CN104697584A - 集散式多物理场工程安全动态监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，包括数据采集模块、设置在监测基站的采集处理仪和远程的上位机，所述数据采集模块集成设置在采集处理仪中或者分布设置在现场的传感器附近，当分布设置在现场的传感器附近时，数据采集模块远距离连接采集处理仪或上位机；数据采集模块返回传感器数据到采集处理仪或上位机，采集处理仪将接受到的传感器数据上传到上位机，上位机根据传感器数据判断是否需要报警，是则通知采集处理仪启动现场报警设备。本发明稳定、可靠、准确、方便，可为水利工程管理、险情预报提供技术支撑。

Description

集散式多物理场工程安全动态监测预警系统

技术领域  

本发明涉及工程安全动态监测技术领域，特别涉及一种集散式多物理场工程安全动态监测预警系统。

背景技术  

在水利、房建、交通等工程建设中，堤防和边坡的监测越来越得到重视。为了对水利工程边坡、堤防进行渗流、位移、变形等进行动态检测，目前水利检测通常采用工程安全动态监测系统。但是，已有监测系统存在的端口扩展困难、传输方式落后、监测范围小、功能少、使用不便、造价与运行成本高等问题；系统功能适应性不强，GPS和传统监测方法结合不完善；缺少预警预报功能，监测频率不能动态调整；监测参数设置不便，后处理使用不便。

发明内容

本发明的目的在于主要针对现有技术的传输方式缺陷，设计了一种新的集散式多物理场工程安全动态监测预警系统。

本发明所采用的技术方案提供一种集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，包括数据采集模块、设置在监测基站的采集处理仪和远程的上位机，所述数据采集模块集成设置在采集处理仪中或者分布设置在现场的传感器附近，当分布设置在现场的传感器附近时，数据采集模块远距离连接采集处理仪或上位机；

所述采集处理仪，包括嵌入式CPU、外设接口、显示屏、信息输出端口和现场报警设备，嵌入式CPU与外设接口、显示屏、信息输出端口外设接口分别连接，外设接口包括RS232接口和RS485接口，RS485接口连接数据采集模块，RS232接口连接远程的上位机，信息输出端口连接现场报警设备；

所述数据采集模块包括 CPU、6路光电隔离器、通信接口、ADC、可编程仪表放大器、模拟电子开关、振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路、振弦信号或其他脉冲信号选择器、内部激励源、内部激励源选择开关、内外激励选择、传感器输入的多路通道和相应的继电器输入多路开关；所述6路光电隔离器分别记为光电隔离器1、光电隔离器2、光电隔离器3、光电隔离器4、光电隔离器5和光电隔离器6，CPU与6路光电隔离器、通信接口、继电器输入多路开关分别连接，继电器输入多路开关连接通道；

光电隔离器1经ADC连接可编程仪表放大器的输出端，光电隔离器2连接可编程仪表放大器的控制端，可编程仪表放大器的输入端连接模拟电子开关的输出端，光电隔离器3连接模拟电子开关的控制端，模拟电子开关的输入端连接继电器输入多路开关；

光电隔离器5连接振弦信号或其他脉冲信号选择器的控制端，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输出端连接振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输入端，振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输出端连接光电隔离器4，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输入端连接继电器输入多路开关；

内部激励源的输出连接内部激励源选择开关，光电隔离器6连接内部激励源选择开关，内部激励源选择开关连接内外激励选择的一个触点，外部激励输入连接内外激励选择的另一个触点，内外激励选择连接继电器输入多路开关。

而且，所述多路通道包括五个通道，每个通道由四个接线端子组成，通过接线端子与传感器连接。

而且，设置散热风扇，所述信息输出端口连接散热风扇。

而且，所述采集处理仪采用防雷设计。

而且，所有相关GPS站点的数据传送到上位机，在上位机存储和显示。

而且，数据采集模块返回传感器数据到采集处理仪或上位机，采集处理仪将接收到的传感器数据上传到上位机。

而且，上位机根据传感器数据判断是否需要报警，是则通知采集处理仪启动现场报警设备。

而且，上位机发送配置到采集处理仪，采集处理仪发送上位机的配置或用户在现场的配置到数据采集模块，数据采集模块根据配置返回传感器数据。

而且，所述配置包括确定采集处理仪与数据采集模块的对应关系，针对单个数据采集模块配置传感器测点参数。

本发明通过对市场已有监测系统的研究以及工程问题需要，提供一种稳定、可靠、准确、方便的适用于水利工程堤防、岸坡实时的动态监测预警系统，可以根据具体地域情况灵活设置使用，为水利工程管理、险情预报提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例的集中式应用示意图。

图2为本发明实施例的分布式应用示意图。

图3为本发明实施例的采集处理仪结构图。

图4为本发明实施例的数据采集模块结构图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。

集散式多物理场工程安全动态监测预警系统包括数据采集模块、设置在监测基站的采集处理仪和远程的上位机，所述数据采集模块集成设置在采集处理仪中或者分布设置在现场的传感器附近，当分布设置在现场的传感器附近时，数据采集模块远距离连接采集处理仪或上位机。

由于水利工程的监控目标通常涉及地域范围大，可以分区域布设作为监控单元的现场基站，本领域通常称为“自动测量单元”，基站处设置采集处理仪，一个区域内有多个测点，每个测点有相应数据采集模块，某区域的所有测点的数据采集模块上传传感器数据到该区域的采集处理仪，所有采集处理仪将各自从相连的数据采集模块获取的数据上传到远程的上位机集中管理。上位机可以采用计算机或服务器。具体实施时，数据采集模块可以根据预设方式进行采集，也可以由上位机发送配置到采集处理仪，采集处理仪转发配置到数据采集模块，或者由用户在采集处理仪处直接设定配置；数据采集模块根据配置返回传感器数据到采集处理仪或上位机，采集处理仪将接受到的传感器数据上传到上位机。上位机根据采集处理仪或数据采集模块上传的传感器数据判断是否需要报警，是则通知采集处理仪启动现场报警设备。

参见图1，针对监测传感器布置较为集中、监测断面距离较近的工况，一般是就近设置一个监控单元，可将本发明所提供数据采集模块内置于监测单元的机箱内部，将监测传感器引线至监测单元，完成监测工作。如图1中，断面一和断面二都距离监测单元较近，断面一处设置的15个监测传感器连接数据采集模块1，断面二处设置的15个监测传感器连接另一个数据采集模块2，两个数据采集模块都集成设置在监测单元处，可以和监测单元处的采集处理仪放置在一个机箱内。

参见图2，针对监测传感器布置较为分散或监测断面距离较远（例如≥4 0m）的工况，一般是综合考虑各监测传感器布设位置设置一个监控单元，可采用分离布置方式，将本发明所提供数据采集模块就近布置于监测传感器附近，通过RS485数据线与监测单元（基站）相连接，实现数据采集和工程监测。监控单元可通过TCP/IP、RS485总线或GPRS DTU模块与远程上位机通讯。分离式采集模块也可以作为一个微型监测单元，通过GPRS DTU模块或RS485总线直接与远程上位机通讯。如图2中，断面一和断面二都距离监测单元较远，断面一处设置的15个监测传感器连接一个数据采集模块1，该数据采集模块设置于断面一附近（测点1），断面二处设置的15个监测传感器连接另一个数据采集模块2，该数据采集模块设置于断面二附近（测点2），两个数据采集模块采用双绞线连接至监测单元处；断面三距离更远，该处设置的15个监测传感器连接另一个数据采集模块3，该数据采集模块设置于断面三附近（测点3），直接和上位机建立通信连接。

采集处理仪主要包括嵌入式CPU、外设接口和显示屏，嵌入式CPU采用ARM CPU，外设接口可包括RS232接口和RS485接口。RS232接口用于连接电脑或其他近距离设备，或外接GPRS模块，通过外接GPRS模块可方便地与上位机例如远程服务器通信；RS485接口用于连接数据采集模块，可支持远距离通讯。具体实施时还可以扩展设置其他接口，例如一个用于连接局域网的RJ45网络接口、一个USB接口（HOST2.0主从通讯，主接口）。参见图3，实施例中，以嵌入式CPU为中心设置了触摸式按键、液晶屏、SD存储卡、RS232和RS485接口，并且通过信息输出端口扩展设置了散热风扇和现场报警设备（例如报警器），可以支持设备散热和报警提示。信息输出端口具体实施时也可采用RS485接口提供。通常还需要提供相应电源模块DC/DC，以便将24V外接电源转换为工作电源。

具体实施时，嵌入式CPU可采用低功耗ARM  CORTEX  A8  600MHZ，功能齐全，采样速度快、运行效率高；存贮可采用大容量固态电子硬盘，防尘防震动，存贮速度快，稳定性可靠性高。

采集处理仪可以连接多个数据采集模块，因为信息输出端口也可采用RS485接口，一般不超过98个，如图3中实施例的采集处理仪连接了98个采集模块。所述采集模块从现场设置的传感器采集数据。

基于本发明提供的采集处理仪，通过采集处理仪和数据采集模块、上位机的通信连接，可支持实现传感器参数的配置、数据自动化采集、定点持续采样、数据备份存贮、远程无线传输、传感器模拟信号的解析、数据后处理、现场报警设备启动等功能，主要是通过集成或远距离连接数据采集模块，支持数据采集模块同一端口接不同传感器，支持用户根据需要调整传感器接入通道；支持用户进行远程和现场（就地）信息配置，例如采样周期、数据存贮、传感器的参数配置等。具体实施时，本领域技术人员可以利用Linux操作系统，自行设定采集处理仪的用户操作界面。

具体实施时，可设定采集处理仪支持多模式工作方式：支持时间触发、事件触发及休眠模式等三种工作模式。其中，1) 事件触发模式。当采集处理仪收到远程的中央控制服务器发出数据请求指令后，立即启动数据采集、传输程序，完成操作后转入休眠模式；2) 时间触发模式：根据设置好的工作时间，启动数据采集、传输程序，完成操作后转入休眠模式；3) 休眠模式：无工作任务时进入休眠状态，降低能量损耗。

采集处理仪的工作任务一般为：

1）嵌入式CPU定时对数据采集模块发出命令，读取其所测数据，并将采集的数据显示在液晶屏上，存储于SD卡中，以便查询历史数据和备份数据。

2）嵌入式CPU响应操作人员的触控按键操作或者远程服务器的命令，并将指令通过RS485总线下发给相应的数据采集模块或散热风扇、现场报警设备。

3）嵌入式CPU通过RS232通讯端口，将采集到的数据采集模块的测量数据发送给GPRS模块，GPRS模块通过公用通讯网络传输给远程服务器，完成数据的上传任务。

常规的监测系统是通过上位机（电脑、服务器）直接设置和控制监测系统，本系统的采集处理仪可以代替上位机，直接在采集处理仪上设置系统参数，实现控制和数据采集、存储和处理功能，具体实施时，当巡检工作人员巡视到基站时，可通过采集处理仪对相连的数据采集模块进行配置、查看各数据采集模块所得数据，例如用户通过采集处理仪的人机界面可以选择采集模块1、采集模块2…采集模块98之一，对其中5个通道分别接入的信号进行接线方式设定。设置完成后，可通过GPRS网络保存到上位机，上位机通过读入采集仪配置数据；也可通过上位机配置系统数据后，下载入系统的采集处理仪，完成系统配置。

便于实施参考起见，提供实施例的数据采集模块结构说明如下：

参见图4，所述数据采集模块包括 CPU、6路光电隔离器、通信接口、ADC、可编程仪表放大器、模拟电子开关、振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路、振弦信号或其他脉冲信号选择器、内部激励源、内部激励源选择开关、内外激励选择、传感器输入的多路通道和相应的继电器输入多路开关；所述6路光电隔离器分别记为光电隔离器1、光电隔离器2、光电隔离器3、光电隔离器4、光电隔离器5和光电隔离器6，CPU与6路光电隔离器、通信接口、继电器输入多路开关分别连接，继电器输入多路开关连接通道；

光电隔离器1经ADC连接可编程仪表放大器的输出端，光电隔离器2连接可编程仪表放大器的控制端，可编程仪表放大器的输入端连接模拟电子开关的输出端，光电隔离器3连接模拟电子开关的控制端，模拟电子开关的输入端连接继电器输入多路开关；

光电隔离器5连接振弦信号或其他脉冲信号选择器的控制端，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输出端连接振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输入端，振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输出端连接光电隔离器4，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输入端连接继电器输入多路开关；

内部激励源的输出连接内部激励源选择开关，光电隔离器6连接内部激励源选择开关，内部激励源选择开关连接内外激励选择的一个触点，外部激励输入连接内外激励选择的另一个触点，内外激励选择连接继电器输入多路开关。

数据采集模块的各部分分别可采用现有芯片或电路，例如数据采集模块的CPU可采用ΜP，即小型工业嵌入CPU。数据采集模块的通信单元也采用RS485接口，以便与采集处理仪的嵌入式CPU之间通过RS485接口连接，内外激励选择可采用继电器。ADC是指模数转换电路，建议采用24位高精度模数转换器。

数据采集模块所涉及的激励是指在采集传感器数据时需要加到传感器上的激励源：

外部激励是由外部提供的激励源，一些非通用特殊的传感器需要激励时就由外部激励源提供传感器激励。数据采集模块是根据预先的设置信息而打开或关闭外部激励源。外部激励源主要有：

1、直流电压源，如直流5--28V；

2、直流电流源，如0.2mA—10mA

EXT*--外部激励源输出端

EXT#--外部激励源输出返回端

AGND—数据采集模块的内部模拟电路地

内部激励源是由数据采集模块内部提供的激励源，可以针对通用传感器的类型预先集成相应激励源电路，当外接传感器是一些非通用型时就需要根据具体情况采用外部激励源。数据采集模块是根据预先的设置信息而打开或关闭内部激励源。内部激励源主要有：

1、直流电压源，如直流4V，12V，24V；

2、直流电流源，如0.2mA，1mA

3、高压脉冲源

继电器输入多路开关包括和通道相应的继电器，本发明实施例提供的数据采集模块具有五个输入通道，标记为通道1、通道2…通道5，每个输入通道由四个接线端子组成，则继电器输入多路开关包括20个继电器。通过这四个端子的不同组合，最多可同时输入3个模拟量信号，也可以输入脉冲量信号。

数据采集模块所涉及的通道是指数据采集模块与传感器连接的基本单元结构。每个通道的四个端子分别标记为*、﹢、﹣、#，分别表示传感器激励、传感器信号输出+、传感器信号输出-，传感器激励返回。内外激励选择连接每个通道中端子*相应的继电器。具体实施时，对于不同的传感器，有不同的接线方式，举例如下：

对于电流信号（如水位计），有单端输入，即连接端子*、﹢、﹣之一和#，也有共享输入，即连接端子*和#，或者连接端子﹢和﹣。

对于电压信号（如测斜仪等），有单端输入，即连接端子*、﹢、﹣之一和#，也有差分输入，即连接端子*和#，或者连接端子﹢和﹣。

对于频率信号（如渗压计、土压力计），连接端子*、﹢、﹣之一和#。对于电阻信号（二线、三线或四线电阻，如铂热电阻、热敏电阻、普通电阻信号等），二线电阻是连接端子*、﹢、﹣之一和#，三线电阻（如三线Pt100,Pt1000等）是连接端子*、﹢、﹣一起，四线电阻（如精密四线Pt100,Pt1000等）是连接端子*、﹢、﹣和#一起。

对于脉冲信号（如雨量计）是连接脉冲信号（如雨量计）端子﹢和﹣。

实施例的数据采集模块每个输入通道的各接线端子都经由继电器输入多路开关的触点切换（如图4的继电器输入多路开关中相应继电器），数据采集模块上电后开始工作，工作方式可以为，当预先设定的信号采集时间到时，数据采集模块根据预先设置的通道信号配置情况自动地对被测信号进行采集，当采集处理仪的嵌入式CPU通过RS485访问数据采集模块时，数据采集模块便将测量数据传输给采集处理仪的嵌入式CPU。下面以某一通道的传感器信号采集为例来说明工作过程，其他通道的工作方式相同。

1、首先当某一输入通道的传感器被采集时，数据采集模块的CPU对继电器输入多路开关发出控制信号，使该通道的传感器通过继电器输入多路开关切换接入数据采集模块，而剩余的其他四个通道的所有输入被断开，因此它们与被采集的信号通道完全隔离，这样可有效地克服其他通道所接的传感器带来的噪声。

2、CPU根据被测通道的信号类型发出相应的控制信号，经过光电隔离器6的耦合传输，通过内部激励源选择开关和内外激励选择启动或关闭相应的内部或外部激励源，内部或外部的激励源施加到传感器上后，传感器便输出一个电信号响应。

3、传感器的电信号响应输出主要有两种类型：Ⅰ.模拟电压或电流信号（如温度、压力等传感器），Ⅱ.脉冲信号（如振弦传感器信号、雨量计信号）。这两种输出信号类型的信号处理是不同的。

信号类型Ⅰ的处理过程：CPU发出控制信号通过光电隔离器3的耦合传输，切换多路模拟电子开关产生与传感器相应的输出，通过模拟电子开关将被选择通道的传感器输出的模拟信号切换至仪表放大器进行放大处理；多路模拟电子开关的输出信号进入可编程仪表放大器，然后CPU发出控制信号经的光电隔离器2的耦合传输去控制可编程仪表放大器的信号增益，使可编程仪表放大器的输出信号与后续的ADC的测量范围匹配，这样可最大限度的利用ADC的测量分辨率以提高测量精度，被测信号经放大处理后进入ADC， 接着CPU发出控制信号经光电隔离器1的耦合传输去控制ADC的采样，ADC采样完成后CPU仍通过光电隔离器1去读取ADC的采样结果，CPU对这些采样结果进行数字滤波，并根据传感器的特性进行量程变换，然后将量程变换值进行存储。具体实施时，可选用抗共模干扰能力强的可编程仪表放大器。

信号类型Ⅱ的处理过程：CPU发出控制信号通过光电隔离器5的耦合传输，控制振弦信号或其他脉冲信号选择器的切换，则传感器的输出信号就进入振弦信号或其他脉冲信号放大、整形电路模块进行放大和整形，整形后的信号经过光电隔离器4的传输进入CPU，CPU再对该信号进行计数以计算振弦传感器或雨量计的输出频率，然后对该计算值进行存储。具体实施时，振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路可根据具体需要支持的传感器信号设置相应处理电路，例如包括一路振弦信号处理电路和一路脉冲信号处理电路，当本次采集的信号是振弦信号时，通过振弦信号或其他脉冲信号选择器将此输入信号切换至振弦信号处理电路进行放大和整形；如果本次采集的信号是其他脉冲信号，通过振弦信号或其他脉冲信号选择器将脉冲信号切至脉冲信号处理电路进行放大和整形。

为支持分离式工作，数据采集模块也需要提供DC/DC（电源模块），具体实施时可采用外购标准输出模块，由于数据采集模块内部的集成芯片的工作电压不尽相同，因此需要将外部提供的电源进行转换，以提供集成芯片的合适工作电压，为提高电源的效率故而采用DC/DC的开关电源模块。实施例中共有3个DC/DC分别记为电源模块1、电源模块2、电源模块3，各DC/DC的输出去向参见图4，电源模块1供CPU、RS485及光电隔离器1、2、3、4、5、6，电源模块2供模拟电子开关、可编程仪表放大器，ADC记光电隔离器副边，并作为电压基准提供4V激励电压源，电源模块3提供12V、24V激励电压源。

具体实施时，采集处理仪与上位机之间可以设有三种数据通讯方式：分别为TCP/IP数据传输、GPRS DTU无线传输和RS485总线传输。

(1)TCP/IP：TCP/IP是现有网络采用的最通用的通讯协议标准。系统通过在采集处理仪上设置网络接口卡与本地局域网连接，采用在采集处理仪上固化的TCP(数据传输协议)/IP(识别地址)协议进行数据传输，适用于已有局域网络覆盖的区域。

(2) GPRS：全称为通用分组无线服务技术，是基于GSM网络的一种移动数据技术。系统可采用外接GPRS模块，即以GPRS网络为基础的串口对串口数据传输的无线传输设备，集成TCP/IP协议栈，开发全透明点对点及点对多点的数据传输通道，解决部分区域未覆盖无线局域网而无法采用以太网传输的问题。该传输方式具备传输速率快、性能稳定、数据不丢失(在GPRS网络覆盖区域内)等优势，在信号覆盖范围内均能传输。每4个模块可传输64个信号，采集周期为3min，单月消耗流量小于30M。GPRS数据传输质量与当地运营商及基站信号质量有关，信号质量差时，将增加问讯及发送次数，耗费流量会略微增加。通过GPRS网络，数据采集仪可将传感数据通过发送到远程上位机或相关用户的手机。

(3) RS485通讯：采集处理仪具有两个串口，一个RS232，一个RS485。其中RS485负责采集仪与数据采集模块之间的通讯。当采集仪无法采用GPRS或TCP/IP与上位机通讯时，可利用RS232/485模块，将RS232转换成RS485，采用RS485总线与远程上位机通讯。RS485总线布线简单，但此距离一般不宜超过1km。

具体实施时，采集处理仪的供电可采用220VAC交流或24VDC直流两种供电方式。

220V交流供电系统包括电源管理模块、备用电池、主备电切换电路、继电保护电路等。正常情况下，外接220V交流电源经电源管理模块稳压净化后为系统提供工作电源，同时为内置的蓄电池进行充电。若外接电源因故终止供电，电源管理模块可自动无缝切换至备电供电。在不使用外接电源的情况下，内置的免维护蓄电池在电量充满的情况下待机时间约为24小时。考虑到部分工程存在配备外接220V交流电源困难的问题，也可采用采用风光互补电源，电源部件包括太阳能电板、风力发电机、蓄电池、逆变器等。

具体实施时，对采集处理仪所有对外出入线可进行防雷设计：

电源防雷方面，通过大容量接地，将雷电能量绝大部分导入大地，采用放电管、压敏电阻、电源滤波器等器件吸收雷电的剩余能量，在遭受雷击时保护电源模块。

通讯防雷方面，可采用放电管和TVS管，吸收通讯线路的雷电能量，雷击时保护通讯模块。

显示器防雷方面，可采用接放电管和TVS管，保证采集处理仪安全运行。

对数据采集模块的防雷，采用放电管（吸收大的雷击能量）及TVS管（浪涌吸收器），保护信号采集模块在雷击时不受损坏。

采集处理仪的机箱内可以设置温度测量电路，采集处理仪的嵌入式CPU接收温度测量电路的测量结果，当机箱内的温度超过设定温度时，经信息输入端口启动风扇进行散热，以免温度过高损坏监测单元器件，也可由远程上位机发送命令，采集处理仪的嵌入式CPU根据命令启动风扇。现场报警设备可采用如声光报警器、扬声器等，当监测指标超过预警指标值时，可由远程上位机自动或手动启动现场报警设备，以提醒现场人员注意或疏散。

上位机接受各数据采集模块所得数据，提供监测数据的显示与查询：

实时监测数据可以采用数据表形式提供，例如实时数据表中包括测点编号，测点原始测值，实时测量值等参数。

历史数据可根据用户选择的需要查询的测点和起止时间，采用数据表、曲线图等形式提供历史数据和历史曲线。历史曲线图表中具备游标功能，可查询游标所对应时间的监测数据。

本发明的上位机还提供预警：当监测到的实时监测数据超过在测点配置界面设定的警戒值的报警限时，启动预警预报，例如上位机通过音箱发出警报声，并通过短信模块将预警短信发送至指定人员手机；并且，上位机可自动或手动启动/关闭采集处理仪中的现场报警设备。

因为水利工程等往往涉及地形变化，需要进行GPS站点监测。本发明系统除了实现对传感数据的监测，还可以集成对GPS数据的监测，例如所有相关GPS站点的数据传送到上位机，在上位机存储和显示，例如设定GPS实时数据曲线时限长度以及GPS数据读取间隔时间，根据用户选择的需要查询的GPS站点和GPS数据项，显示最新的GPS实时数据，并显示实时的GPS数据曲线，提供历史GPS数据。

具体实施时，上位机可以由本领域技术人员自行根据需要设定相应远程监测管理方式，例如基于数据库技术对所有采集处理仪或数据采集模块上传的数据进行存储管理。用户可通过上位机对采集处理仪、数据采集模块进行配置、查看各数据采集模块所得数据：

(1) 模块配置，确定采集处理仪与数据采集模块的对应关系，并根据监测要求，确定数据采集模块对传感器的采样周期。

(2) 单元配置，包括采集处理仪3方面的信息。

单元信息：建立单元编号与单元地址的相关关系；设定超时时间，即上位机发出获取数据指令后，超过限定时间后重新发送指令，要求采集处理仪上传数据；填写单元备注，即根据监测要求，备注所监测单元的特点信息，例如断面名称，所采用的高程等等；设定是否启动现场报警设备。

通讯方式：选择通讯方式，针对不同设备，选择不同的通讯方式。可支持串口通讯、GPRS无线传输、TCP/IP三种通讯方式，根据实际情况，填写表格内的内容。

参数：填写采集处理仪对上位机的访问时间间隔，即采样周期；填写机箱工作温度的限定值，超过该温度则启动风扇并发出警报。

(3)测点配置，主要负责针对单个数据采集模块配置传感器测点参数。例如按照现场传感器的连接情况，将各传感器的设备类型、信号物理量、信号类型、测量单位、接线方式、量程上限、初始读数以及补偿变量填写至表中；根据监测工程的情况，将预设的警戒值填写至上限报警与下限报警信息栏中。

其中，不同信号类型的传感器具有不同的接线方式，具体实施时可提供人机界面供用户选择正确的接线方式，备选框中已根据不同的信号类型将接线方式分类。配置完成后，可将各模块配置信息直接下传给采集处理仪或直连的数据采集模块。数据采集模块根据采集处理仪转发或上位机直接发送的信号类型及接线方式完成传感器信号的采集。

具体实施时，根据需要还可以进行组合测点配置，主要针对测斜仪等由多个传感器配合工作的测点进行配置；例如某组合测点由2支测斜仪传感器组成，则将该测点对应的测斜仪编号加入到组合测点中，填写所属单元编号，测量单位以及组合点名称，并设置组合测点测值的计算公式。设置组合测点的警戒值的上下限，控制预警预报。

(4) 系统配置，用于设置系统工程名称，数据保存以及备份存储路径，还可以填写数据打包邮寄的发送地址，预警短信接收人员的手机号码，以支持发送多地址；此外，设置GPS的测量站点数，并设置调用GPS数据的地址信息。

具体实施时，通过数据采集仪进行现场（就地）信息配置，与通过上位机进行远程设置的方式类似，当用户在某数据采集仪处时，可进行该数据采集仪相应模块配置、单元配置、测点配置，对该数据采集仪所连接的数据采集模块配置传感器测点参数。

具体实施时，每个测点的数据采集模块采集现场传感器（包括测斜仪、水位计、渗压计、土压力计、雨量计、土壤湿度计、多点位移计等）的数据，数据上传到采集处理仪，采集处理仪实现数据采集、网络传输、电源管理、安全功能、人机交互、防雷设计，上位机实现通讯功能、数据预处理、数据分析、监测断面信息、安全评价、预警预报。通过各级装置协同，实现整个系统的检测及预警。

以上内容是结合最佳实施方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：包括数据采集模块、设置在监测基站的采集处理仪和远程的上位机，所述数据采集模块集成设置在采集处理仪中或者分布设置在现场的传感器附近，当分布设置在现场的传感器附近时，数据采集模块远距离连接采集处理仪或上位机；

所述采集处理仪，包括嵌入式CPU、外设接口、显示屏、信息输出端口和现场报警设备，嵌入式CPU与外设接口、显示屏、信息输出端口外设接口分别连接，外设接口包括RS232接口和RS485接口，RS485接口连接数据采集模块，RS232接口连接远程的上位机，信息输出端口连接现场报警设备；

所述数据采集模块包括 CPU、6路光电隔离器、通信接口、ADC、可编程仪表放大器、模拟电子开关、振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路、振弦信号或其他脉冲信号选择器、内部激励源、内部激励源选择开关、内外激励选择、传感器输入的多路通道和相应的继电器输入多路开关；所述6路光电隔离器分别记为光电隔离器1、光电隔离器2、光电隔离器3、光电隔离器4、光电隔离器5和光电隔离器6，CPU与6路光电隔离器、通信接口、继电器输入多路开关分别连接，继电器输入多路开关连接通道；

光电隔离器1经ADC连接可编程仪表放大器的输出端，光电隔离器2连接可编程仪表放大器的控制端，可编程仪表放大器的输入端连接模拟电子开关的输出端，光电隔离器3连接模拟电子开关的控制端，模拟电子开关的输入端连接继电器输入多路开关；

光电隔离器5连接振弦信号或其他脉冲信号选择器的控制端，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输出端连接振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输入端，振弦信号或其他脉冲信号放大整形电路的输出端连接光电隔离器4，振弦信号或其他脉冲信号选择器的输入端连接继电器输入多路开关；

内部激励源的输出连接内部激励源选择开关，光电隔离器6连接内部激励源选择开关，内部激励源选择开关连接内外激励选择的一个触点，外部激励输入连接内外激励选择的另一个触点，内外激励选择连接继电器输入多路开关。

2.根据权利要求1所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：所述多路通道包括五个通道，每个通道由四个接线端子组成，通过接线端子与传感器连接。

3.根据权利要求1所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：设置散热风扇，所述信息输出端口连接散热风扇。

4.根据权利要求1所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：所述采集处理仪采用防雷设计。

5.根据权利要求1所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：所有相关GPS站点的数据传送到上位机，在上位机存储和显示。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：数据采集模块返回传感器数据到采集处理仪或上位机，采集处理仪将接收到的传感器数据上传到上位机。

7.根据权利要求6所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：上位机根据传感器数据判断是否需要报警，是则通知采集处理仪启动现场报警设备。

8.根据权利要求6所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：上位机发送配置到采集处理仪，采集处理仪发送上位机的配置或用户在现场的配置到数据采集模块，数据采集模块根据配置返回传感器数据。

9.根据权利要求8所述集散式多物理场工程安全动态监测预警系统，其特征在于：所述配置包括确定采集处理仪与数据采集模块的对应关系，针对单个数据采集模块配置传感器测点参数。