CN108955775A - 一种具有rdss功能的定位监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种具有RDSS功能的定位监测装置及方法，所述装置包含若干基准站、若干监测站、无线信号发射器、数据处理中心；所述无线传输单元通过无线信号发射器与数据处理中心相连。所述方法，具体描述实现了定位监测的过程。通过本装置及方法，可以实现自然灾害的快速定位和监测预警。

Description

一种具有RDSS功能的定位监测装置及方法

技术领域

本发明涉及监控领域，尤其涉及一种具有RDSS功能的定位监测装置及方法。

背景技术

自然灾害无时无刻不在发生，给人类社会带来极大危害。近年来，地震、滑坡、泥石流等自然灾害发生频率越来越高，造成严重的人员伤亡、财产损失、资源破坏等现象，面对如此境况，如何提升预警能力，在灾害发生之前及时预防，做好工作部署，成为相关部分积极思考的问题之一。

无疑，在科技如此发达的今天，面对自然灾害，我们能做的除了“兵来将挡水来土掩”之外，更多的是通过先进、科学的技术及精确的预警系统和监测系统，对气象情况及时掌控，根据监测数据，及时安排人们的生产生活，避免突发灾害带来的人员伤亡和财产损失。

目前，我国也正在积极做好自然灾害预警监测工作，各地方政府也积极鼓励建设气相监测站，对降雨情况进行实时掌控，除此之外，遥感监测技术等也得到广泛使用，用于监测生态环境、地震、滑坡等受灾情况。

为此，本发明提出一种具有RDSS功能的定位监测装置及方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种具有RDSS功能的定位监测装置，所述定位监测装置包含若干基准站、若干监测站、无线信号发射器、数据处理中心；

所述基准站包含第一定位模块、第一无线传输单元、第一控制器；

所述第一定位模块与所述第一控制器相连；所述第一无线传输单元与所述第一控制器相连；

所述监测站包含第二定位模块、第二无线传输单元、第二控制器，

所述第二定位模块与所述第二控制器相连；所述第二无线传输单元与所述第二控制器相连；

所述第二控制器连接传感器，所述传感器包含雨量传感器、裂缝监测装置、地下水监测装置、压力监测装置；

优选的，作为优先设计，可能还设计到了地声、应力监测传感器或监测装置。

所述第一无线传输单元和第二无线传输单元可以为4G通信模块或ZIGBEE通信模块或多模GPRS模块或多模3G无线通信模块；

所述第一控制器和第二控制器可以为ARM处理器或PLC控制器或IoT-3960工控板；

所述监测站的无线传输单元通过无线信号发射器与数据处理中心相连。

作为本发明的优选设计，在基准站和监测站中，均设置有北斗RDSS传输模块，所述北斗RDSS传输模块与第一控制器和第二控制器相连，所述北斗RDSS传输模块可以进行短报文信号传输。

所述北斗RDSS传输模块的作用在于实现另一个通信传输方式。

当然，作为本发明的优选设计，所述北斗RDSS传输模块的作用也可以是冗余通信单元，当检测到无线传输模块存在通信故障时，处理器实行通讯切换，利用北斗RDSS传输模块实现通讯，具体过程为，基准站和/或监测站将要传输的短报文，通过北斗RDSS传输模块至卫星，再由卫星通过北斗RDSS传输模块传输给服务器，形成监测站/基准站---短报文---北斗RDSS传输模块---卫星----北斗RDSS传输模块---服务器的信号传输通道。

所述基准站和监测站中，采用ARM+FPGA架构，所述FPGA和ARM相连，

所述FPGA和北斗高精度芯片相连，所述北斗高精度芯片为三星八频高精度模块，比如司南K508模块，所述北斗高精度芯片与混频器相连，混频器与滤波器相连，滤波器和功率分配器相连，功率分配器和北斗高精度天线相连。

在所述功率分配器和北斗高精度天线之间，还设置有低噪放模块，所述低噪放模块，例如，可以采用盛铂科技SWLNA0012031。

作为本发明的优选设计，所述基准站和监测站中，还设置有显示LCD，所述LCD和ARM相连。

作为本发明的优选设计，所述裂缝监测装置为视频摄像头或者裂缝计。

第一控制器和第二控制器通过USB接口接视频摄像头模组，视频摄像头模组采用定焦镜头和红外灯补光，实现全天候监测，所述摄像头模组可以自带存储功能，也可以由第一控制器和第二控制读取后存储，实现事后查询。

所述裂缝计包含一个KTC-300MM拉杆电子尺位移传感器，一个AD转换芯片，一个单片机，所述拉杆电子尺位移传感器、AD转换芯片、单片机依次相连，单片机与所述第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述地下水监测装置包括渗压计，所述渗压计与第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述定位监测装置中还包含倾斜计，所述倾斜计与所述第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述第一定位模块和第一定位模块为ATK-S1216F8-BD模块或ATGM332D-5N 模块或VNet系列GNSS定位模块；所述定位模块实现与北斗卫星的信号互联；

所述无线传输单元可以为U8300C、U8300W、CC2530、4G模块中的一种；

所述倾斜计为BWH516；

所述数据处理中心为计算机。

作为本发明的优选设计，所述传感器与监测站的第二控制器之间，通过RS232或RS485或以太网进行信号传输；在数据处理中心和无线信号发射器之间，还设置有防火墙。

作为本发明的优选实施方式，连接第二控制器的所有类别的传感器，也为第一控制器配置相应的传感器，将其与第一控制器相连，以便于起到基准比对作用。

本发明还公开了一种具有RDSS功能的定位监测方法，所述方法包括如下步骤：

1）各监测站和基准站分别进行定位通信自检，判断是否能接实施和北斗卫星的通信交互；若可以接收，则跳转至步骤3），否则，跳转至步骤2）

2）若有监测站和基准站不能与卫星进行通信，则启动蓝牙通信模块，通过蓝牙通信模块，将自己的ID和故障代码通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；该故障的监测站和基准站再通过蓝牙将监测数据通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；

所述临近的监测站和基准站采用如下规则：

故障站通过蓝牙通信模块广播检测指令，所有通信范围内的所有监测站和基准站根据检测指令进行相应，向故障站反馈相应信号，并计算相应时间并记录Ai，所述Ai表示第i个监测站和基准站的相应时间；计算响应的第i个监测站和基准站硬性通讯时间，Bi，Bi=Si/V，Si表示第i个监测站和基准站，与故障站之间的距离；Ti=Ai- Bi，根据实际情况Ti进行临近监测站和基准站选择；

3）所述故障站，选择Ti最小的四个监测站/基准站，作为蓝牙传输基站，故障站不断发送beacon广播报文，所述报文含发射功率，四个监测站/基准站收到beacon广播报文后，测量出接收功率，代入到功率衰减与距离关系的函数中，测算出距离该beacon基站的距离；

分别为L1，L2，L3，L4；

从上述四个距离及四个监测站/基准站中选择任意3个，存在4种组合，分别根据各种情形下的距离，计算各种情形下的位置值[Xi，Yi]，分别表示经纬度信息；

针对各种情形下的位置值，计算位置均值或均值矩阵[X’，Y’]；

如果[Xi，Yi]中任意一个参数，偏离均值矩阵[X’，Y’]对应数值的20%，则重新取Ti时间序列的另外四个点，重新计算，直至满足要求为止；

以均值或均值矩阵[X’，Y’]作为实际的测量为止；

4）将[X’，Y’]传输给Ti最小的监测站或基准站，通过Ti最小的监测站或基准站传输给数据处理中心；

5）数据处理中心根据传输的监测站或基准站信息，判断基准站和监测站的数据之间是否存在偏移，若存在，在认为存在风险，进行本地和远程预警。

优选的，所述方法依赖于所述的具有RDSS功能的定位监测装置。也可以独立实施。

本发明的有益效果在于：

1）自动预警，无需人为参与，不需要手动触发；

2）有效的防止预判，能够自动的克服外界导致的异常触发。

附图说明

图1是系统结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明涉及一种具有RDSS功能的定位监测装置，所述定位监测装置包含若干基准站、若干监测站、无线信号发射器、数据处理中心；

所述基准站包含第一定位模块、第一无线传输单元、第一控制器；

所述第一定位模块与所述第一控制器相连；所述第一无线传输单元与所述第一控制器相连；

所述监测站包含第二定位模块、第二无线传输单元、第二控制器，

所述第二定位模块与所述第二控制器相连；所述第二无线传输单元与所述第二控制器相连；

所述第二控制器连接传感器，所述传感器包含雨量传感器、裂缝监测装置、地下水监测装置、压力监测装置；

优选的，作为优先设计，可能还设计到了地声、应力监测传感器或监测装置。

所述第一无线传输单元和第二无线传输单元可以为4G通信模块或ZIGBEE通信模块或多模GPRS模块或多模3G无线通信模块；

所述第一控制器和第二控制器可以为ARM处理器或PLC控制器或IoT-3960工控板；

所述监测站的无线传输单元通过无线信号发射器与数据处理中心相连。

作为本发明的优选设计，在基准站和监测站中，均设置有北斗RDSS传输模块，所述北斗RDSS传输模块与第一控制器和第二控制器相连，所述北斗RDSS传输模块可以进行短报文信号传输。所述北斗RDSS传输模块的作用在于实现另一个通信传输方式。当然，作为本发明的优选设计，所述北斗RDSS传输模块的作用也可以是冗余通信单元，当检测到无线传输模块存在通信故障时，处理器实行通讯切换，利用北斗RDSS传输模块实现通讯，具体过程为，基准站和/或监测站将要传输的短报文，通过北斗RDSS传输模块至卫星，再由卫星通过北斗RDSS传输模块传输给服务器，形成监测站/基准站---短报文---北斗RDSS传输模块---卫星----北斗RDSS传输模块---服务器的信号传输通道。

作为本发明的优选设计，在基准站和监测站中，

所述基准站和监测站中，采用ARM+FPGA架构，所述FPGA和ARM相连，

所述FPGA和北斗高精度芯片相连，所述北斗高精度芯片为三星八频高精度模块，比如司南K508模块，所述北斗高精度芯片与混频器相连，混频器与滤波器相连，滤波器和功率分配器相连，功率分配器和北斗高精度天线相连。

在所述功率分配器和北斗高精度天线之间，还设置有低噪放模块，所述低噪放模块，例如，可以采用盛铂科技SWLNA0012031。

作为本发明的优选设计，所述基准站和监测站中，还设置有显示LCD，所述LCD和ARM相连。

作为本发明的优选设计，所述裂缝监测装置为视频摄像头或者裂缝计。

第一控制器和第二控制器通过USB接口接视频摄像头模组，视频摄像头模组采用定焦镜头和红外灯补光，实现全天候监测，所述摄像头模组可以自带存储功能，也可以由第一控制器和第二控制读取后存储，实现事后查询。

所述裂缝计包含一个KTC-300MM拉杆电子尺位移传感器，一个AD转换芯片，一个单片机，所述拉杆电子尺位移传感器、AD转换芯片、单片机依次相连，单片机与所述第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述地下水监测装置包括渗压计，所述渗压计与第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述定位监测装置中还包含倾斜计，所述倾斜计与所述第二控制器相连。

作为本发明的优选设计，所述第一定位模块和第一定位模块为ATK-S1216F8-BD模块或ATGM332D-5N 模块或VNet系列GNSS定位模块；所述定位模块实现与北斗卫星的信号互联；

所述无线传输单元可以为U8300C、U8300W、CC2530、4G模块中的一种；

所述倾斜计为BWH516；

所述数据处理中心为计算机。

作为本发明的优选设计，所述传感器与监测站的第二控制器之间，通过RS232或RS485或以太网进行信号传输；在数据处理中心和无线信号发射器之间，还设置有防火墙。

对于基准点和监测网点布设 ，应当尽量符合下列要求：

1）基准点应设置在远离致灾地质体的稳定地区，并构成基准网。监测网型应根据致灾地质体的范围、规模、地形地貌、地质因素、通视条件及施测要求选择，可布设为十字型、方格型、放射型。

2） 致灾地质体的监测网可分为高程网或平面网或三维立体监测网，应满足变形方位、变形量、变形速度、时空动态及发展趋势的监测要求。

3）监测剖面应以绝对位移监测为主，应能控制滑坡、危岩主要变形方向，并与勘探剖面重合或平行，宜利用勘探工程的钻孔、平洞、探井布设。当变形具有多个方向时，每一个方向均应有监测剖面控制。

4）对地表变形地段应布设监测点。对变形强烈地段和当变形加剧时应调整和增设监测点。

5）在泥石流区若有滑坡、危岩崩塌，应按滑坡及危岩崩塌区的监测要求布置监测工作。泥石流区的监测剖面应与泥石流区主勘探线重合。

6）塌岸监测剖面的布置应垂直于岸坡走向布置。

7）每条监测剖面的监测点不应少于3个。监测点的布置应充分利用已有的钻孔、探井或探洞进行。

作为本方案的优选设计，所述裂缝监测装置为视频摄像头。

作为本方案的优选设计，裂缝监测装置包含一个KTC-300MM拉杆电子尺位移传感器，一个AD转换芯片，一个单片机，所述拉杆电子尺位移传感器、AD转换芯片、单片机依次相连，单片机与所述第二控制器相连。

作为本方案的优选设计，所述地下水监测装置被配置用于进行地下水水量监测、流速监测、水位监测、水质监测；所述地下水监测装置包括渗压计、电导率传感器、声学多普勒流速剖面仪，所述渗压计、电导率传感器、声学多普勒流速剖面仪均与第二控制器相连。

作为本方案的优选设计，所述第一定位模块和第一定位模块为ATK-S1216F8-BD模块或ATGM332D-5N 模块； 所述定位模块实现与北斗卫星的信号互联；

所述第一无线传输单元和第二无线传输单元可以为U8300C、U8300W、CC2530中的一种；

所述数据处理中心为计算机。

作为本方案的优选设计，所述传感器与监测站的第二控制器之间，通过RS232或RS485或以太网进行信号传输。

作为本方案的优选设计，基准站和监测站均还包含有蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块可以为MBTV4。

一种具有RDSS功能的定位监测方法，所述方法包括如下步骤：

1）各监测站和基准站分别进行定位通信自检，判断是否能接实施和北斗卫星的通信交互；若可以接收，则跳转至步骤3），否则，跳转至步骤2）

2）若有监测站和基准站不能与卫星进行通信，则启动蓝牙通信模块，通过蓝牙通信模块，将自己的ID和故障代码通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；该故障的监测站和基准站再通过蓝牙将监测数据通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；

所述临近的监测站和基准站采用如下规则：

故障站通过蓝牙通信模块广播检测指令，所有通信范围内的所有监测站和基准站根据检测指令进行相应，向故障站反馈相应信号，并计算相应时间并记录Ai，所述Ai表示第i个监测站和基准站的相应时间；计算响应的第i个监测站和基准站硬性通讯时间，Bi，Bi=Si/V，Si表示第i个监测站和基准站，与故障站之间的距离；Ti=Ai- Bi，根据实际情况Ti进行临近监测站和基准站选择；

3）所述故障站，选择Ti最小的四个监测站/基准站，作为蓝牙传输基站，故障站不断发送beacon广播报文，所述报文含发射功率，四个监测站/基准站收到beacon广播报文后，测量出接收功率，代入到功率衰减与距离关系的函数中，测算出距离该beacon基站的距离；

分别为L1，L2，L3，L4；

从上述四个距离及四个监测站/基准站中选择任意3个，存在4种组合，分别根据各种情形下的距离，计算各种情形下的位置值[Xi，Yi]，分别表示经纬度信息；

针对各种情形下的位置值，计算位置均值或均值矩阵[X’，Y’]；

如果[Xi，Yi]中任意一个参数，偏离均值矩阵[X’，Y’]对应数值的20%，则重新取Ti时间序列的另外四个点，重新计算，直至满足要求为止；

以均值或均值矩阵[X’，Y’]作为实际的测量为止；

4）将[X’，Y’]传输给Ti最小的监测站或基准站，通过Ti最小的监测站或基准站传输给数据处理中心；

5）数据处理中心根据传输的监测站或基准站信息，判断基准站和监测站的数据之间是否存在偏移，若存在，在认为存在风险，进行本地和远程预警；

所述本地预警的方式包含邮件预警和短信预警，

所述预警邮件的传输方式为：选择收件地址，确定目标服务器，根据发件时间和目标服务器，进行邮件加密，将加密后的电子邮件发往目标服务器；判断目标服务器是否将电子邮件退回，若是，则对电子邮件加载不同的IP地址后，将电子邮件发送至目标服务器，若否，则结束。

在本地和远程预警之前，还存在风险复检环节，具体实现过程为：

利用监测站配置的图像采集装置实时的获得监控场所的图像数据，并由图像信息处理器对图像数据进行处理，抓取图像帧并灰度化；得到第一灰度图像；

利用对应监测站指定时间之前获得监控场所的图像数据，并由图像信息处理器对图像数据进行处理，抓取图像帧并灰度化；得到第二灰度图像；

根据第一灰度图像和第二灰度图像的变化率；是否超过指定阈值判别是否存在风险。

作为本方案的优选设计，在数据处理中心和无线信号发射器之间，还设置有防火墙。需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述定位监测装置包含若干基准站、若干监测站、无线信号发射器、数据处理中心；

所述基准站包含第一定位模块、第一无线传输单元、第一控制器；

所述第一定位模块与所述第一控制器相连；所述第一无线传输单元与所述第一控制器相连；

所述监测站包含第二定位模块、第二无线传输单元、第二控制器，

所述第二定位模块与所述第二控制器相连；所述第二无线传输单元与所述第二控制器相连；

所述第二控制器连接传感器，所述传感器包含雨量传感器、裂缝监测装置、地下水监测装置、压力监测装置；

所述第一无线传输单元和第二无线传输单元可以为4G通信模块或ZIGBEE通信模块或多模GPRS模块或多模3G无线通信模块；

所述第一控制器和第二控制器可以为ARM处理器或PLC控制器或IoT-3960工控板；

所述基准站和监测站的无线传输单元通过无线信号发射器与数据处理中心相连。

2.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，在基准站和监测站中，均设置有北斗RDSS传输模块，所述北斗RDSS传输模块与第一控制器和第二控制器相连，所述北斗RDSS传输模块可以进行短报文信号传输。

3.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，在基准站和监测站中，

所述基准站和监测站中，采用ARM+FPGA架构，所述FPGA和ARM相连，

所述FPGA和北斗高精度芯片相连，所述北斗高精度芯片与混频器相连，混频器与滤波器相连，滤波器和功率分配器相连，功率分配器和北斗高精度天线相连。

4.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述裂缝监测装置为视频摄像头或者裂缝计。

5.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述地下水监测装置包括渗压计，所述渗压计与第二控制器相连。

6.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述定位监测装置中还包含倾斜计，所述倾斜计与所述第二控制器相连。

7.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述第一定位模块和第一定位模块为ATK-S1216F8-BD模块或ATGM332D-5N 模块或VNet系列GNSS定位模块；所述定位模块实现与北斗卫星的信号互联；

所述无线传输单元可以为U8300C、U8300W、CC2530、4G模块中的一种；

所述倾斜计为BWH516；

所述数据处理中心为计算机。

8.一种如权利要求1所述的具有RDSS功能的定位监测装置，其特征在于，所述传感器与监测站的第二控制器之间，通过RS232或RS485或以太网进行信号传输；在数据处理中心和无线信号发射器之间，还设置有防火墙。

9.一种具有RDSS功能的定位监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）各监测站和基准站分别进行定位通信自检，判断是否能接实施和北斗卫星的通信交互；若可以接收，则跳转至步骤3），否则，跳转至步骤2）

2）若有监测站和基准站不能与卫星进行通信，则启动蓝牙通信模块，通过蓝牙通信模块，将自己的ID和故障代码通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；该故障的监测站和基准站再通过蓝牙将监测数据通过临近的监测站和基准站传送至数据处理中心；

所述临近的监测站和基准站采用如下规则：

故障站通过蓝牙通信模块广播检测指令，所有通信范围内的所有监测站和基准站根据检测指令进行相应，向故障站反馈相应信号，并计算相应时间并记录Ai，所述Ai表示第i个监测站和基准站的相应时间；计算响应的第i个监测站和基准站硬性通讯时间，Bi，Bi=Si/V，Si表示第i个监测站和基准站，与故障站之间的距离；Ti=Ai- Bi，根据实际情况Ti进行临近监测站和基准站选择；

3）所述故障站，选择Ti最小的四个监测站/基准站，作为蓝牙传输基站，故障站不断发送beacon广播报文，所述报文含发射功率，四个监测站/基准站收到beacon广播报文后，测量出接收功率，代入到功率衰减与距离关系的函数中，测算出距离该beacon基站的距离；

分别为L1，L2，L3，L4；

从上述四个距离及四个监测站/基准站中选择任意3个，存在4种组合，分别根据各种情形下的距离，计算各种情形下的位置值[Xi，Yi]，分别表示经纬度信息；

针对各种情形下的位置值，计算位置均值或均值矩阵[X’，Y’]；

如果[Xi，Yi]中任意一个参数，偏离均值矩阵[X’，Y’]对应数值的20%，则重新取Ti时间序列的另外四个点，重新计算，直至满足要求为止；

以均值或均值矩阵[X’，Y’]作为实际的测量为止；

4）将[X’，Y’]传输给Ti最小的监测站或基准站，通过Ti最小的监测站或基准站传输给数据处理中心；

5）数据处理中心根据传输的监测站或基准站信息，判断基准站和监测站的数据之间是否存在偏移，若存在，在认为存在风险，进行本地和远程预警。

10.一种具有RDSS功能的定位监测方法，其特征在于，所述方法依赖于权利要求1-8之一所述的具有RDSS功能的定位监测装置。