Мобильное устройство для измерения толщины снежного покрова в условиях сложного рельефа местности и неблагоприятной снеговой обстановки в реальном времени

Изобретение относится к устройствам для определения толщины снежного покрова и может быть использовано для определения снегонакопления на местности со сложным рельефом, при проведении топографических съемок площадей предназначенных для строительства промышленных объектов или для сельскохозяйственных нужд, например при планировке с. -х. угодий.

Известен датчик уровня высоты снежного покрова содержащий установленную вертикально цепочку датчиков температуры, соединенную с контроллером для считывания, радиомодем, например GSM-модем, антенну, датчики положения (гироскопы, компас), GPS-приемник, блок автономного питания, выходы которых соединены с контроллером, а само устройство монтируют в длинный жесткий пластиковый корпус с крышкой в верхней его части и острым нижним наконечником, позволяющим устанавливать устройство в снег с помощью вдавливания или вбивания (патент РФ №2617146, кл. G01W 1/14, 2017 г.).

Недостатком известного устройства является то, что его надо непосредственно устанавливать в снег, а для местности со сложным рельефом, это не всегда возможно.

Известен ультразвуковой датчик IMETEOLABS USDS, который предназначен для измерений высоты снежного покрова и содержит корпус, датчик уровня снега в виде пьезоэлектрического преобразователя связанный с автономным источником питания, электронный блок содержащий контроллер, оборудование связи для передачи информации об уровне снежного покрова по каналам сотовой связи GSM и радиоканалам. Принцип действия датчика основан на измерении времени задержки ультразвукового сигнала при прохождении им расстояния от датчика до снежного покрова. Временная задержка с учетом скорости ультразвукового сигнала пересчитывается в расстояние от датчика до снежного покрова. Высота снежного покрова рассчитывается как изменение расстояния от датчика до уровня подстилающей поверхности (https://icbcom.ru/wp-content/uploads/2015/12/Ультразвуковой-датчик-высоты-снежного-покрова-IMETEOLABS-USDS.pdf).

Также известен способ измерения толщины снежного покрова (патент РФ №2262718, кл. G01S 13/95, 2005 г.) физической основой которого является облучение заснеженной земной поверхности одновременно электромагнитными волнами сантиметрового диапазона на несущей частоте ƒ₁, на которой происходит отражение от границы раздела сред снег - почва, и электромагнитными волнами оптического диапазона на несущей частоте ƒ₂, на которой происходит отражение от границы раздела сред тропосфера - снег, и определении, возникающей разности расстояний, которые проходят зондирующие сигналы. Данный способ позволяет дистанционно определять толщину снежного покрова, что дает возможность прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур, определять степень опасности весенних наводнений и паводков, оценивать опасность схода лавин в горных местностях, устанавливать метеорологические законы формирования климата на определенной территории

Известно мобильное устройство для измерения толщины снежного покрова в реальном времени, включающее корпус в виде ударопрочного пылевлагозащищенного кейса установленные в нем датчик уровня снега в виде излучателя коротких радиоволн, электронный блок, содержащий контроллер, оборудование связи для передачи информации об уровне снежного покрова по радиоканалу, USB-разъем для подключения медиа устройств (http://uwbs.ru/products/izmeritel-tolshhiny-snega/ - прототип).

Недостатками известного устройства является отсутствие автономного питания, что создает сложности при подключении вспомогательных устройств, значительные погрешности при измерении толщины снежного покрова в условиях местности, имеющей сложный рельеф, например горная местность или местность со склонами, впадинами и т.п. или, при неблагоприятной снеговой обстановки, а именно - высота снежного покрова более 2 м и наличие нескольких уровней наста.

Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства за счет расширения его функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что мобильное устройство для измерения толщины снежного покрова в условиях сложного рельефа местности в реальном времени, включающее корпус в виде ударопрочного пылевлагозащищенного кейса установленные в нем датчик уровня снега в виде излучателя радиоволн, электронный блок, содержащий контроллер, оборудование связи для передачи информации об уровне снежного покрова по радиоканалу, USB-разъем для подключения медиа устройств, согласно изобретению имеет автономный источник питания - аккумулятор с контроллером заряда и светодиодным индикатором встроенный в корпус, дополнительные USB-разъемы, один из которых служит для подключения источника солнечной энергии в виде мобильной солнечной батареи с мощностью 40-80 Вт к контроллеру заряда автономного источника питания, а другой - для подключения датчика угла наклона к электронному блоку, при этом использованы излучатели радиоволн частотой 700-900 МГц.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что за счет дополнительных элементов, составляющих новую совокупность признаков, таких как автономный источник питания, дополнительные USB-разъемы, обеспечивающих использование дополнительных вспомогательных устройств, а также излучателей коротких радиоволн частотой 700-900 МГц повышается эффективность работы устройства на местности, имеющей сложный рельеф при неблагоприятной снеговой обстановки.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение рекомендовано использовать для определения толщины снежного покрова и может быть использовано для определения снегонакопления на местности со сложным рельефом и неблагоприятной снеговой обстановки, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена структурная схема мобильного устройства для измерения толщины снежного покрова в условиях сложного рельефа местности в реальном времени.

Мобильное устройство для измерения толщины снежного покрова в условиях сложного рельефа местности в реальном времени содержит корпус 1 в виде ударопрочного пылевлагозащищенного кейса на дне, которого выполнено отверстие 2 для жесткой установки вертикально вниз излучатели 3 коротких радиоволн частотой 700-900 МГц, сообщенный с автономным источником питания - аккумулятором 4. Также устройство имеет электронный блок 5 с контроллером, оборудование связи для передачи информации об уровне снежного покрова по каналам сотовой связи GSM и радиоканалам через антенну 6. Корпус 1 снабжен несколькими разъемами USB 7, 8 и 9. Разъем USB 7 служит для подключения источника солнечной энергии в виде мобильной солнечной батареи с мощностью 40-80 Вт с контроллером заряда 10 к автономному источнику питания 4. Разъем USB 8 соединен с электронным блоком 5 и используется для подключения мультимедиа устройств, а разъем USB 9 предназначен для подключения угла наклона к электронному блоку 5. В корпус 1 встроен светодиодный индикатор 11 соединенный с контроллером заряда 10. По интенсивности свечения индикатора, можно судить об уровне заряда аккумулятора 4. Для того чтобы использовать солнечную батарею в процессе эксплуатации, на боковой стенке корпуса 1 предусмотрены для нее крепления (на фиг. 1 не показано), которые могут быть выполнены разной конструкции, например в виде направляющих или крючков. В качестве солнечной батареи может быть использована мобильная солнечная батарея, например в виде встроенной зарядки, которая крепится к внешней стороне корпуса 1 и позволяет подзаряжать приборы прямо во время пути или накапливать заряд во встроенном аккумуляторе 4.

Все элементы конструкции жестко зафиксированы в корпусе 1, тем самым образуя монолитную конструкцию с корпусом 1, с целью того, чтобы не нарушалось их положение в процессе эксплуатации.

Электронный блок 5 содержит печатную плату с наборами микросхем и электронных компонентов, представляющую собой аналоговую и цифровую электронику, которая управляет прибором, генерирует и принимает радиосигналы для передачи информации. К электронному блоку подсоединены разъем USB 9 предназначенный для подключения датчика угла наклона и разъем USB 8 для подключения мультимедиа устройств - смартфона, планшета или ноутбука.

Мобильное устройство для измерения толщины снежного покрова в условиях сложного рельефа местности в реальном времени работает следующим образом

Устройство работает от автономного источника питания - аккумулятора 4, снабженного контроллером заряда 10. В процессе эксплуатации, если интенсивность свечения светодиодного индикатора 11, уменьшается, то требуется поддержать уровень заряда аккумулятора 4. Через разъем USB 7 подключают мобильную солнечную батарею с мощностью 40-80 Вт, которую крепят на боковой стенке корпуса 1. Использование солнечной батареи с мощностью 40-80 Вт, обусловлена тем, что чем больше мощность, тем быстрее происходит зарядка аккумулятора.

При подаче напряжения от аккумулятора 4 на электронный блок 4 он начинает генерировать сигнал, который преобразовавшись, посредством излучателей 3 коротких радиоволн частотой 700-900 МГц, проходит сквозь толщу снежного покрова, отражается от границы снег-почва, возвращается обратно приемную часть излучателя 3. Использование излучателей коротких радиоволн частотой 700-900 МГц обеспечивает прохождение сигнала через толщину снежного покрова более 2 м, имеющего нескольких уровней наста.

Полученный сигнал воспринимается в виде аналоговых данных, которые преобразовываются в цифровые, и далее перерабатываются для интерпретации полезной информации, которая в свою очередь передается по беспроводному соединению на принимающее устройство пользователя. Информация содержит глубину и структуру снежного покрова.

При проведении измерений в горной местности, на склонах, впадинах и т.п., с целью обеспечения точности определения толщины снега, к электронному блоку через разъем USB 9 может быть подключен датчик угла наклона, например датчик угла наклона Мехатроника Eurosens Degree или приспособить к заявляемому техническому решению устройство, которое представляет собой шкалу и отвес и используется в способе георадиолокации в условиях ограниченного пространства по патенту РФ №2561769 и обработку данных ведут с учетом зафиксированных углов зондирования.

Мобильное устройство позволяет пользователю работать в любой местности со сложным рельефом, наблюдая на экране своего устройства (смартфоне или электронном приемном блоке), который подключен к USB 8 состояние сканируемой области толщи снега. Для использования подходит любое принимающее устройство, например, мобильные системы на базе операционной систем Android и IOS, а также электронные блоки приборов производителя. Кроме того, следует отметить, что мобильного устройства для измерения толщины снежного покрова в реальном времени, может быть использовано в качестве дополнительного навесного оборудования на геодезическую штангу с автономным источником питания, для решение проблем возникающих при топографической съемке в условиях сложного рельефа местности и сложной снеговой обстановки, а именно: высота снежного покрова более 2 м, наличие нескольких уровней наста, а также наличие под снежным покровом сложных форм микрорельефа.

Для подтверждения эффективности заявляемого технического решения были проведены исследования, В горной местности со сложным рельефом и с высотой снежного покрова более 2-х метров с 2-мя уровнями наста проводили измерения с помощью устройства - прототипа (Измеритель толщины снега «Пикор-снег») и заявляемого устройства, оказалось, что точность измерения толщины снега на 8,7% выше, чем у прототипа.