CN102932637A

CN102932637A - 一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置

Info

Publication number: CN102932637A
Application number: CN2012104850241A
Authority: CN
Inventors: 曹修定; 殷跃平; 孟庆佳
Original assignee: Center for Hydrogeology and Environmental Geology CGS
Current assignee: Center for Hydrogeology and Environmental Geology CGS
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明提供了一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，光电信号处理模块的信号输入端和输出端分别与光纤位移传感器的信号输出端和A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端与CPU的数字位移信号输入端连接，CPU的数据输出端与RAM动态存储器的数据输入端连接，RAM动态存储器的数据输出端与FLASH静态存储器的数据输入端连接，CPU的图像数据输出端与图像处理模块的图像数据输入端连接，图像处理模块的数据输出端与无线网络收发模块的数据输入端连接，无线网络收发模块的数据输出端与控制信息处理模块的数据输入端连接，控制信息处理模块的数据输出端与CPU的数据输入端连接，CPU的开关信号输出端通过开关模块与监控摄像头的开关信号输入端连接。

Description

一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置

技术领域

本发明涉及一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，属于地质安全监测技术领域。

背景技术

滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡降水及地震等因素的影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象，也成为“地滑”、“走山”或“山移”。而陡坡上被直立裂缝分割的岩土体或堆积物，因根部空虚，折断压碎或局部滑移，失去稳定，突然脱离母体向下，以滚动、跳动、坠落等为主的移动现象与过程的地质现象则称为崩塌。虽然滑坡与崩塌在运动形式有些差异，但是二者仍是有一定的共同点和联系，它们均为斜坡上的岩土体遭受破坏而失稳向坡脚方向的运动，并且常常相伴而生，有着无法分割的联系，产生于相同的地质构造环境中和相同的地层岩性构造条件下，且有着相同的触发因素，容易产生滑坡的地带也是崩塌的易发区。现有的针对滑坡崩塌的监测技术以及防御措施，主要包括远程视频监控技术、GPS/GPRS技术等。

当采用基于PC的多媒体远程视频监控系统时，系统在远端有若干个摄像机、各种检测和报警探头与数据设备，获取视频信息，通过各自的传输线路连接到多媒体监控终端上，然后再通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。但多种设备组成的系统存在稳定性较差、视频前端(如CCD等视频信号的采集、压缩、通信)的结构较复杂、功耗和费用较高、传输距离受限等问题。

当采用GPS/GPRS技术时，在三维空间定位，采用多点相对定位，根据多台接收机接收卫星信号来观测滑坡崩塌位移数据，确定观测点的相对位置，通过接收数据的差分运算削弱干扰因素，可得到多台接收机的相对位置坐标，虽然能够实现全天候实时滑坡监测。但由于GPS定位是基于电磁波传播的，导致GPRS的通信容量小，当接收缓存区占满后就会影响正常的数据接收，有可能造成数据的丢失；并且信号影响，造成短信不能及时发送，可能造成短信中心服务器所收到的数据信息不能按顺序发送给接收用户终端，造成后发的数据先到的问题。

发明内容

本发明为解决现有的滑坡崩塌的监测技术中存在的稳定性较差、结构复杂、传输距离受限、容易造成数据丢失以及容易造成终端接收数据顺序错误的问题，进而提供了一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置。为此，本发明提供了如下的技术方案：

一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，包括光纤位移传感器、光电信号处理模块、A/D转换模块、CPU、RAM动态存储器、FLASH静态存储器、图像处理模块、无线网络收发模块、控制信息处理模块、开关模块和监控摄像头，光纤位移传感器的信号输出端与光电信号处理模块的信号输入端连接，光电信号处理模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端与CPU的数字位移信号输入端连接，CPU的数据输出端与RAM动态存储器的数据输入端连接，RAM动态存储器的数据输出端与FLASH静态存储器的数据输入端连接，CPU的图像数据输出端与图像处理模块的图像数据输入端连接，图像处理模块的数据输出端与无线网络收发模块的数据输入端连接，无线网络收发模块的数据输出端与控制信息处理模块的数据输入端连接，控制信息处理模块的数据输出端与CPU的数据输入端连接，CPU的开关信号输出端与开关模块的开关信号输入端连接，开关模块的开关信号输出端与监控摄像头的开关信号输入端连接。

本发明提出了一种高效率、便利、无人值守的滑坡崩塌光纤位移视屏监控仪，它主要采用光纤技术、ARM的嵌入式技术与网络监控技术，实现了基于ARM的嵌入式的光纤视频监控滑坡崩塌位移监测仪，其硬件多采用高度集成芯片，具有开发资源丰富、体积小、功耗低、精度高、采集频率高等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置进行图像及数据采集的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的具体实施方式提供了一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，如图1所示，包括光纤位移传感器1、光电信号处理模块2、A/D转换模块3、CPU4、RAM动态存储器5、FLASH静态存储器6、图像处理模块7、无线网络收发模块8、控制信息处理模块9、开关模块10和监控摄像头11，光纤位移传感器1的信号输出端与光电信号处理模块2的信号输入端连接，光电信号处理模块2的信号输出端与A/D转换模块3的信号输入端连接，A/D转换模块3的信号输出端与CPU4的数字位移信号输入端连接，CPU4的数据输出端与RAM动态存储器5的数据输入端连接，RAM动态存储器5的数据输出端与FLASH静态存储器6的数据输入端连接，CPU4的图像数据输出端与图像处理模块7的图像数据输入端连接，图像处理模块7的数据输出端与无线网络收发模块8的数据输入端连接，无线网络收发模块8的数据输出端与控制信息处理模块9的数据输入端连接，控制信息处理模块9的数据输出端与CPU4的数据输入端连接，CPU4的开关信号输出端与开关模块10的开关信号输入端连接，开关模块10的开关信号输出端与监控摄像头11的开关信号输入端连接。

具体的，光纤位移传感器1是一种高抗干扰能力、绝缘性好、抗腐蚀、高精度、体积小、重量轻、低成本的传输介质。根据光纤发射原理，利用光纤与光纤之间的耦合，以光波来传输形变信息，将位移量直接传递给光波，由信号处理器将光信号转换为电信号，进过放大处理，发送给位移信号接收器。相应的光纤位移传感器由于光纤的测量范围较小，采用分布式多点综合测量，每个光纤探头测量量程：0-10mm；测量精度：0.1‰；由ARM芯片控制将光脉冲发送到光纤位移传感器，由反射片反射光信号，光纤位移探头距离反射片越远，则其由光电转换器转换，并经过A/D转换传输给ARM的位移变化量越大。光纤位移传感器反应速度快，在一定范围内高速监测。

本具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置包括信号采集光脉冲、接收其光脉冲的反射信号、A/D模数转换、CPU进行比较分析处理以及信息图像的打包发送与存储、无线网络模块信息及指令传输与接收、硬件复位等功能。首先通过光电信号处理模块2，将光纤位移传感器1获取的光纤位移信号，由A/D转换模块3(可采用AD7793型24位模数转换芯片，内置放大器与基准电压源)处理，能够有效减少共模信号干扰，降低信号误差，获取位移数字信号。优选的，为了降低功耗，CPU4(可采用ARM芯片，具体为ARM932位嵌入式微处理器)一般处于休眠状态，由外部时钟模块14定时启动ARM芯片，相应的时钟模块的启动信号输出端与CPU4的启动信号输入端连接。无线网络收发模块4在正常环境状态下以及无特殊指令模式下传输的位移数据信息，对于监控摄像镜头11可采开关模块10的开关信号启动、定时启动或偷盗断线信号启动，经过ARM芯片对实时数据及图像进行处理，通过无线网络收发模块8发送传输。如若信息发送失败，ARM芯片会重新处理信息重复发送三次，三次均失败则会将信息存储到TFFLASH静态存储器6中，以便保存信息防止信息丢失，当FLASH静态存储器6中信息存满，会将信息反馈到ARM芯片，ARM芯片发送警告信息给无线网络发送模块8，通过网络传输报警信息等待上位机给予指令(删除/全部发送后清除/复位重启)，无应答或信号反馈则需要工作人员达到现场进行处理。对端上位机配有装有Qt/Embedded(QtE)工具包的Linux系统开发的人机界面，联网接收图像数据信息，经过处理可以观测数据、曲线、图像数据等信息，用户可以根据自己的需求筛选相关的信息。若用户想获得即时信息，可以通过控制指令发送窗口，借由网络将指令传输给滑坡崩塌位移光纤视频监控系统的安装监测点，信息接收后，启动ARM芯片读取指令进行信息采集处理与发送。

监控摄像头11可采用激光夜视摄像头，激光高度夜视投射，红外穿透力强，不受空气中的粉尘杂物影响，不论白天夜晚均可清晰、干净的显示80米范围内影像。激光也是镜头功耗低，发热量小，工作温度在-10℃-50℃，内部具有存储模块，ARM芯片如果不能成功读取监控摄像镜头11传输的影像信息，就会暂时存储在模块中，等待被读取。其外部设有紧急防偷到开关，可以在短时间启动摄像头的电源，录制短时间影像。激光夜视摄像头的光电转换率高，衰减小，寿命长，适宜用于野外长期监测。

优选的，本具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置还可以包括SD卡接口12和复位电路13。SD卡接口12的数据输入端与CPU4的SD数据输出端连接，用于为CPU4提供数据存储空间，相应的数据存储在SD卡接口中插入的SD卡中。复位电路13的复位信号输出端与CPU4的复位信号输入端连接，用于为用户提供手动复位CPU4的功能。

本具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置的供电装置可配备40W的太阳能板、38Ah蓄电池以及太阳能控制器。太阳能控制器能够有效的保护蓄电池，延长蓄电池寿命，一般负载非正常运行，超过控制器负载能力会自动断开，30秒钟后接通负载，重新启动。

用户可通过上位PC机与滑坡崩塌位移光纤视频监控装置进行连接，并可以直接调用监测的位移信息、图像信息以及某监测数据点上的图像信息等，发送指令信息获取当前时间点的图像和数据信息，更改时间、报警值、监测精度等，用户还可以根据自己的需求进行界面调整，提供功能性要求。

本具体实施方式提供的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置进行图像及数据采集主要过程如图2所示，包括：

(1)野外检测仪器初始化→采集位移信息→与预警位移量进行比较分析→定时获取图像信息→处理图像与数据信息→打包发送图像与数据信息→接收反馈信息→监测设备休眠→外部时钟继续工作→定点启动监测仪器。

(2)发送图像与数据信息失败→打包发送图像与数据信息→接收反馈信息→ARM休眠→周围负载断开→外部时钟继续工作→定点启动监测仪器。发送失败三次→数据图像信息自动存储TF卡→TF卡满存警告→远程PC机发送传输/删除指令。

(3)防盗报警→启动摄像设备→存储/发送图像信息→监测设备休眠。

(4)PC机远程控制启动→采集图像/数据信息→发送→PC机停止指令→监测设备休眠。

用户通过滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，获取数据与图像信息，通过滑坡崩塌位移光纤视频监控软件系统可以对现有的信息进行综合分析，能够良好的将数据与图像进行结合分析的软件系统，完成滑坡崩塌地质灾害的过程分析。

由于光纤测量范围的有限性，采用多点检测综合分析方法，获得滑坡崩塌体的位移信息，光纤传感器测量精度高、速度快、耐腐蚀，可以有效的缩短测量时间，节省功耗。在硬件电路上尽可能的选择低功耗、高度集成的芯片，减小监测设备体积，安装简易，精致便携，适宜野外监测。野外监测设备采用ARM芯片，提高系统的智能性，更有效的实现远程控制。软件系统提供了良好的人机界面，数据/图像的处理与分析，获取并保存滑坡崩塌珍贵的动态变化信息，预警滑坡崩塌地质灾害，为地质研究提供良好的信息平台。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，包括光纤位移传感器、光电信号处理模块、A/D转换模块、CPU、RAM动态存储器、FLASH静态存储器、图像处理模块、无线网络收发模块、控制信息处理模块、开关模块和监控摄像头，光纤位移传感器的信号输出端与光电信号处理模块的信号输入端连接，光电信号处理模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端与CPU的数字位移信号输入端连接，CPU的数据输出端与RAM动态存储器的数据输入端连接，RAM动态存储器的数据输出端与FLASH静态存储器的数据输入端连接，CPU的图像数据输出端与图像处理模块的图像数据输入端连接，图像处理模块的数据输出端与无线网络收发模块的数据输入端连接，无线网络收发模块的数据输出端与控制信息处理模块的数据输入端连接，控制信息处理模块的数据输出端与CPU的数据输入端连接，CPU的开关信号输出端与开关模块的开关信号输入端连接，开关模块的开关信号输出端与监控摄像头的开关信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述装置还包括时钟模块，所述时钟模块的启动信号输出端与CPU的启动信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述装置还包括SD卡接口，所述SD卡接口的数据输入端与CPU的SD数据输出端连接。

4.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述装置还包括复位电路，所述复位电路的复位信号输出端与CPU的复位信号输入端连接。

5.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述监控摄像头用于根据所述开关信号启动、定时启动或偷盗断线信号启动。

6.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述CPU用于当无线网络收发模块超过三次发送数据失败时，将所述数据存储到FLASH静态存储器中。

7.根据权利要求1所述的滑坡崩塌位移光纤视频监控装置，其特征在于，所述CPU用于当FLASH静态存储器存满时，通过无线网络收发模块发送报警信息。