CN111198398A - 一种投射式的滑坡监测装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及滑坡监测技术领域，一种投射式的滑坡监测装置，主要包括头锥、变径耦合腔、载荷舱和尾翼，头锥的顶端呈锥形结构，底端与变径耦合腔的变径端口耦合连接，内部为中空，变径耦合腔的另一端设有载荷舱，载荷舱的左右两侧分别设有尾翼，载荷舱中设有次声传感器、数据采集模块、通讯模块和锂电池，锂电池用于供电，次声传感器监测此声波，数据采集模块采集次声波信号，并通过通讯模块将采集的次声波信号传输至中心服务器，本发明利用无人机搭载投射式的滑坡监测装置，使得操作人员可以远离地质灾害现场进行作业，解决了操作人员的安全问题，同时，投射式的滑坡监测装置可以在短时间内完成部署，提高了地质灾害监测的时效性。

Description

一种投射式的滑坡监测装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及滑坡监测技术领域，尤其涉及一种投射式的滑坡监测装置、系统及方法。

背景技术

我国的滑坡泥石流崩塌等自然灾害频发，针对滑坡泥石流等地质灾害各研究机构都推出自己的监测手段，包括位移监测、应力应变监测、地下水动态监测、地表水动态监测、地声监测、放射元素监测、环境因素监测和宏观现象监测等。然而上述监测手段，需要派野外工作人员到具有一定危险性或者难以攀爬抵达的滑坡体上面，进行相关的野外作业才能进行。因此当前的技术手段及其装置设备在其展开工作过程中导致安装或维护难度大，同时在迫切需要进行监测的突发性地质灾害区域，难以迅速布置，时效性较差，同时还增加安装施工成本以及存在安装人员的安全问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种投射式的滑坡监测装置、系统及方法。

一方面，本发明提供一种投射式的滑坡监测装置，所述装置具体包括：

头锥、变径耦合腔、载荷舱和尾翼；

所述头锥的顶端呈锥形结构，底端与所述变径耦合腔的变径端口耦合连接，所述头锥的内部为中空，所述变径耦合腔的另一端设有所述载荷舱，所述载荷舱的左右两侧分别设有所述尾翼，所述载荷舱中设有次声传感器、数据采集模块、通讯模块和锂电池，所述次声传感器与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块连接，所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块分别与所述锂电池连接，所述锂电池用于为所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块供电，所述次声传感器用于监测次声波数据，所述数据采集模块用于根据监测到的次声波数据采集次声波信号，并通过所述通讯模块传输所述次声波信号至中心服务器，以便于所述中心服务器根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

优选的，所述尾翼中设有太阳能电池，所述太阳能电池与所述锂电池连接，用于为所述锂电池充电。

优选的，所述次声传感器为宽频带轻量化次声传感器。

优选的，所述载荷舱为密封结构。

优选的，所述通讯模块包括无线网络传输单元和/或移动网络传输单元。

优选的，所述声波数据包括低频次声波和/或低频次声重力波。

优选的，所述低频次声波和/或低频次声重力波的频率为0.005-20Hz。

优选的，所述载荷舱的顶部设有连接环，所述连接环用于与无人机连接，以便于实现无人机对所述滑坡监测装置进行投射。

另一方面，本发明还提供了一种投射式的滑坡监测系统，所述系统包括无人机、中心服务器以及上述实施例记载的任意一种投射式的滑坡监测装置，所述无人机底部设有释放装置，所述释放装置用于与所述连接环连接，并在所述释放装置开启释放功能的情况下，断开与所述连接环之间的连接，所述中心服务器用于接收所述数据采集模块通过所述通讯模块传输的所述次声波信号，并根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

另一方面，本发明还提供了一种投射式的滑坡监测方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1，在距离待测滑坡体预设距离的位置设立准备区域；

S2，将上述实施例记载的任意一种投射式的滑坡监测装置固定于无人机底部的释放装置上；

S3，在所述待测滑坡体上方，通过无人机装载的相机实时拍摄待测滑坡体的作业图像，并通过所述投射式的滑坡监测装置的通讯模块将所述作业图像回传至中心服务器；

S4，中心服务器根据回传的作业图像选择所述待测滑坡体的目标监测点；

S5，控制无人机飞行至所述目标监测点的正上方，并调节无人机与地面之间的高度达到预设高度值；

S6，开启所述释放装置的释放功能，以使所述投射式的滑坡监测装置脱离无人机。

有益效果：本发明技术方案与现有技术相比，该投射式的滑坡监测装置主要包括头锥、变径耦合腔、载荷舱和尾翼；所述头锥的顶端呈锥形结构，底端与所述变径耦合腔的变径端口耦合连接，所述头锥的内部为中空，能够在无人机投放至地面时，依靠下落冲击力将头锥穿入地面以下足够深度，且头锥中空管道可以将待测滑坡体地下深部的次声波传到载荷舱的次声传感器，从而使次声传感器可以监测到待测滑坡体地下深部的次声波数据；所述变径耦合腔的另一端设有所述载荷舱；所述载荷舱的左右两侧分别设有所述尾翼，左右两个尾翼可以使该投射式的滑坡监测装置在下落过程中能够保持稳定的姿态和下落轨迹。所述载荷舱中设有次声传感器、数据采集模块、通讯模块和锂电池，所述次声传感器与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块连接，所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块分别与所述锂电池连接，所述锂电池用于为所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块供电，所述次声传感器将监测到的待测滑坡体地下深部的次声波数据传输给所述数据采集模块，所述数据采集模块采集次声波信号，并通过所述通讯模块将采集到的次声波信号传输至中心服务器，以便于所述中心服务器根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测，当根据次声波信号分析判断待测滑坡体出现异常时，从而可以提前预警。本发明使用无人机搭载该投射式的滑坡监测装置，并利用无人机在待测滑坡体上空进行投射放置，并且依靠下落冲击力将该投射式的滑坡监测装置的头锥穿入地面以下足够深度，从而监测待测滑坡体内部的次声波，从而实现对待测滑坡体的监测，实施本发明使操作人员可以远离地质灾害现场进行安装和操作，不需要操作人员到现场进行作业，解决了操作人员的安全问题，同时，该投射式的滑坡监测装置搭载无人机进行投射，可以在短时间内即可完成部署，有利于提高地质灾害监测的时效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种投射式的滑坡监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中无人机的释放装置处于闭合状态的结构示意图；

图3为本发明实施例一中无人机的释放装置处于开启状态的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种投射式的滑坡监测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的一种投射式的滑坡监测方法的流程示意图；

附图标识：1-头锥；2-变径耦合腔；3-载荷舱；4-尾翼；5-连接环。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面将结合附图对本申请的实施例进行描述，但并非对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例提供的一种投射式的滑坡监测装置的结构示意图，所述投射式的滑坡监测装置主要包括头锥1、变径耦合腔2、载荷舱3和尾翼4；

所述头锥1的顶端呈锥形结构，底端与所述变径耦合腔2的变径端口耦合连接，所述头锥1的内部为中空，所述变径耦合腔2的另一端设有所述载荷舱3，所述载荷舱3的左右两侧分别设有所述尾翼4，所述载荷舱3中设有次声传感器、数据采集模块、通讯模块和锂电池，所述次声传感器与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块连接，所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块分别与所述锂电池连接，所述锂电池用于为所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块供电，所述次声传感器用于监测次声波数据，所述数据采集模块用于根据监测到的次声波数据采集次声波信号，并通过所述通讯模块传输所述次声波信号至中心服务器，以便于所述中心服务器根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

具体的，所述头锥1的顶端呈锥形结构，头锥1的底端与所述变径耦合腔2的变径端口耦合连接，可以耦合不同内径的头锥，增强实用性，所述头锥1的内部为中空，当使用无人机搭载该滑坡监测装置至待测滑坡体上方合适的待测点时，释放该滑坡监测装置，由于其头锥的顶端呈锥形结构，则该投射式的滑坡监测装置依靠下落的冲击力可将头锥穿入地面一定深度，穿入待测滑坡体的内部，使头锥的顶部深入待测滑坡体的地面以下，且头锥的中空管道可以将待测滑坡体的地面以下深部的次声波传到载荷舱3的次声传感器；次声传感器监测头锥的中空管道传来的待测滑坡体的地面以下深部的次声波，次声传感器可以是宽频带轻量化次声传感器，可以监测频率为0.005-20Hz的低频次声波和/或低频次声重力波。

次声传感器将监测到的次声波数据传输给数据采集模块，数据采集模块根据次声传感器监测的次声波数据采集次声波信号，并通过通讯模块进行传输，通讯模块中可以包含有无线网络传输单元和/或移动网络传输单元，数据采集模块可以通过无线网络传输方式和/或移动网络传输方式传输次声波信号至中心服务器，中心服务器接收到该次声波信号后，通过对次声波信号的分析处理，判断待测滑坡体是否出现异常，即实现对该次声波信号相对应的滑坡体进行监测，当根据次声波信号分析判断待测滑坡体出现异常时，从而可以提前预警。载荷舱的左右两侧分别设有尾翼，其作用主要在于，无人机搭载该投射式的滑坡监测装置并进行投射时，在该装置下落过程中始终保持稳定的姿态和下落轨迹。

优选的，所述尾翼中设有太阳能电池，所述太阳能电池与所述锂电池连接，用于为所述锂电池充电。

具体的，使用太阳能电池板制作尾翼，在左右两个尾翼中各设有一个太阳能电池，太阳能电池板产生的电能输送给太阳能电池，两个太阳能电池分别与所述锂电池连接，用于为所述锂电池充电。

优选的，所述载荷舱为密封结构，可以防水，使得该投射式的滑坡监测装置可以在雨天等恶劣天气环境下也能使用。

优选的，所述载荷舱的顶部设有连接环5，所述连接环5用于与无人机连接，以便于实现无人机对所述滑坡监测装置进行投射。

具体的，如图2和图3所示，无人机底部设有一个释放装置，该释放装置的前端例如可以是一个能开合的夹子，图2为释放装置闭合状态的示意图，图3为释放装置开启状态的示意图。在投射前，先将释放装置开启，使释放装置的前端开合的夹子穿过所述连接环，然后再将释放装置关闭，使得释放装置与连接环之间环扣连接，而当无人机装载该投射式的滑坡监测装置至待测滑坡体的合适的待测点上方时，并控制无人机上升至足够的高度，然后通过控制无人机底部的释放装置处于开启状态，则连接环与释放装置之间断开，该滑坡监测装置脱离无人机，开始下落，从而实现无人机对滑坡监测装置进行投射，结构简单，操作简便。

实施例二

如图4所示，本发明还提供了一种投射式的滑坡监测系统，所述系统包括无人机、中心服务器以及上述实施例记载的任意一种投射式的滑坡监测装置，所述无人机底部设有释放装置，所述释放装置用于与所述连接环5连接，并在所述释放装置开启释放功能的情况下，断开与所述连接环5之间的连接，所述中心服务器用于接收所述数据采集模块通过所述通讯模块传输的所述次声波信号，并根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

具体的，先在距离待测滑坡体1-2km外设立准备区，该距离可以根据实际情况适应调整，需要考虑无人机的遥控距离，事先可将该滑坡监测装置通过连接环环扣连接在无人机底部的释放装置上，具体实施方式可参照上述实施例一，启动该滑坡监测装置的电源，确保载荷舱中次声传感器监测的空气中的次声信号能回传至中心服务器。然后，在准确区确认是否完成上述的准备工作，若是，则开始起飞无人机，在待测滑坡体的作业面上方使用无人机搭载的相机实时拍摄作业图像，并将拍摄的作业图像传回至中心服务器，操作人员根据中心服务器接收到的作业图像判断并选择待测滑坡体最合适的滑坡监测点。遥控无人机飞行至选择的最合适的滑坡监测点的正上方，并遥控无人机上升一定的高度，使得该滑坡监测装置具有足够的下落势能，从而使得下落的冲击力可将头锥穿入地面一定的深度，具体高度可根据不同的天气情况、地势或其它影响因素及时调整，本发明不做限定。当无人机上升至足够的高度，且位于选择的最合适的滑坡监测点的正上方，则控制释放装置开启释放功能，使该滑坡监测装置从无人机上脱离，自由落体运动，依靠重力下落，使下落的冲击力可将头锥穿入地面一定的深度，该滑坡监测装置属于低成本可消耗型的设备，当滑坡发生时，该设备可随滑坡体一起埋入地下，完成工作任务。关于该投射式的滑坡监测装置的具体实施方式已在上述实施例一中进行了详细说明，同样也适用于本发明实施例，因此，本发明实施例中不再赘述。

本发明技术方案与现有技术相比，利用无人机搭载该投射式的滑坡监测装置，并利用无人机在待测滑坡体上空进行投射放置，并且依靠下落冲击力将该投射式的滑坡监测装置的头锥穿入地面以下足够深度，从而使得操作人员可以远离地质灾害现场进行安装和操作，不需要操作人员到现场进行作业，解决了操作人员的安全问题，同时，该投射式的滑坡监测装置搭载无人机投射，可以实现在短时间内完成部署，提高了地质灾害监测的时效性。

实施例三

如图5所示，本发明实施例还提供了一种投射式的滑坡监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1，在距离待测滑坡体预设距离的位置设立准备区域；

S2，将上述实施例记载的任意一种投射式的滑坡监测装置固定于无人机底部的释放装置上；

S3，在所述待测滑坡体上方，通过无人机加载的相机实时拍摄待测滑坡体的作业图像，并通过所述投射式的滑坡监测装置的通讯模块将所述作业图像回传至中心服务器；

S4，中心服务器根据回传的作业图像选择所述待测滑坡体的目标监测点；

S5，控制无人机飞行至所述目标监测点的正上方，并调节无人机与地面之间的高度达到预设高度值；

S6，开启所述释放装置的释放功能，以使所述投射式的滑坡监测装置脱离无人机。

具体的，先在距离待测滑坡体1-2km外设立准备区，该距离可以根据实际情况适应调整，比如需要考虑无人机的遥控距离，事先可将该滑坡监测装置通过连接环环扣连接在无人机底部的释放装置上，具体实施方式可参照上述实施例一，启动该滑坡监测装置的电源，确保载荷舱中次声传感器监测的空气中的次声信号能回传至中心服务器。然后，在准确区确认是否完成上述的准备工作，若是，则开始起飞无人机，在待测滑坡体的作业面上方使用无人机搭载的相机实时拍摄作业图像，并将拍摄的作业图像传回至中心服务器，操作人员根据中心服务器接收到的作业图像判断并选择待测滑坡体最合适的滑坡监测点。遥控无人机飞行至选择的最合适的滑坡监测点的正上方，并遥控无人机上升一定的高度，使得该滑坡监测装置具有足够的下落势能，从而使得下落的冲击力可将头锥穿入地面一定的深度，具体高度可根据不同的天气情况、地势或其它影响因素及时调整，本发明不做限定。当无人机上升至足够的高度，且位于选择的最合适的滑坡监测点的正上方，则控制释放装置开启释放功能，使该滑坡监测装置从无人机上脱离，自由落体运动，依靠重力下落，使下落的冲击力可将头锥穿入地面一定的深度，该滑坡监测装置属于低成本可消耗型的设备，当滑坡发生时，该设备可随滑坡体一起埋入地下，完成工作任务。关于该投射式的滑坡监测装置的具体实施方式已在上述实施例一中进行了详细说明，同样也适用于本发明实施例，因此，本发明实施例中不再赘述。

本发明技术方案与现有技术相比，利用无人机搭载该投射式的滑坡监测装置，并利用无人机在待测滑坡体上空进行投射放置，并且依靠下落冲击力将该投射式的滑坡监测装置的头锥穿入地面以下足够深度，从而使得操作人员可以远离地质灾害现场进行安装和操作，不需要操作人员到现场进行作业，解决了操作人员的安全问题，同时，该投射式的滑坡监测装置搭载无人机投射，可以实现在短时间内完成部署，提高了地质灾害监测的时效性。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述装置具体包括：

头锥(1)、变径耦合腔(2)、载荷舱(3)和尾翼(4)；

所述头锥(1)的顶端呈锥形结构，底端与所述变径耦合腔(2)的变径端口耦合连接，所述头锥(1)的内部为中空，所述变径耦合腔(2)的另一端设有所述载荷舱(3)，所述载荷舱(3)的左右两侧分别设有所述尾翼(4)，所述载荷舱(3)中设有次声传感器、数据采集模块、通讯模块和锂电池，所述次声传感器与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述通讯模块连接，所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块分别与所述锂电池连接，所述锂电池用于为所述次声传感器、所述数据采集模块和所述通讯模块供电，所述次声传感器用于监测次声波数据，所述数据采集模块用于根据监测到的次声波数据采集次声波信号，并通过所述通讯模块传输所述次声波信号至中心服务器，以便于所述中心服务器根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

2.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述尾翼(4)中设有太阳能电池，所述太阳能电池与所述锂电池连接，用于为所述锂电池充电。

3.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述次声传感器为宽频带轻量化次声传感器。

4.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述载荷舱(3)为密封结构。

5.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述通讯模块包括无线网络传输单元和/或移动网络传输单元。

6.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述次声波数据包括低频次声波和/或低频次声重力波。

7.根据权利要求6所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述低频次声波和/或低频次声重力波的频率为0.005-20Hz。

8.根据权利要求1所述的投射式的滑坡监测装置，其特征在于，所述载荷舱(3)的顶部设有连接环(5)，所述连接环(5)用于与无人机连接，以便于实现无人机对所述滑坡监测装置进行投射。

9.一种投射式的滑坡监测系统，其特征在于，所述系统包括无人机、中心服务器以及权利要求1-8任一项所述的投射式的滑坡监测装置，所述无人机底部设有释放装置，所述释放装置用于与所述连接环(5)连接，并在所述释放装置开启释放功能的情况下，断开与所述连接环(5)之间的连接，所述中心服务器用于接收所述数据采集模块通过所述通讯模块传输的所述次声波信号，并根据所述次声波信号对相应的滑坡体进行监测。

10.一种投射式的滑坡监测方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

S1，在距离待测滑坡体预设距离的位置设立准备区域；

S2，将权利要求1-8任一项所述的投射式的滑坡监测装置固定于无人机底部的释放装置上；

S3，在所述待测滑坡体上方，通过无人机装载的相机实时拍摄待测滑坡体的作业图像，并通过所述投射式的滑坡监测装置的通讯模块将所述作业图像回传至中心服务器；

S4，中心服务器根据回传的作业图像选择所述待测滑坡体的目标监测点；

S5，控制无人机飞行至所述目标监测点的正上方，并调节无人机与地面之间的高度达到预设高度值；

S6，开启所述释放装置的释放功能，以使所述投射式的滑坡监测装置脱离无人机。

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