[发明专利]一种模拟降雨随机发生控制系统、方法、存储介质及应用在审

专利信息
申请号: 202110312131.3 申请日: 2021-03-24
公开(公告)号: CN112927595A 公开(公告)日: 2021-06-08
发明(设计)人: 刘鹄;吴川东;杨淇越;赵文智 申请(专利权)人: 中国科学院西北生态环境资源研究院
主分类号: G09B25/00 分类号: G09B25/00;G05B19/042
代理公司: 重庆市信立达专利代理事务所(普通合伙) 50230 代理人: 包晓静
地址: 730000 甘肃*** 国省代码: 甘肃;62
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摘要:
搜索关键词: 一种 模拟 降雨 随机 发生 控制系统 方法 存储 介质 应用
【说明书】:

发明属于人工模拟降雨技术领域,公开了一种模拟降雨随机发生控制系统、方法、存储介质及应用,基于单片机的仿真随机信号发生器与比例阀驱动模块连接,比例阀驱动模块与高精度电磁比例阀连接。基于单片机的仿真随机信号发生器上设置有人机对话控制面板、随机信号存储模块、无线通讯模块、软件支持系统。基于单片机的仿真随机信号发生器与太阳能供电系统、高精电磁比例阀、变频恒压水泵、流量即时测量系统和模拟降水出水装置等共同构成模拟降雨随机发生控制装置。本发明能够在野外或室内实验环境中实现:长时间、全自动、无人值守的降水格局模拟,能最大限度地模拟再现自然环境或预期中的降水统计特征,显著提高相关控制实验的准确度和可信度。

技术领域

本发明属于人工模拟降雨技术领域,尤其涉及一种模拟降雨随机发生控制系统、方法、存储介质及应用。

背景技术

目前,气候变化已成为不争的事实,国内外科学界围绕该主题开展了大量的研究工作,其中生态系统如何响应气候变化等科学问题是近20年来最重要的科学命题之一。气候变化除了涉及温度变化还涉及降水格局,包括降水事件的平均水量、强度、频率。这些要素都极有可能在气候变化的大背景下发生改变,特别是在干旱半干旱环境中,有限的降水资源通常是生态系统最关键的限制因子,导致水分限制系统对降水特征、降水变异性的响应极为敏感。因此,在气候变化相关的科学实验中如何模拟真实的降水格局是实验能否成功的关键,目前多数相关研究是通过数学模型实现天气发生过程的构建,而在相关的长期生态学控制实验中只能通过简单的集水-截留装置改变降水事件的降水量,所以对降水的频率、强度等要素随机特征目前尚不能做到控制和模拟。

通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:目前多数相关研究是通过数学模型实现天气发生过程的构建,而在相关的长期生态学控制实验中只能通过简单的集水-截留装置改变降水事件的降水量,对降水的频率、强度等要素随机特征的控制和调节还几乎没有涉及,已有的自动化降雨模拟装置虽然能进行单次或数次降水事件的时长、强度等参数的精确控制,但并不能实现较长时间尺度上降水时间格局参数(如降水频率、发生时间等)的模拟。因此亟需一种新的模拟降雨随机发生控制装置和控制方法。

解决以上问题及缺陷的难度为:

①可通过模块化设计升级现有模拟降雨装置,借助已有的实验装置实现降水格局随机特征模拟,并将控制仪器的维护成本维持在合理区间内;②降雨随机发生过程控制装置的轻巧化和操作方式的简单化;③保证降雨随机发生过程控制方法的准确化和程序的容错能力;④保证输出信号的精度控制。

解决以上问题及缺陷的意义为:

①本装置采用单片机控制、低电设计,能够在野外或室内实验环境中实现:长时间、全自动、无人值守的降水格局模拟,同时体积小、结构轻巧,易于拆卸,设备建设、运行和维护成本都比较低廉,有利于中小项目的启动和现有降雨模拟设施的功能升级与普及。②由该装置模拟产生的降水事件发生时间、频率、单次事件的降水量,以及降水事件持续时长等特征参数能够符合预定的统计分布规律,可以反映干旱半干旱环境中自然或潜在的降水格局,能更好地满足科学研究对实验精度的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种模拟降雨随机发生控制系统、方法、存储介质及应用。本发明可以有效解决现有降水模拟装置不能模拟较长时间尺度上降水时间格局的问题,在原有的降水模拟器基础上,本发明为一种能够利用单片机生成符合某种分布规律的随机信号,并利用这种随机信号实现对模拟降水器的自动控制、产生在统计规律上逼近真实降水格局的装置。

本发明是一种模拟降雨随机发生控制系统,所述基于单片机的模拟降雨随机发生控制系统设置有:

基于单片机的仿真随机信号发生器、人机对话控制面板、随机信号存储模块、太阳能供电系统、高精电磁比例阀、比例阀驱动模块、变频恒压水泵、流量即时测量系统。

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