拍摄作业的情况下，通过对监测区域的沙石异物进行遮挡进而有效对相应透明窗进行防护，以避免相应透明窗被损坏进而造成微型摄像装置所获取的图像的参考值下降进而造成图像识别单元的识别结果与现实情况存在误差的现象发生。

3.本发明基于所述云端服务器以对相应监测区域的音频信息和图形信息进行分析识别，并在对相应监测区的雷声的识别判断后，进一步通过图像处理技术以对相应监测区内的雷电灾害进行监测，以提高对现有监测区的雷电灾害识别的精准度。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的雷电灾害监测系统的模块化示意图。

图2为本发明的云端服务器的模块化示意图。

图3为本发明的防护单元的结构示意图。

图4为本发明的驱动机构的结构示意图。

图5为本发明的声音识别单元的流程示意图。

附图标号说明：1-转动叶；2-转动环；3-球轴承件；4-固定杆；5-抵接杆；6-驱动腔；7-贯出口；8-转动棍；9-线性凹槽；10-牵引绳索；11-遮挡环。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；要指出的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本案。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。并且关于附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

结合附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，本实施例构造了一种基于物联网的雷电灾害监测系统；

一种基于物联网的雷电灾害监测系统，所述雷电灾害监测系统包括配合设置于目标区域以对相应目标区域的雷电情况进行数据监测的监测模块、对所述监测模块监测获取的数据信息进行接收并分析处理以判断相应目标区域的雷电情况的云端服务器、和将所述监测模块与云端服务器通过通讯连接进行实现数据信息互相传输的信号模块，其中，目标区域预先均匀划分为至少一个监测区，所述监测模块包括分别设置于相应监测区内的单元监测机构、对所述单元监测机构进行风力缓冲防护的防护单元、和根据相应单元监测机构的监测位置预先对相应单元监测机构设置的识别编号；

所述单元监测机构包括固定于相应监测区的固定基座、垂直所述固定基座设置的固定杆、设置于所述固定杆上端的内部区域的容置腔、设置于固定杆的部分外杆壁上且能够从所述容置腔内观察到固定杆外界的透明窗、通过相应安装座嵌设于相应容置腔内并通过相应透明窗获取所述固定杆外界的监测区的环境图像信息的微型摄像装置、嵌设于所述固定杆内且对所述固定杆所在的监测区进行音频信息录取的声音获取单元、活动环绕于所述固定杆的外杆壁的以用于对相应透明窗进行防护遮挡的遮挡环、和配合设置于所述固定杆内部且用于控制所述遮挡环对透明窗的遮挡作业的驱动机构；

所述防护单元包括以预设距离依次水平环绕连接于固定杆的外杆壁的环绕板、相邻的环绕板与相邻环绕板之间的外杆壁互相隔绝形成的互相独立作业的单元腔、依次转动配合于相应单元腔区域的外杆壁的转动环、依次固定于所述转动环的外环壁上的转动叶、和分别配合于转动环的内环壁与固定杆的外杆壁之间的球轴承件；

所述驱动机构包括沿所述固定杆顶部区域的外杆壁设置的至少两个线性凹槽、一端固定于所述遮挡环的内环壁且另一端朝相应线性凹槽分别活动抵接的抵接杆、设置于固定杆内部的且位于所述容置腔下方区域的驱动腔、转动配合于所述驱动腔内的至少两个转动棍、分别围绕配合于所述转动棍上的至少两个牵引绳索、配合设置于所述外杆壁上的用于分别供相应牵引绳索的末端贯出至驱动腔外的贯出口、将所述牵引伸缩的末端分别固定于所述遮挡环的内环壁上的固定锁合元件、和分别驱动所述转动棍进行转动作业的减速电机，其中，所述线性凹槽沿所述固定杆的杆长方向线性设置，且所述抵接杆的另一端伸入至相应线性凹槽的槽底壁内，进一步，所述抵接杆的另一端嵌设有相对所述槽底壁进行滚动的滚轮；

所述云端服务器包括基于所述信号模块对所述监测模块监测获取的音频信息和图像信息进行接收的接收单元、对所述声音获取单元监测的音频信息进行分析处理以识别相应监测区的雷声的声音识别单元、和对所述微型摄像装置获得的图像信息进行分析处理以判断相应监测区的雷电情况以及对相应监测区的雷电危害现象进行判断识别的图像识别单元；

其中，所述转动环依次限位转动于相应的单元腔内，在外界风力作用下，所述转动叶受风力驱动进行转动，且不同的转动环对应在所述单元腔内进行转动作业，以缓解风力对固定杆的杆体的直接驱动，并有效减少所述风力驱动下所述固定杆发生弯曲折断的现象；

本发明通过所述防护单元以有效对在雷电天气下进行监测作业的单元监测机构进行防护，以保证对相应监测区的监测数据的获取，进而提高相应单元监测机构对相应监测区的持续有效的监测作业。

实施例二：

结合附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，除了包含以上实施例的内容以外，还在于：

所述驱动机构包括沿所述固定杆顶部区域的外杆壁设置的至少两个线性凹槽、一端固定于所述遮挡环的内环壁且另一端朝相应线性凹槽分别活动抵接的抵接杆、设置于固定杆内部的且位于所述容置腔下方区域的驱动腔、转动配合于所述驱动腔内的至少两个转动棍、分别围绕配合于所述转动棍上的至少两个牵引绳索、配合设置于所述外杆壁上的用于分别供相应牵引绳索的末端贯出至驱动腔外的贯出口、将所述牵引伸缩的末端分别固定于所述遮挡环的内环壁上的固定锁合元件、和分别驱动所述转动棍进行转动作业的减速电机，其中，所述线性凹槽沿所述固定杆的杆长方向线性设置，且所述抵接杆的另一端伸入至相应线性凹槽的槽底壁内，进一步，所述抵接杆的另一端嵌设有相对所述槽底壁进行滚动的滚轮，具体的，相应牵引伸缩的其中一个末端通过相应贯出口贯出至所述驱动腔外并连接固定于所述遮挡环的内环壁的顶部区域，相应牵引绳的另一个末端通过相应贯出口贯出至所述驱动腔外并连接固定于所述遮挡环的环底壁上，所述牵引绳的中部区域均匀围绕于所述转动棍的外棍壁上，且所述牵引绳的两末端分别从所述转动棍的不同两端贯穿配合至不同的贯出口上，同一牵引绳的其中一末端从位于相应转动棍的上方的贯出口贯出，且同一牵引绳的另一末端从位于相应转动棍的下方的贯出口贯出，进而所述转动棍在转动过程中对所述牵引绳的两端的释放长度的总长度和相同，且不同的牵引绳的末端分别固定于所述遮挡环的对称区域上，且以所述牵引绳的从相应上方的贯出口贯出的一端为上末端，以所述牵引绳的从相应下方的贯出口贯出的一端为下末端；

且通过所述减速电机驱动所述转动棍进行转动作业，进而对所述牵引绳的两末端的释放长度进行调整，具体的，所述驱动机构被设置为：在所述减速电机驱动相应牵引绳的上末端为预设的下限释放长度时，相应遮挡环被所述上末端牵扯至将所述透明窗所在的杆外壁进行环绕遮挡，相反，在上末端的绳子释放长度变大时，相应下末端的绳子释放长度变小，且遮挡环在下末端的牵扯下，所述遮挡环移动至透明窗的下方，进而使得所述摄像装置通过所述透明窗以对相应监测区的环境进行图像监测获取；

进而通过所述驱动机构对所述遮挡环的移动驱动以在所述摄像装置在非工作下，有效对所述透明窗进行防护，且在所述监测模块监测到雷声信号时，进一步驱动所述遮挡环离开所述透明窗所在的杆外壁区域，以使得所述微型摄像装置进行相应的环境图像获取；

本发明的驱动机构在所述微型摄像装置未进行拍摄作业的情况下，通过对监测区域的沙石异物进行遮挡进而有效对相应透明窗进行防护，以避免相应透明窗被损坏进而造成微型摄像装置所获取的图像的参考值下降进而造成图像识别单元的识别结果与现实情况存在误差的现象发生。

实施例三：结合附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，除了包含以上实施例的内容以外，还在于：

所述云端服务器包括基于所述信号模块对所述监测模块监测获取的音频信息和图像信息进行接收的接收单元、对所述声音获取单元监测的音频信息进行分析处理以识别相应监测区的雷声的声音识别单元、和对所述微型摄像装置获得的图像信息进行分析处理以判断相应监测区的雷电情况以及对相应监测区的雷电危害现象进行判断识别的图像识别单元，具体的，所述声音获取单元包括对相应监测区的声音强度进行监测的声强传感器、和对相应监测区的音频信息进行录取的录音设备，在所述声强传感器的监测对应环境存在声音强度大于预设强度情况时进一步产生触发信号并将所述触发信号发送至所述录音设备和微型摄像装置，以驱动所述录音设备和微型摄像装置开始作业；

具体的，所述声音识别单元包括流程步骤：

S101：以不同的雷声音频作为训练样本，对所述训练样本进行实验训练以获得与雷声的音频特征参量相关的雷声特征，

S102：在所述录音设备开始录音作业后，以预设频率接收所述录音设备录取的音频信息，进一步通过基于深度学习的目标检测算法判断所述音频信息是否符合雷电特征，

S103：当所述音频信息不存在符合雷电特征的音频片段时，判断相应监测区未发生雷电，并且生成停止作业信号并发送至相应录音设备和微型摄像装置，以驱动所述录音设备和微型摄像装置结束相应监测作业，并且声音识别单元结束作业，

相反，当所述音频信息存在符合雷电特征的音频片段时，判断相应监测区生成雷电，并且声音识别单元进一步进行分析作业，

S103：在判断相应监测区生成雷电时，对应生成作业信号并发送至所述图像识别单元以使得所述图像识别单元对所述微型摄像装置的拍摄的图像信息进行接收和进一步分析作业，同时发送相应作业信号至相应录音设备以使得相应录音设备持续获取相应监测区的音频信息，

S104：持续接收识别所述录音设备录取的音频信息，并且识别提取所述音频信息中产生雷电特征的时域段，且将相应产生雷电特征的时域段作为目标时域段；

所述图像识别单元包括流出步骤：

S201：以不同雷电图像作为训练图集，对所述训练图集进行大量重复实验训练以获取雷电的图像特征，提取预先拍摄获得的相应监测区未发生雷电火灾情况的图像作为对比图像，且以所述对比图形中各像素的灰度值范围作为参照集合A，

S202：接收所述声音识别单元发送的作业信号后，进一步接收相应微型摄像装置对相应监测区进行拍摄获取的连续帧的图像信息，分别以每个目标时域段范围内获得的连续帧图像信息作为一个处理组，且将相应目标时域段结束后拍摄的至少两个连续帧的图像作为相应目标时域段的核实图像，

S203：获取所述处理组内的图像信息作为目标图像，其中，所述对比图像与目标图像的规格相同，基于所述雷电特征进而对所述目标图像中雷电图形进行识别，且以所述目标图形中雷电图形的单元像素总数Nth进行提取，

S204：对所述目标图像进行灰度化处理，将所述目标图像均匀划分为g个由n×n个单元像素组成的单元图形，将所述核实图像也均匀划分为g个由n×n个单元像素组成的子图形，且对相同监测区进行图像展示的单元图形与子图形之间依次匹配，

S205：基于雷电的图像特征，以分别识别位于所述单元图形中的雷电图形，且将存在部分雷电图形的单元图形作为雷电区域图形，

S206：对应提取与雷电区域图形相匹配的子图形作为目标子图形，

S207：针对相应目标时域段对应连续帧获得的核实图像，根据相应核实图像获取时间依次表示为Pcheck1、Pcheck2…Pcheckn-1、Pcheckn,且Pcheckn为相应目标时域段的第n个获得的核实图像，且以Pcheckn的第t个目标子图形表示为Pcheckn(t)，

S208：根据对预先获得的雷电造成的火焰以及烟雾的不同图形信息进行重复实验训练，进而获得火焰的图形的灰度值范围且表示为集合B，以及烟雾的图形的灰度值范围且表示为集合C，

S209：对相应目标子图形进行烟火识别，以Gnt(x,y)表示Pcheckn(t)对应的第x列、第y行的单元像素的灰度级，

S210：

S211：其中分别计算获得各核实图像中对应灰度值的在集合B范围内的单元像素的总个数Nfi，以及在集合C范围内的单元像素的总个数Nfr，并且以Pcheckn中在集合B范围内的单元像素的总个数表示为G

S212：进一步判断连续帧的核实图形中相应评估为火焰和烟雾的图形的变化，以排除相应核实图像中被误判为火焰和/或厌恶的固定物图形，

S213：在SSR大于预设上限值时，对应判断相应目标时域段发生的雷电对监测区造成雷电火灾，

相反，在SSR不大于预设上限值时，对应判断相应目标时域段发生的雷电未对监测区造成雷电火灾；

本发明基于所述云端服务器以对相应监测区域的音频信息和图形信息进行分析识别，并在对相应监测区的雷声的识别判断后，进一步通过图像处理技术以对相应监测区内的雷电灾害进行监测，以提高对现有监测区的雷电灾害识别的精准度。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。并且应当理解，在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。