CN113419458A - 基于5g通讯的地质灾害监控系统 - Google Patents

基于5g通讯的地质灾害监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其中监测区分为若干子监测区；5G基站分布在各子监测区内的中心区域；图像采集终端均匀分布在每个子监测区内，对周围环境进行拍摄；环境参数采集终端均匀分布在每个子监测区内，对周围环境的环境参数进行检测；数据库包括地图数据库，地图数据库存储了各子监测区的地图数据；图像采集终端和环境参数采集终端采集和检测的数据汇聚到5G基站，5G基站再将数据发送至本地管理中心以及上传至云服务器，远程监控中心将云服务器的数据进行下载，远程监控中心根据获得的数据对地图数据进行更新，并将更新后的地图发送至客户端。本发明在地质灾害发生前、发生时和发生后均能起到完美的解决作用。

Description

基于5G通讯的地质灾害监控系统
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种基于5G通讯的地质灾害监控系统。
背景技术
地质灾害是地球发展演化过程中各种地质作用形成的灾害性地质事件。地质灾害在时间和空间上的分布和变化不仅受自然环境的制约，而且与人类活动有关，往往是人与自然相互作用的结果。崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、岩爆、隧道突水、突泥、瓦斯涌出、煤层自燃、黄土湿陷等在自然或人为因素作用下形成的对人的生命、财产和环境造成损害和损失的地质灾害，岩土膨胀、砂土液化、土地冻融水土流失、土地荒漠化和沼泽化、土壤盐渍化、地震、火山和地热灾害等。
第五代移动通信技术(简称5G或5G技术)是最新一代的蜂窝移动通信技术，也是4G(LTE-A、WiMAX)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统的延伸。5G的性能目标是高数据速率、低延迟、节能、低成本、高系统容量和大规模设备连接。
目前，大多数地质灾害预警方法和系统相对落后，实时性差，定位精度低。在可能或危险的情况下，不能及时发现和处理，由于不能准确定位，不能及时发现和处理，特别是在地质构造复杂的环境中，如陡峭的悬崖，其定位精度的不准确直接导致加工位置的误差，并且由于时间的延迟，无法快速有效地控制和处理险情。
5G具有速度快、效率高、容量大、带宽充足等优点。然而，现有的地质灾害大多基于传统的基站，最好的只有4G网络进行通信传输，传输效率低，实时性较差，快速预警滞后。因此，与5G技术相结合的地质灾害监测系统可以更快速、更清晰地发现地质灾害，从而进行人工干预，减少地质灾害造成的损失。
发明内容
针对现有的地质灾害大多基于传统的基站，存在包括传输效率低，实时性较差，快速预警滞后在内的问题，本发明提出了一种基于5G通讯的地质灾害监控系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，包括图像采集终端、环境参数采集终端、5G基站、云服务器、本地管理中心、远程监控中心、数据库和客户端；监测区分为若干子监测区；所述5G基站分布在各所述子监测区内的中心区域；所述图像采集终端均匀分布在每个所述子监测区内，对周围环境进行拍摄；所述环境参数采集终端均匀分布在每个所述子监测区内，对周围环境的环境参数进行检测；所述数据库包括地图数据库，所述地图数据库存储了各所述子监测区的地图数据；所述图像采集终端和所述环境参数采集终端采集和检测的数据汇聚到所述5G基站，所述5G基站再将数据发送至所述本地管理中心以及上传至所述云服务器，所述远程监控中心将所述云服务器的数据进行下载，所述远程监控中心根据获得的数据对所述地图数据进行更新，并将更新后的地图发送至所述客户端。
优选的，所述地图包括二维地图、三维地图和实时地图；所述二维地图和所述三维地图均为预存储的各所述子监测区的矢量地图；所述实时地图为经所述图像采集终端和所述环境参数采集终端检测的数据更新后的增强现实的实景地图。
优选的，所述图像采集终端包括摄像头、云台、控制单元、第一定位模块和第一无线通信模块；所述摄像头安装在所述云台上；所述摄像头和所述云台分别与所述控制单元连接，所述第一定位模块和所述第一无线通信模块分别与所述控制单元连接；所述控制单元通过所述第一无线单元、5G基站和所述云服务器与所述远程控制终端进行通信。
优选的，所述环境参数采集终端包括CPU、模数转换器、传感器组件、报警模块、第二定位模块和第二无线通信模块；所述传感器组件与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述CPU连接，所述CPU分别与所述报警模块、第二定位模块和所述第二无线通信模块连接，所述第二定位模块与所述5G基站无线通信连接。
优选的，所述传感器组件为风向风速传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、雨量传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器中的一个或者多个。
优选的，基于5G通讯的地质灾害监控系统包括电源供给模块；所述电源供给模块包括太阳能电池板、太阳能管理模块、可充电电池和稳压电路；所述太阳能管理模块检测所述太阳能电池板产生的电能和所述可充电电池两端的电压，并控制所述太阳能电池板产生的电能优先提供给所述稳压电路，其次提供给电量不足的所述可充电电池，在所述太阳能电池板产生的电能不足时，由所述可充电电池提供电能给所述稳压电路，而所述稳压电路将电能转换成所述图像采集终端或者所述环境参数采集终端所需的稳定的电压。
优选的，所述数据库包括历史数据库；所述历史数据库存储所述图像采集终端和所述环境参数采集终端的历史采集数据。
优选的，基于5G通讯的地质灾害监控系统包括显示模块；所述显示模块与所述远程控制终端连接；所述显示模块用于展示地图以及横向或纵向环境参数信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的地质灾害监控系统具有很好的监测效果，同时对地质灾害的后续处理也是十分到位和及时，符合监控系统设计的初衷；
本发明的图像采集终端提供了直观的研究对象，让工作人员一目了然，然后环境参数采集终端提供了监测区域的环境信息，直观的图像和环境信息是相辅相成的，工作人员可以根据这些信息预判或者及时发现地质灾害，从而减少地质灾害带来的损失；
本发明还提供了本地监控中心和远程监控中心，一方面本地监控中心离监测区域较近，相关工作人员可以及时出手干预，另一方面远程监控中心可以对所有的监测区进行大数据分析，可以获得充分的综合的信息，能够及时预判地质灾害的发生，同时对组织人员对发生的大规模地质灾害也具有很大的作用。
当然，本发明的作用效果不限于此，且实施本发明的任一产品也并不一定要求达到以上所述的全部优点。
附图说明
图1为本发明一种基于5G通讯的地质灾害监控系统的结构示意图。
图中，1-图像采集终端；2-环境参数采集终端；3-5G基站；4-本地管理中心；5-云服务器；6-远程监控中心；7-数据库；8-客户端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参考图1，一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，包括图像采集终端1、环境参数采集终端2、5G基站3、云服务器5、本地管理中心4、远程监控中心6、数据库7和客户端8；监测区分为若干子监测区；5G基站3分布在各子监测区内的中心区域；图像采集终端1均匀分布在每个子监测区内，对周围环境进行拍摄；环境参数采集终端2均匀分布在每个子监测区内，对周围环境的环境参数进行检测；数据库7包括地图数据库7，地图数据库7存储了各子监测区的地图数据；图像采集终端1和环境参数采集终端2采集和检测的数据汇聚到5G基站3，5G基站3再将数据发送至本地管理中心4以及上传至云服务器5，远程监控中心6将云服务器5的数据进行下载，远程监控中心6根据获得的数据对地图数据进行更新，并将更新后的地图发送至客户端8。
工作原理：
5G基站3在一个子监测区的范围内接收图像采集终端1采集的图像和视频信息以及环境参数采集终端2采集的环境参数信息，5G基站3一方面把采集的信息发送给本地管理中心4，另一方面上传至云服务器5，本地管理中心4距离子监测区较近或者本身就设在子监测区内，一旦发生简单的地质灾害事件或者维护任务，本地管理中心4负责前去处理；远程监控中心6从云服务器5下载所有子监测区的监测信息，其主要是根据获得基础信息对地质灾害进行分析，起到预判和防止地质灾害放生的作用，同时一旦发生较大的地质灾害，远程监控中心6还会通过客户端8来执行任务。包括执行不同工作任务的工作人员利用该客户端8提供的地图，可以很好地执行地质灾害救援的工作任务。
在一个实施例中，地图包括二维地图、三维地图和实时地图；二维地图和三维地图均为预存储的各子监测区的矢量地图；实时地图为经图像采集终端1和环境参数采集终端2检测的数据更新后的增强现实的实景地图。
本实施例中，救援人员手拿移动设备，移动设备具有客户端8，客户端8具有定位信息，则通过地图可以清晰地显示救援人员在当前二维地图、三维地图中的位置，以及地质灾害在地图中的位置以及地质灾害地的环境参数等；通过实时地图则可以直接看到地质灾害发生的现场；地质灾害的发生情况以及发展趋势均可以在地图上看到，有利于救援人员提前做出判断，防止地质灾害可能对救援人员造成伤害。
在一个实施例中，图像采集终端1包括摄像头、云台、控制单元、第一定位模块和第一无线通信模块；摄像头安装在云台上；摄像头和云台分别与控制单元连接，第一定位模块和第一无线通信模块分别与控制单元连接；控制单元通过第一无线单元、5G基站3和云服务器5与远程控制终端进行通信。
本实施例中，摄像头包括在白天光线充足条件下才能使用的普通摄像头，还包括在晚上光线不充足条件下使用的红外热成像摄像头，从而确保一天24小时不间断的监控。云台可以控制摄像头的转向，可以拍摄到周围的全部景象，如果在已经找到观测目标的情况下，云台可以控制摄像头直接对准观测目标进行观测。
在一个实施例中，环境参数采集终端2包括CPU、模数转换器、传感器组件、报警模块、第二定位模块和第二无线通信模块；传感器组件与模数转换器连接，模数转换器与CPU连接，CPU分别与报警模块、第二定位模块和第二无线通信模块连接，第二定位模块与5G基站3无线通信连接。
本实施例中，环境参数、报警信号和定位数据最终通过5G基站3发送给本地管理中心4和远程监控中心6，当出现简单问题时由本地管理中心4处理，当出现较大问题或者需要提前预判的问题时则由远程监控中心6来负责。
在一个实施例中，传感器组件为风向风速传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、雨量传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器中的一个或者多个。
本实施例中，风向风速、空气温湿度、土壤水分、雨量、光照强度、CO2浓度等环境参数信息能够反映出当天发生的事情和未来的发展趋势，比如火灾、虫害、山体滑坡、泥石流、瓦斯涌出、煤层自燃等的发生和蔓延趋势等。
在一个实施例中，监控系统包括电源供给模块；电源供给模块包括太阳能电池板、太阳能管理模块、可充电电池和稳压电路；太阳能管理模块检测太阳能电池板产生的电能和可充电电池两端的电压，并控制太阳能电池板产生的电能优先提供给稳压电路，其次提供给电量不足的可充电电池，在太阳能电池板产生的电能不足时，由可充电电池提供电能给稳压电路，而稳压电路将电能转换成图像采集终端1或者环境参数采集终端2所需的稳定的电压。
本实施例中，太阳能电池板将太阳能转换成电能，但该电能需要经过太阳能管理模块的管理才能使用，该电能可以为图像采集终端1或者环境参数采集终端2提供电能，也可以为可充电电池充电，一般是优先为采集终端提供电能，其次是为可充电电池充电；当夜晚来临时，太阳能电池板不能产生电能，则由可充电电池为采集终端提供电能。太阳能管理模块起到的作用是检测太阳能电池板是否产生足够的电能，可充电电池的电量是否充足，从而将电能导向采集终端或者可充电电池或者将电能从可充电电池导向采集终端。稳压电路起到的作用则是稳定电压和提供采集终端所需的电压。
在一个实施例中，数据库7包括历史数据库7；历史数据库7存储图像采集终端1和环境参数采集终端2的历史采集数据。
本实施例中，历史数据库7的数据主要对研究地球环境气候变化具有非常重要的作用。
在一个实施例中，监控系统包括显示模块；显示模块与远程控制终端连接；显示模块用于展示地图以及横向或纵向环境参数信息。
本实施例中，通过显示模块可以直接地了解信息和对基础信息进行一个横向和纵向的数据对比，从而可以更快速简单的对当天的情况做出准确的判断。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：包括图像采集终端、环境参数采集终端、5G基站、云服务器、本地管理中心、远程监控中心、数据库和客户端；监测区分为若干子监测区；所述5G基站分布在各所述子监测区内的中心区域；所述图像采集终端均匀分布在每个所述子监测区内，对周围环境进行拍摄；所述环境参数采集终端均匀分布在每个所述子监测区内，对周围环境的环境参数进行检测；所述数据库包括地图数据库，所述地图数据库存储了各所述子监测区的地图数据；所述图像采集终端和所述环境参数采集终端采集和检测的数据汇聚到所述5G基站，所述5G基站再将数据发送至所述本地管理中心以及上传至所述云服务器，所述远程监控中心将所述云服务器的数据进行下载，所述远程监控中心根据获得的数据对所述地图数据进行更新，并将更新后的地图发送至所述客户端。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：所述地图包括二维地图、三维地图和实时地图；所述二维地图和所述三维地图均为预存储的各所述子监测区的矢量地图；所述实时地图为经所述图像采集终端和所述环境参数采集终端检测的数据更新后的增强现实的实景地图。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：所述图像采集终端包括摄像头、云台、控制单元、第一定位模块和第一无线通信模块；所述摄像头安装在所述云台上；所述摄像头和所述云台分别与所述控制单元连接，所述第一定位模块和所述第一无线通信模块分别与所述控制单元连接；所述控制单元通过所述第一无线单元、5G基站和所述云服务器与所述远程控制终端进行通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：所述环境参数采集终端包括CPU、模数转换器、传感器组件、报警模块、第二定位模块和第二无线通信模块；所述传感器组件与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述CPU连接，所述CPU分别与所述报警模块、第二定位模块和所述第二无线通信模块连接，所述第二定位模块与所述5G基站无线通信连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：所述传感器组件为风向风速传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、雨量传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器中的一个或者多个。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：包括电源供给模块；所述电源供给模块包括太阳能电池板、太阳能管理模块、可充电电池和稳压电路；所述太阳能管理模块检测所述太阳能电池板产生的电能和所述可充电电池两端的电压，并控制所述太阳能电池板产生的电能优先提供给所述稳压电路，其次提供给电量不足的所述可充电电池，在所述太阳能电池板产生的电能不足时，由所述可充电电池提供电能给所述稳压电路，而所述稳压电路将电能转换成所述图像采集终端或者所述环境参数采集终端所需的稳定的电压。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：所述数据库包括历史数据库；所述历史数据库存储所述图像采集终端和所述环境参数采集终端的历史采集数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于5G通讯的地质灾害监控系统，其特征在于：包括显示模块；所述显示模块与所述远程控制终端连接；所述显示模块用于展示地图以及横向或纵向环境参数信息。
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