CN110264673A - 一种集成gnss和微震信息的多功能地灾监测装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置，包括基座和设置于基座上的杆体，杆体顶端设置有GNSS接收器，基座设置有与监测装置成一体结构的微震传感器；杆体上部设有光伏横杆和雨量横杆，光伏横杆上安装有光伏板，雨量横杆上安装有雨量传感器；杆体上设置有温湿度传感器和报警装置；杆体上还设有控制箱，控制箱内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及光伏板连接的MPPT控制器；微震器、MPPT控制器、雨量传感器和温湿度传感器通过数据采样模块连接控制器；GNSS接收器、报警装置和数据传输模块分别与控制器连接；控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向报警装置发送报警信号。本发明还提供采用上述监测装置的实时监测系统。

Description

一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置及系统
技术领域
本发明涉及地质灾害监测领域，特别是一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置及监测系统。
背景技术
我国地质灾害较为发育，滑坡、崩塌及泥石流等地质灾害频繁发生，给人民的生命财产安全造成极大的损失。近年来，政府部门投入极大的关注，组织各部门的力量全面开展地质灾害防治工作，将各种新兴技术(如自动化监测、GPS、物联网技术、3G通讯、北斗卫星通讯、云技术、集群技术等)融入到地质灾害防治研究工作中，取得了突破性的进展。随着计算机技术及通讯技术的发展，不同监测手段应用于地质灾害监测中，监测内容更加丰富，并且监测技术方法已逐渐过渡到无线自动化监测，监测仪器也正在向精度高、性能好、适应范围广、自动化程度高的方向发展，这些技术的应用极大地推动了地质灾害无线自动化监测预警工作的发展。
现有的地质灾害监测装置多采用雨量传感器、水位计、倾斜计等来获取雨量、地下水位、及山体移位信息，结合全球卫星导航GNSS信息获取监测点位的多源状态信息。由于边坡发生大的形变之前地下地质体往往发生微小破裂或错动事件，卫星定位监测虽然有较好的静态位移监测精度但对微震事件的监测能力有限，而微震事件的监测对于大型滑坡的前期预警和岩石深部破裂波及的潜在地灾区域的预警都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有地灾监测装置未获取利用微震事件信息进行灾害监测的不足，提供一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置。
一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置，包括基座和设置于基座上的杆体，所述杆体顶端设置有GNSS接收器，所述基座设置有与所述监测装置成一体结构的微震传感器；
所述杆体上部设有光伏横杆和雨量横杆，光伏横杆上安装有光伏板，雨量横杆上安装有雨量传感器；所述杆体上设置有温湿度传感器和报警装置；
所述杆体上还设有控制箱，所述控制箱内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及与所述光伏板连接的MPPT控制器；
所述微震传感器、MPPT控制器、雨量传感器和温湿度传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器；所述GNSS接收器、报警装置和数据传输模块分别与所述控制器连接；所述控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向所述报警装置发送报警信号。
监测装置基于GNSS定位的滑坡、沉降监测基于静态差分测量原始实现高精度毫米精度监测方案。静态差分是指在两个以上GNSS接收机之间，进行较长时间(通常为一小时以上)的测量，得到高精度的位置数据。
具体的实施方式中，监测装置配备3通道微震传感器，微震传感器频率响应范围0.01Hz～250Hz，速度测量范围为0.01cm/s～40cm/s(X、Y、Z三方向)，测量精度0.5％。
MPPT(Maximum Power Point Tracking)传感器即最大功率点跟踪传感器，由于光伏组件受到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，所述MPPT传感器用于保持光伏组件的逆变器运行在最大功率点，使之充分利用太阳能。
进一步地，所述杆体上还设置有拉线位移传感器，所述拉线位移传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。对于监测区存在裂缝的场景，监测装置加配所述拉线位移传感器，用于监测裂缝宽度位移变化。
进一步地，所述控制箱设置有门磁传感器，所述门禁传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。监测装置配备门磁传感器，实时监测控制箱箱门的开关状态，对恶意破坏和非法入侵的行为起到很好的监测作用。
进一步地，所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统。
进一步地，所述杆体或横杆上还设置有视频监控装置，所述视频监控装置连接所述控制器以传输视频信号。
所述光伏横杆和雨量横杆交错设置，互不阻挡。雨量传感器四周无遮挡物，能够充分采集全方位雨量。通过雨量传感器实时监测现场环境将于状态，如果降雨量过大或者超过雨量预警阈值，监控系统通过监测装置启动视频监控装置，对现场环境的实时影像信息进行采集，有效记录现场环境动态变化趋势。
进一步地，所述光伏横杆上设置有固定支架，所述光伏板通过半圆形安装板与所述固定支架连接；所述半圆形安装板包括圆心附近的固定孔和圆周内侧呈扇形分布的角度调节孔，所述角度调节孔为相互分离的孔位或者整体扇形条形孔。
进一步地，所述杆体底座以底座中心为圆心的圆周上设置有沿圆周方向的腰圆孔。
本发明的另一方面提供一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测系统，包括GNSS基准站和设置于监测区域的若干本发明第一方面所述的监测装置，所述若干监测装置通过无线通信网络连接远程数据服务平台，所述远程数据服务平台用于对所述若干监测装置传输的各类监测数据进行存储和分析预警，并将报警信息发送至报警设备和监测装置；
所述远程数据服务平台包括数据服务器、数据备份服务器、WEB服务器和应用程序服务器，其通过所述应用程序服务器向所述报警设备发送报警信息。
优选的实施方式：所述系统还包括第三方监控平台，所述远程数据服务平台通过网络防火墙连向所述第三方监控平台发送监测数据。
有益效果：
1、本申请提供的监测装置集成GNSS信息和微震信息，可以同时对于危险地质体发生的大形变状态和动态变化的微小振动信号进行监测，进而为引入微震信息参与地质灾害预警提供了信息来源。
2、监测装置的光伏板采用光伏支架和半圆形安装板实现角度可调的安装方式，满足了光伏板的单轴方向可调；同时，装置底座沿圆周方向设置的腰圆孔使得监测装置在水平方向转动可调，带动光伏板实现双轴方向可调。光伏板的双轴方向可调满足了根据季节或者地形的需要调整光伏板的摆放角度，最大效率地提高光伏使用效率。
3、监测装置同时配备了雨量传感器和视频监控装置，雨量传感器实时监测现场环境降雨状态，如果降雨量过大，视频监控装置启动，有效记录现场的实时影像资料。
4、本申请采用上述监测装置构建了基于GNSS卫星定位系统和物联网技术的远程实时在线监测预警系统，集监测装置和数据分析服务平台为一体，实时采集监测区域的沉降、倾斜、振动、裂变和现场环境数据。
附图说明
图1为实施例1地灾监测装置结构主视图；
图2为实施例1地灾监测装置结构正视图；
图3为实施例1底座腰圆孔布置图；
图4为实施例1地灾监测装置功能模块连接图；
图5为实施例1GNSS模块电路图；
图6为实施例1微震传感器电路图；
图7为实施例1拉线传感器电路图；
图8为实施例1温湿度传感器电路图；
图9为实施例1MPPT传感器电路图；
图10为实施例1数据传输模块电路图
图11为实施例1报警模块电路图；
图12为实施例2监测系统结构图。
图中标记：1-基座，2-杆体，3-GNSS接收器，4-微震传感器，5-光伏横杆，6-光伏板，7-雨量横杆，8-雨量传感器，9-温湿度传感器，10-报警装置，11-控制箱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
实施例1提供一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置，如图1-2所示，包括基座1和设置于基座上的杆体2，所述杆体2顶端设置有GNSS接收器3，所述基座1设置有与所述监测装置成一体结构的微震传感器4；
所述杆体2上部设有光伏横杆5和雨量横杆7，光伏横杆5上安装有光伏板6，雨量横杆7上安装有雨量传感器8；所述杆体2上设置有温湿度传感器9和报警装置10；
所述杆体2上还设有控制箱11，所述控制箱内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及与所述光伏板连接的MPPT控制器；
如图4所示，所述微震传感器、MPPT控制器、雨量传感器和温湿度传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器；所述GNSS接收器、报警装置和数据传输模块分别与所述控制器连接；所述控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向所述报警装置发送报警信号。
监测装置基于GNSS定位的滑坡、沉降监测基于静态差分测量原始实现高精度毫米精度监测方案。静态差分是指在两个以上GNSS接收机之间，进行较长时间(通常为一小时以上)的测量，得到高精度的位置数据。
监测装置配备3通道微震传感器，微震传感器频率响应范围0.01Hz～250Hz，速度测量范围为0.01cm/s～40cm/s(X、Y、Z三方向)，测量精度0.5％。
MPPT(Maximum Power Point Tracking)传感器即最大功率点跟踪传感器，由于光伏组件受到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，所述MPPT传感器用于保持光伏组件的逆变器运行在最大功率点，使之充分利用太阳能。
所述杆体2上还设置有拉线位移传感器，所述拉线位移传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。对于监测区存在裂缝的场景，监测装置加配所述拉线位移传感器，用于监测裂缝宽度位移变化。
所述控制箱11设置有门磁传感器，所述门禁传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。监测装置配备门磁传感器，实时监测控制箱箱门的开关状态，对恶意破坏和非法入侵的行为起到很好的监测作用。
所述杆体2或横杆上还设置有视频监控装置，所述视频监控装置连接所述控制器以传输视频信号。
如图2所示，所述光伏横杆5和雨量横杆7交错设置，互不阻挡。雨量传感器四周无遮挡物，能够充分采集全方位雨量。通过雨量传感器实时监测现场环境将于状态，如果降雨量过大或者超过雨量预警阈值，监控系统通过监测装置启动视频监控装置，对现场环境的实时影像信息进行采集，有效记录现场环境动态变化趋势。
所述光伏横杆上设置有固定支架，所述光伏板通过半圆形安装板与所述固定支架连接；所述半圆形安装板包括圆心附近的固定孔和圆周内侧呈扇形分布的角度调节孔，所述角度调节孔为相互分离的孔位或者整体扇形条形孔。
如图3所示，所述杆体底座以底座中心为圆心的圆周上设置有沿圆周方向的腰圆孔。
具体的实施方式中，所述控制器采用STM32F407VET6型嵌入式单片机，所述数据采集模块采用STM32F103R8嵌入式单片机，如图5所示为GNSS接收器模块电路，所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统，所述GNSS接收器通过图中U1-24RXDE和U1-23TXD4连接所述控制器对应端口，GNSS接收器与控制器采用USART(全双工通用同步/异步串行收发模块)通信。
如图6所示为微震传感器电路图，微震传感器通过U9-16、U9-17连接所述控制器对应端口。类似地，图7为拉线传感器电路图，图8为温湿度传感器电路图，图9为MPPT传感器电路图；以上传感器均通过对应的端口连接所述数据采样模块后，数据采样模块连接所述控制器，进行数据传输。另外，门磁传感器、雨量传感器采用开关了输入，拉线传感器采用模拟量输入，微震传感器采用RS232通信，MPPT传感器和温湿度传感器采用RS485通信。
图10为数据传输模块电路图，图11为声光报警模块和视频监控装置电源控制模块电路图，以上模块直接与所述控制器连接，实现对数据传输和控制器对模块的控制，其中，对于声光报警模块采用开关量输出，对于DTU数据传输模块采用USART通信。
实施例2
实施例2提供一种采用上述监测装置构建的监测系统，如图12所示，包括GNSS基准站和设置于监测区域的若干本发明第一方面所述的监测装置，所述若干监测装置通过4G无限传输模块DTU连接远程数据服务平台，所述远程数据服务平台用于对所述若干监测装置传输的各类监测数据进行存储和分析预警，并将报警信息发送至报警设备和监测装置；所述的存储包括数据格式的标准化、数据库的构建和查询索引构建，所述分析预警主要是将各类监测监测数据与预先设定的阈值进行比较，以便根据是否超过阈值向所述监测装置发送报警信号，以及根据各类实时数据进行动态可视化信息呈现，相关可视化过程可由现有的商用可视化软件实现。
所述远程数据服务平台包括数据服务器、数据备份服务器、WEB服务器和应用程序服务器，其通过所述应用程序服务器向所述报警设备发送报警信息。所述报警设备包括与所述应用服务器连接的移动终端和固定式电子设备，所述应用程序服务器通过短信、电子邮件的方式向报警设备发送报警信息。所述应用程序服务器还可以连接网络打印设备，将所述远程数据服务平台接收到的各类监测数据信息打印输出为纸质文件。所述应用程序服务器还可以连接大屏显示设备，便于预警中心实时掌握监测数据的动态变化信息。
所述系统还包括第三方监控平台，所述远程数据服务平台通过网络防火墙连向所述第三方监控平台发送监测数据。所述第三方监控平台便于上级主管部门实时掌握监测信息，实时指导现场安全监测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测装置，包括基座和设置于基座上的杆体，其特征在于：所述杆体顶端设置有GNSS接收器，所述基座设置有与所述监测装置成一体结构的微震传感器；
所述杆体上部设有光伏横杆和雨量横杆，光伏横杆上安装有光伏板，雨量横杆上安装有雨量传感器；所述杆体上设置有温湿度传感器和报警装置；
所述杆体上还设有控制箱，所述控制箱内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及与所述光伏板连接的MPPT控制器；
所述微震传感器、MPPT控制器、雨量传感器和温湿度传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器；所述GNSS接收器、报警装置和数据传输模块分别与所述控制器连接；所述控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向所述报警装置发送报警信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述杆体上还设置有拉线位移传感器，所述拉线位移传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制箱设置有门磁传感器，所述门禁传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述杆体或横杆上还设置有视频监控装置，所述视频监控装置连接所述控制器以传输视频信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光伏横杆上设置有固定支架，所述光伏板通过半圆形安装板与所述固定支架连接；所述半圆形安装板包括圆心附近的固定孔和圆周内侧呈扇形分布的角度调节孔，所述角度调节孔为相互分离的孔位或者整体扇形条形孔。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述杆体底座以底座中心为圆心的圆周上设置有沿圆周方向的腰圆孔。
8.一种集成GNSS和微震信息的多功能地灾监测系统，其特征在于：包括GNSS基准站和设置于监测区域的若干权利要求1-7任一项所述的监测装置，所述若干监测装置通过无线通信网络连接远程数据服务平台，所述远程数据服务平台用于对所述若干监测装置传输的各类监测数据进行存储和分析预警，并将报警信息发送至报警设备和监测装置；
所述远程数据服务平台包括数据服务器、数据备份服务器、WEB服务器和应用程序服务器，其通过所述应用程序服务器向所述报警设备发送报警信息。
9.根据权利要求所述的系统，其特征在于：所述系统还包括第三方监控平台，所述远程数据服务平台通过网络防火墙连向所述第三方监控平台发送监测数据。
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Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Shi Fuqiang

Inventor after: Liao Xueyan

Inventor after: Wang Zili

Inventor after: Gong Zhigang

Inventor after: Shi Diefan

Inventor after: Lv Heng

Inventor after: Guo Li

Inventor after: Guo Yu

Inventor after: Zhang Yiying

Inventor after: Zhang Yingying

Inventor before: Shi Fuqiang

Inventor before: Liao Xueyan

Inventor before: Gong Zhigang

Inventor before: Shi Diefan

Inventor before: Lv Heng

Inventor before: Guo Li