CN104599445A - 多功能广播预警雨量监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能广播预警雨量监测系统及监测方法，该系统包括监测设备、采控单元、供电模块和现场广播报警器；监测设备用于测量雨量数据，与采控单元连接；采控单元定时采集来自于所述监测设备的测量数据，并将测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器报警；供电模块为采控单元内部各模块供电；现场广播报警器与采控单元连接，接收到采控单元发出的驱动指令后进行广播报警。本发明以降雨实时不间断监测为中心，集无线数据传输、现场广播播放功能为一体，可长时间处于野外自主工作，无需人工干预，减少劳动强度，以最为直接的方式通知灾害影响区域居民，以最快捷的方式通知居民采取必要的避灾措施。

Description

多功能广播预警雨量监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及地质灾害领域降雨量监测及预警技术，特别是一种多功能广播预警雨量监测系统及监测方法。

背景技术

地质灾害(滑坡、泥石流等)受到多种外界因素的影响，在众多影响因素中，降雨是诱发地质灾害发生的重中之重，故对降雨量的监测及及时、有效预警是预防地质灾害发生、减少人员及经济损失的重要途径。

目前已有部分专业的地质灾害自动化监测设备如：自动化地表位移、深部位移等，除此之外，当前的地质灾害预警流程也存在诸多问题，暴露了出了如下急需解决的问题：

①地质灾害预警不及时，大部分地区未在灾害发生前采取有效避让措施；

②自动化专业监测设备安装数量少，部分已安装地质灾害专业监测设备的灾害点全部为单点监测方式，其监测控制有效区域小，不能进行面域灾害预警；

③目前的自动化监测设备(地表位移、深部位移、降雨量)缺乏现场预警功能。

④目前普遍采用的自动化降雨采集设备存在接入设备种类单一、不能完成复合式参数预警的功能，给地质灾害的发生及预警避让工作带来一定影响。

⑤预警机制不直接，目前的预警流程基本为：专业人员定期到现场采集数据(或是自动化监测设备将数据发送到数据中心)，数据分析人员获知监测数据后对数据进行分析，达到预警阀值时将预警信息发送给监测点负责单位，再由负责单位进行最终预警发布。这种预警机制环节多、周期长，严重影响了突发地质灾害的时效性，严重时会错过应急避险的最价时机，造成重大人员及经济损失。

发明内容

本发明提供一种多功能广播预警雨量监测系统及监测方法，用于克服现有技术中的缺陷，可长时间处于野外自主工作，无需人工干预，减少人技术人员的劳动强度，预警直接、实用性极强，在地质灾害发生前，以最为直接的方式通知灾害影响区域的居民，以最快捷的方式通知居民采取必要的避灾措施。

本发明提供一种多功能广播预警雨量监测系统，包括：

监测设备，用于测量雨量数据数据，与采控单元连接；

所述采控单元，定时采集来自于所述监测设备的测量数据，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器报警；

供电模块，为采控单元内部各模块供电；

现场广播报警器，与所述采控单元连接，接收到所述采控单元发出的驱动指令后进行广播报警。

其中，所述采控单元包括：

时钟模块，用于内部计时，完成定时启动和定时关机；

数据采集模块，与所述监测设备电连接，完成对所述监测设备的测量数据采集，并将采集到的所述测量数据发送给数据处理模块；

所述数据处理模块，接收来自于所述数据采集模块的测量数据，一方面将所述测量数据通过无线收发模块传送给远程的监控中心；另一方面对所述数据进行处理，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否向预警驱动模块发出驱动指令、向无线收发模块发出报警指令；

预警驱动模块，接收来自于所述数据处理模块的驱动指令，并驱动现场广播报警器报警；

所述无线收发模块，用于通过无线网络与远程的监控中心进行数据传输，完成将所述无线收发模块采集到的所述数据向所述监控中心的传输、接收来自于所述数据处理模块的报警指令使安装于射频有效范围内的射频报警器报警、使与所述无线收发模块连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送；并且接收所述监控中心的命令，设置所述现场报警参数以及所述采控单元内部各模块的工作参数或实施用于报警的音频文件的更新。

进一步地：

所述监测设备包括至少一用于测量现场降雨量的雨量计和至少一用于测量影响地质安全的外接传感器；

所述雨量计及所述外接传感器分别通过硬件接口与所述数据采集模块连接。

其中：

所述硬件接口包括模拟量接口和数字量接口。

特别是：

所述供电模块包括蓄电池及用于向所述蓄电池充电的太阳能电池板，所述蓄电池与所述太阳能电池板之间通过蓄电池充电保护电路连接。

进一步地：

所述无线收发模块包括自建的区域化射频无线网络和GSM/GPRS模块与北斗卫星网络中的至少一种。

其中：

所述采控单元还包括用于存储报警的音频文件的存储器。

其中：

所述存储器为SD卡、U盘或闪存芯片。

本发明还提供一种多功能广播预警雨量监测方法，包括以下步骤：

步骤1，通过监测设备对现场降雨量进行实时测量；

步骤2，采控单元定时采集来自于所述监测设备的测量数据，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器；

步骤3，现场广播报警器接收到所述采控单元发出的驱动指令后进行广播报警。

其中，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21，数据采集模块对所述监测设备的测量数据进行定时采集，并将采集到的测量数据发送给数据处理模块；

步骤22，所述数据处理模块接收来自于所述数据采集模块的所述测量数据后；一方面将所述测量数据通过无线收发模块传送给远程的监控中心；另一方面对所述测量数据进行处理，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，当测量数据大于或等于现场报警参数时，向预警驱动模块发出驱动指令、向无线收发模块发出报警指令；

步骤23，预警驱动模块接收到来自于所述数据处理模块的驱动指令后，驱动现场广播报警器报警，实现现场报警；

步骤24，所述无线收发模块将所述测量数据通过无线网络传送给远程的监控中心；所述无线收发模块接收到来自于所述数据处理模块的报警指令后，一方面使安装于射频有效范围内的射频报警器报警，另一方面使与所述无线收发模块连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送，实现远程报警。

本发明提供的多功能广播预警雨量监测系统及监测方法，实现以降雨实时不间断监测为中心，集无线数据传输、现场广播报警器播放功能为一体，可长时间处于野外自主工作，无需人工干预，减少人技术人员的劳动强度，预警直接、实用性极强，且结构简单；以最为直接的方式通知灾害影响区域的居民，以最快捷的方式通知居民采取必要的避灾措施。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测系统的结构框图一；

图2为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测系统的结构框图二；

图3为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测系统中供电模块的结构框图；

图4为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测方法中现场报警的流程图；

图5为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测方法中远程报警的流程图；

图6为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测方法中报警音频文件更新的流程图一；

图7为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测方法中报警音频文件更新的流程图二；

图8为本发明实施例提供的多功能广播预警雨量监测方法中报警音频文件更新的流程图三。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明实施例提供一种多功能广播预警雨量监测系统，包括监测设备1、采控单元2、供电模块3和现场广播报警器4；

监测设备1用于测量雨量数据，与采控单元2连接；

采控单元2定时采集来自于监测设备1的测量数据，并将测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器4报警；

供电模块3为采控单元2内部各模块供电；

现场广播报警器4与采控单元2连接，接收到采控单元2发出的驱动指令后进行广播报警。报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品，现场广播报警器安装在监测现场，以声音来提醒或警示人们，可以采用功率较大的喇叭，声音较大，以便引起周边人们的注意。

采控单元2包括时钟模块21、数据采集模块22、数据处理模块23、预警驱动模块24、无线收发模块25；

时钟模块21，用于内部计时，完成定时启动和定时关机；

数据采集模块22与监测设备1电连接，完成对监测设备1的测量数据采集，并将采集到的测量数据发送给数据处理模块23；

数据处理模块23接收来自于数据采集模块22的测量数据，一方面将测量数据通过无线收发模块25传送给远程的监控中心即上位机5；另一方面对测量数据进行处理，并将测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否向预警驱动模块24发出驱动指令以及向无线收发模块25发出报警指令；

预警驱动模块24接收来自于数据处理模块23的驱动指令，并驱动现场广播报警器4报警；当降雨量或其它外接传感器的变化量达到或超过预定的阀值时，采控单元自动打开此功能模块驱动电路开关，完成降雨及其它预定传感器阀值预警。预警包括现场预警及远程预警两种方式。

无线收发模块25，用于通过无线网络与远程的监控中心(参见图1中的上位机5)进行数据传输，完成将无线收发模块25采集到的测量数据向监控中心的传输、接收来自于数据处理模块23的报警指令使安装于射频有效范围内的射频报警器(参见图2中的已有广播报警器41)报警、使与无线收发模块25连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送；并且接收监控中心的命令，设置现场报警参数以及采控单元内部各模块的工作参数或实施用于报警的音频文件的更新。

无线收发模块25包括自建的区域化射频无线网络和GSM/GPRS模块与北斗卫星网络中的至少一种。无线收发模块可以是自建的区域化射频无线网络和GSM/GPRS模块，还可以是自建的区域化射频无线网络和北斗卫星网络。

无线收发模块25主要实现传感数据远传及远程指令接收、音频文件更新等功能，可以是GSM/GPRS及自建的区域化射频无线网络、北斗卫星网络等。自建的区域化射频无线网络可实现局部数公里内的数据传输及接收，实际使用时可根据具体需要单点直接远传或本地组网后远传，可实现现场报警，具体参见图4，现场预警又可分为两种，一为测量点处的直接连接的报警器(即现场广播报警器4)声音报警，另一种是利用采控单元内部的区域频率网络(即自建的区域化射频无线网络)，通过发送报警指令，对近域已有设备进行临时“征用”，使安装于射频有效范围内的射频报警器(即已有广播报警器41)发出报警。

GSM/GPRS、北斗卫星网络可实现数据的超远程传输与接收，实现远程报警以及远程更改采控单元内部的关键参数，比如预警阀值即预警音频等，具体参见图5，远程报警也分为两种形式，一为计算机本地的声光报警，另一种是利用无线收发模块25的无线收发功能及计算机网络功能，对预置的若干手机号码或IP地址进行报警信息发送。采控单元还包括用于存储报警的音频文件的存储器；存储器为SD卡、U盘或闪存芯片。用于报警的音频文件可存储于采控设备内部的存储器内(如SD卡、U盘、闪存芯片等)，通过本地计算机与现场的采控设备连接，对用于报警的音频文件进行修改或更新，参见图6；另外，当出现其它未预见的紧急事件时，可通过远程网络动态修改设备内存储的音频文件，参见图7。更进一步，利用设备自带的GSM网络，技术人员还可通过拨打电话的方式，实现将实时语音通过现场报警器直接播放的目的，参见图8。

上述实施例中：

如图2所示，监测设备1包括至少一用于测量现场降雨量的雨量计11和至少一用于测量影响地质安全的外接传感器12；这里的外接传感器12可以用于测量地表位移、深部位移、地下水位、地下应力等影响地质安全的参数。

硬件接口分为两种，一为硬件设备连接的接口即第一硬件接口2a，能够连接目前常规使用的各类雨量计11，此设备专为雨量监测及预警设计，可连接多种雨量计11，雨量计11可以是红外式雨量计、翻斗式雨量计、容栅式雨量计、电容式雨量计、压电式雨量计等，还可以外接功率不等的数个外置报警器作为现场广播报警器；二为应具备目前常用自动化监测所需的其它类型外接传感器12(包括电压、电流传感器、数字式485传感器等)的接入即第二硬件接口2b。

设备还具有其它常规外部传感器的接入接口，也属于硬件接口，这些接口可分为模拟量接口和数字量接口，以备接入地质灾害监测所需的少量其它类型传感器。数字接口模块：本设备具备五类数字接口，分别为RS232、RS485总线、CAN总线、脉冲、开关量。各接口均为独立接口，可同时使用。模拟接口：模拟接口分为小功率模拟输出及模拟输入，均为12位精度。另外还有独立的电源输出接口，独立的电源输出接口可用于控制外部接入传感器的功率控制。

雨量计11通过第一硬件接口2a与采控单元2中的数据采集模块22连接；现场广播报警器4通过现场广播接口2c与采控单元2中的预警驱动模块24连接，现场广播接口2c实际上与第一硬件接口2a属于同类接口；外接传感器12通过第二硬件接口与采控单元2中的数据采集模块22连接。

如图3所示，供电模块包括蓄电池31及用于向蓄电池31充电的太阳能电池板32，蓄电池31与太阳能电池板32之间通过蓄电池充电保护电路33连接。适用于野外，无需人值守，供电使用太阳能电池板32向蓄电池31自主充电方式；太阳能电池板32对蓄电池31的电量进行补充，是实现野外自主工作的参量来源；蓄电池充电保护电路33按照蓄电池31的充电特性，负责完成对蓄电池31充电及电池过充保护；蓄电池31与采控单元连接，为采控单元提供电能。

采控设备应具有用户完成参数配置、测试的专用硬件及操作软件，具有远程无线网络参数修改功能，实现关键参数的远程修改(如预警阀值、预警音频等)，方便操作；地灾监测设备多安装于野外，无交流电可供使用，采控设备通过时钟模块21对电源进行管理、外围连接部件功耗控制、太阳能充电等功能，以实现野外永久、独立无人值守式工作，功耗合理。通讯协议规范化：通讯协议规范化有利于新设备(系统)接入已有系统的便利性。可通过多种途径对设备进行参数读取及修改。可以为本地直接连接及远程指令方式进行参数操作。本地操作使用数据线与计算机直接连接，通过计算机上安装的参数读取设置软件进行参数配置。与计算机接口可以为RS232或USB。当设备安装于现场后，技术人员可通过设备自带的网络功能对其进行超远程操作。更进一步，对于现场预警使用的音频文件可实现无线远程更新。

本发明提供的多功能广播预警监测系统，具有如下有益效果：

地灾信息(尤其是降雨量)在现场直接广播预警，受众直接针对位于地质灾害影响区的居民，效率最高、速度最快。

可连接多种型号雨量计，除可连接雨量计外，还可接入地质灾害监测自动化监测的其它设备，集成度高、兼容性好。

网络多样，此设备具有移动网络、射频网络、北斗卫星网络，实现全天候、实时数据传输及设备远程控制，时间和空间上没有网络盲区。

广播预警设备可以是直连的广播设备(可自适应1～200W功率的多个外置报警器)，也可以是近域的已有广播设备，实现近域广播设备的“征用”功能，减少监测投入成本。

用于报警的音频文件可远程更新，实时电话音频预警功能。

预警分级功能，根据不同的预警阀值，可播放不同的音频文件(同时远程预警时也有相对应不同级别的预警方式)。

电量自给自足式全自动雨量监测系统。

由于具有北斗功能，可实现坐标定位，实现实时坐标读取，避免人为安装时的安装位置记录错误。

如图1-8所示，本发明实施例还提供一种多功能广播预警雨量监测方法，包括以下步骤：

步骤1，通过监测设备1对现场降雨量、地表位移及深部位移进行实时测量；这里的监测设备1包括雨量计11和外接传感器12，雨量计11用于对现场降雨量进行测量，外接传感器用于对地表位移和深部位移等地表参数进行测量；

步骤2，采控单元2定时采集来自于监测设备1的测量数据，并将测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器4；这里的定时和现场报警参数可根据具体情况通过本地计算机直接对采控单元内部的操作软件的参数进行设置和修改，或上位机远程通过网络对采控单元内部的操作软件的参数进行设置和修改；

步骤3，现场广播报警器4接收到采控单元2发出的驱动指令后进行广播报警。

步骤2包括以下步骤：

步骤21，数据采集模块22对监测设备1的测量数据进行定时采集，并将采集到的测量数据发送给数据处理模块23；数据采集模块22不间断地采集雨量计11的测量数据和外接传感器12的测量数据，并将这些数据发送给数据处理模块23；

步骤22，数据处理模块23接收来自于数据采集模块22的测量数据后；一方面将测量数据通过无线收发模块25传送给远程的监控中心，用于远程监控；另一方面对测量数据进行处理，并将测量数据与现场报警参数进行比较，当测量数据大于或等于现场报警参数时，向预警驱动模块发出驱动指令、向无线收发模块发出报警指令；

步骤23，预警驱动模块接收到来自于数据处理模块的驱动指令后，驱动现场广播报警器报警；

如果是采集的雨量计11的测量数据，则直接将该测量数据与报警参数进行比较；如果是采集的外接传感器12的测量数据，则需要计算出本次测量数据与上次采集的测量数据之间的差值即变化值，然后将该变化值与报警参数进行比较；如果测量数据或计算后的变化值达到或超过报警参数，则数据处理模块23预警驱动模块24发出驱动指令，预警驱动模块24实际上是一个驱动电路开关，接收到该驱动指令后，该驱动电路闭合，现场广播报警器报警，完成降雨及其它预定传感器阀值预警。

步骤24，无线收发模块25将测量数据通过无线网络传送给远程的监控中心；无线收发模块25接收到来自于数据处理模块的报警指令后，一方面使安装于射频有效范围内的射频报警器报警，最大化发挥现有报警设备的作用；另一方面使与无线收发模块25连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送，完成远程报警。

Claims (10)

1.一种多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于，包括：

监测设备，用于测量雨量数据，与采控单元连接；

所述采控单元，定时采集来自于所述监测设备的测量数据，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器报警；

供电模块，为所述采控单元内部各模块供电；

现场广播报警器，与所述采控单元连接，接收到所述采控单元发出的驱动指令后进行广播报警。

2.根据权利要求1所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述采控单元包括：

时钟模块，用于内部计时，完成定时启动和定时关机；

数据采集模块，与所述监测设备电连接，完成对所述监测设备的测量数据采集，并将采集到的所述测量数据发送给数据处理模块；

所述数据处理模块，接收来自于所述数据采集模块的测量数据，一方面将所述测量数据通过无线收发模块传送给远程的监控中心；另一方面对所述数据进行处理，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否向预警驱动模块发出驱动指令、向无线收发模块发出报警指令；

预警驱动模块，接收来自于所述数据处理模块的驱动指令，并驱动现场广播报警器报警；

所述无线收发模块，用于通过无线网络与远程的监控中心进行数据传输，完成将所述无线收发模块采集到的所述数据向所述监控中心的传输、接收来自于所述数据处理模块的报警指令使安装于射频有效范围内的射频报警器报警、使与所述无线收发模块连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送；并且接收所述监控中心的命令，设置所述现场报警参数以及所述采控单元内部各模块的工作参数或实施用于报警的音频文件的更新。

3.根据权利要求2所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述监测设备包括至少一用于测量现场降雨量的雨量计和至少一用于测量影响地质安全的外接传感器；

所述雨量计及所述外接传感器分别通过硬件接口与所述数据采集模块连接。

4.根据权利要求3所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述硬件接口包括模拟量接口和数字量接口。

5.根据权利要求2-4任一所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述供电模块包括蓄电池及用于向所述蓄电池充电的太阳能电池板，所述蓄电池与所述太阳能电池板之间通过蓄电池充电保护电路连接。

6.根据权利要求5所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述无线收发模块包括自建的区域化射频无线网络和GSM/GPRS模块与北斗卫星网络中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的多功能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述采控单元还包括用于存储报警的音频文件的存储器。

8.根据权利要求7所述的多功更能广播预警雨量监测系统，其特征在于：

所述存储器为SD卡、U盘或闪存芯片。

9.一种多功能广播预警雨量监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过监测设备对现场降雨量进行实时测量；

步骤2，采控单元定时采集来自于所述监测设备的测量数据，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，进而判断是否驱动现场广播报警器；

步骤3，现场广播报警器接收到所述采控单元发出的驱动指令后进行广播报警。

10.根据权利要求9所述的多功能广播预警雨量监测方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21，数据采集模块对所述监测设备的测量数据进行定时采集，并将采集到的测量数据发送给数据处理模块；

步骤22，所述数据处理模块接收来自于所述数据采集模块的所述测量数据后；一方面将所述测量数据通过无线收发模块传送给远程的监控中心；另一方面对所述测量数据进行处理，并将所述测量数据与现场报警参数进行比较，当测量数据大于或等于现场报警参数时，向预警驱动模块发出驱动指令、向无线收发模块发出报警指令；

步骤23，预警驱动模块接收到来自于所述数据处理模块的驱动指令后，驱动现场广播报警器报警，实现现场报警；

步骤24，所述无线收发模块将所述测量数据通过无线网络传送给远程的监控中心；所述无线收发模块接收到来自于所述数据处理模块的报警指令后，一方面使安装于射频有效范围内的射频报警器报警；另一方面使与所述无线收发模块连接的计算机本地声光报警和/或对预置的手机号码或IP地址进行报警信息发送，实现远程报警。