CN113593207A

CN113593207A - 一种基于5g网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法

Info

Publication number: CN113593207A
Application number: CN202110675926.0A
Authority: CN
Inventors: 台浩平; 孟上九; 王淼
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2021-11-02

Abstract

本发明公开了一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法，涉及监测设备技术领域，通过依次连接有供电模块、传感器模块、主控模块、无线模块、终端设备、权限认证单元、数据排序单元以及GPS定位器，所以和传统的有线监测的方式相比，本结构可实现无线监测，不仅使孔隙水压力无线监测技术有了更好的移植性，而且数字信号传输更加稳定，数据可靠，大大提高了孔隙水压力数据的准确性和精确性，同时还解决了连接线长时间使用易老化的问题，且当出现异常时，终端设备会进行警戒提示，另外，本结构不仅可保障用户使用的安全性，避免了无关人员操作以及数据丢失的问题发生，而且还提高了工作人员查阅的整洁清晰度。

Description

一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，具体为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法。

背景技术

目前孔隙水压力传感器被大量应用于对水利工程、铁路交通、智能建筑的监测中，而随着传感器技术的发展，传感器的集成度越来越高，精确度也越来越高；随着5G技术的发展也极大的推动了物联网技术的进步，目前物联网技术也应用于我们生活的方方面面。

但是现有工程孔隙水压力监测主要依靠的是在施工前埋设孔隙水压力监测装置，而现有的孔隙水压力传感器装置大多是把传感器和手持设备通过有线连接，这种有线连接的方式不利于监测人员的实时实地的经行监测，而且当连接线使用时间过长可能会出现老化现象，这可能会影响信号的传输，所以发展孔隙水压力传感器装置的自动化监测技术迫在眉睫，为此，本领域的工作人员提出了一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法，解决了传统的有线连接，不利于监测人员的实时实地的经行监测，而且当连接线使用时间过长可能会出现老化现象，这可能会影响信号的传输的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，包括供电模块，用于给各类电性元件提供电力；

传感器模块，与所述供电模块电性连接，用于对土壤中的孔压信号经行采集；

主控模块，与所述传感器模块数字信号连接，用于接收和存储采集到的数据信息，并进行处理；

无线模块，与所述主控模块数字信号连接，用于将接收的数据通过无线进行传输；

终端设备，与所述无线模块无线连接，用于接收并控制孔隙水压力监测过程中的各项数据；

权限认证单元，与所述供电模块电性连接，用于对登陆者的个人信息和权限进行验证；

数据排序单元，与所述传感器模块和供电模块电性连接，用于对采集到的各项数据进行排序整理；

GPS定位器，与所述供电模块电性连接，用于对孔隙水压力监测的位置进行监测。

作为本发明进一步的技术方案，在所述权限认证单元的内部内置有：

用户界面显示模块，用于显示信息登录界面；

用户身份认证模块，用于对用户的身份信息认证；

密码认证模块，用于用户密码登录；

人脸识别模块，用于用户人脸登录；

指纹认证模块，用于用户指纹登录。

作为本发明进一步的技术方案，在所述传感器模块的内部内置有；

孔隙水压力传感器，用于对土壤中的孔隙水压力值和信号进行监测；

湿度传感器，用于对土壤的湿度进行监测。

作为本发明进一步的技术方案，在所述数据排序单元的内部内置有：

时间段排序模块，用于将传感器模块监测到的数据，按照每天监测的时间节点进行排序；

类别排序模块，用于将监测到的各类数据信息，按照项目类别进行排序；

施工单位排序模块，用于对监测土壤的不同施工单位进行排序；

名称排序模块，用于对土壤孔隙水压力和湿度监测数据的各种名称内容进行排序。

作为本发明进一步的技术方案，所述主控模块为STM32单片机系统、MSP430单片机系统以及TMS单片机系统中的一种或者多种，所述终端设备终端设备为手机或平板电脑中的一种。

作为本发明进一步的技术方案，所述无线模块为NB-IOT模块、WiFi模块、4G模块以及5G中模块的一种或者多种，所述供电模块的电压为5V。

作为本发明进一步的技术方案，所述终端设备、无线模块和主控模块均为供电模块电性连接，所述权限认证单元和终端设备电性连接，所述数据排序单元和GPS定位器均与主控模块电性连接。

一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过用户身份认证模块、密码认证模块、人脸识别模块或指纹认证模块对登陆者的权限进行认证；

步骤2：设置土壤孔隙水的监测压力值和土壤湿度进行初始化设置；

步骤3：当湿度传感器监测到湿度达到预设值后，立马打开系统，在孔隙水压力传感器的作用下，可对土壤中的孔压信号进行监测和采集；

步骤4：传感器模块接收读取指令，并将采集到的数据信息传输至数据排序单元，最后经过排序整理，发送给主控模块；

步骤5：主控模块接收并储存数据，并通过无线模块发送到终端设备，并将所传送的信息进行可视化处理并监测到数据出现异常时进行自动的预警；

步骤6：若传感器模块出现监测延时，则会重新接收或发送读取指令。

有益效果

本发明提供了一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

1、一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法，本结构有效地将物联网技术与孔隙水压力结合应用在工程监测上面，将有线的孔隙水压力传感器监测装置观测范围从原本有线的局限改进为不分时间、地点的无线监测，进一步的，改进了原本孔隙水压力无线监测技术，将信息处理和信息传输分离开来，使孔隙水压力无线监测技术有了更好的移植性，能够超长服役使用和自我更新升级，不会随着科技的发展使之被快速淘汰。

2、一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法，本结构的所有信号都是数字信号，在信息的处理及传输过程中，不需要信号进行转换，不仅传输稳定，数据可靠，大大提高了孔隙水压力数据的准确性和精确性，而且还解决了连接线长时间使用易老化的问题，减少了电路设计的复杂度，另外，当出现异常时，终端设备会进行警戒提示，能够实现对工程孔隙水压力实时监测、数据可视化、快速传输、数据异常进行预警等，且低成本、低功耗，具有很好的工程应用价值，可进行大范围推广使用。

3、一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法，通过设置有权限认证单元，可保障用户使用的安全性，避免了无关人员操作以及数据丢失的问题发生，而GPS的设置，可在预警时，快速确认位置，加快调整的速度，数据排序单元的设置，可对监测到的数据根据时间段、类别、施工单位以及列表名称进行排序，从而提高了工作人员查阅的整洁清晰度，使数据内容更加一目了然。

附图说明

图1为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统的原理框图；

图2为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统权限认证单元的原理框图；

图3为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统传感器模块的原理框图；

图4为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统数据排序单元的原理框图；

图5为一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统的运行原理框图。

图中：1、终端设备；2、权限认证单元；21、用户界面显示模块；22、用户身份认证模块；23、密码认证模块；24、人脸识别模块；25、指纹认证模块；3、无线模块；4、主控模块；5、传感器模块；51、孔隙水压力传感器；52、湿度传感器；6、供电模块；7、数据排序单元；71、时间段排序模块；72、类别排序模块；73、施工单位排序模块；74、名称排序模块；8、GPS定位器。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统及方法技术方案：一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，包括供电模块6，用于给各类电性元件提供电力；

传感器模块5，与供电模块6电性连接，用于对土壤中的孔压信号经行采集；

主控模块4，与传感器模块5数字信号连接，用于接收和存储采集到的数据信息，并进行处理；

无线模块3，与主控模块4数字信号连接，用于将接收的数据通过无线进行传输；

终端设备1，与无线模块3无线连接，用于接收并控制孔隙水压力监测过程中的各项数据；

权限认证单元2，与供电模块6电性连接，用于对登陆者的个人信息和权限进行验证；

数据排序单元7，与传感器模块5和供电模块6电性连接，用于对采集到的各项数据进行排序整理；

GPS定位器8，与供电模块6电性连接，用于对孔隙水压力监测的位置进行监测。

请参阅图2，在权限认证单元2的内部内置有：

用户界面显示模块21，用于显示信息登录界面；

用户身份认证模块22，用于对用户的身份信息认证；

密码认证模块23，用于用户密码登录；

人脸识别模块24，用于用户人脸登录；

指纹认证模块25，用于用户指纹登录。

请参阅图3，在传感器模块5的内部内置有；

孔隙水压力传感器51，用于对土壤中的孔隙水压力值和信号进行监测；

湿度传感器52，用于对土壤的湿度进行监测。

请参阅图4，在数据排序单元7的内部内置有：

时间段排序模块71，用于将传感器模块5监测到的数据，按照每天监测的时间节点进行排序；

类别排序模块72，用于将监测到的各类数据信息，按照项目类别进行排序；

施工单位排序模块73，用于对监测土壤的不同施工单位进行排序；

名称排序模块74，用于对土壤孔隙水压力和湿度监测数据的各种名称内容进行排序。

主控模块4为STM32单片机系统、MSP430单片机系统以及TMS单片机系统中的一种或者多种，终端设备终端设备1为手机或平板电脑中的一种。

无线模块3为NB-IOT模块、WiFi模块、4G模块以及5G模块中的一种或者多种，供电模块6的电压为5V。

终端设备1、无线模块3和主控模块4均为供电模块6电性连接，权限认证单元2和终端设备1电性连接，数据排序单元7和GPS定位器8均与主控模块4电性连接。

终端设备1是通过采用Android开发工具开一款基于Android系统的App，App中包含可视化操作界面及主要的功能模块，其中主要功能有用户注册及登录界面、配置入网、发现设备及绑定、对于设备可以进行控制和监测、对接收的数据进行图。

手机或平板电脑显示数据如果从平缓的曲线突然变的比较陡峭，说明孔隙水压力传感器附近位置大概率发生了液化现象，预警装置向相关工作人员发出预警，工作人员通过数据的变换程度，做出判断并采取相关措施。

请参阅图5，一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过用户身份认证模块22、密码认证模块23、人脸识别模块24或指纹认证模块25对登陆者的权限进行认证；

步骤3：当湿度传感器52监测到湿度达到预设值后，立马打开系统，在孔隙水压力传感器51的作用下，可对土壤中的孔压信号进行监测和采集；

步骤4：传感器模块5接收读取指令，并将采集到的数据信息传输至数据排序单元7，最后经过排序整理，发送给主控模块4；

步骤5：主控模块4接收并储存数据，并通过无线模块3发送到终端设备1，并将所传送的信息进行可视化处理并监测到数据出现异常时进行自动的预警；

步骤6：若传感器模块5出现监测延时，则会重新接收或发送读取指令。

在本实施例中，湿度传感器52的型号为GW100-D，孔隙水压力传感器51的型号为SK-KYJ，GPS定位器8的型号为GT300，在上述构件中，自身的结构特征、工作原理以及与外部电性连接的具体电路结构均采用现有技术，此处不再详述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，包括供电模块（6），用于给各类电性元件提供电力；

传感器模块（5），与所述供电模块（6）电性连接，用于对土壤中的孔压信号经行采集；

主控模块（4），与所述传感器模块（5）数字信号连接，用于接收和存储采集到的数据信息，并进行处理；

无线模块（3），与所述主控模块（4）数字信号连接，用于将接收的数据通过无线进行传输；

终端设备（1），与所述无线模块（3）无线连接，用于接收并控制孔隙水压力监测过程中的各项数据；

权限认证单元（2），与所述供电模块（6）电性连接，用于对登陆者的个人信息和权限进行验证；

数据排序单元（7），与所述传感器模块（5）和供电模块（6）电性连接，用于对采集到的各项数据进行排序整理；

GPS定位器（8），与所述供电模块（6）电性连接，用于对孔隙水压力监测的位置进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，在所述权限认证单元（2）的内部内置有：

用户界面显示模块（21），用于显示信息登录界面；

用户身份认证模块（22），用于对用户的身份信息认证；

密码认证模块（23），用于用户密码登录；

人脸识别模块（24），用于用户人脸登录；

指纹认证模块（25），用于用户指纹登录。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，在所述传感器模块（5）的内部内置有；

孔隙水压力传感器（51），用于对土壤中的孔隙水压力值和信号进行监测；

湿度传感器（52），用于对土壤的湿度进行监测。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，在所述数据排序单元（7）的内部内置有：

时间段排序模块（71），用于将传感器模块（5）监测到的数据，按照每天监测的时间节点进行排序；

类别排序模块（72），用于将监测到的各类数据信息，按照项目类别进行排序；

施工单位排序模块（73），用于对监测土壤的不同施工单位进行排序；

名称排序模块（74），用于对土壤孔隙水压力和湿度监测数据的各种名称内容进行排序。

5.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，所述主控模块（4）为STM32单片机系统、MSP430单片机系统以及TMS单片机系统中的一种或者多种，所述终端设备终端设备（1）为手机或平板电脑中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，所述无线模块（3）为NB-IOT模块、WiFi模块、4G模块以及5G模块中的一种或者多种，所述供电模块（6）的电压为5V。

7.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警系统，其特征在于，所述终端设备（1）、无线模块（3）和主控模块（4）均为供电模块（6）电性连接，所述权限认证单元（2）和终端设备（1）电性连接，所述数据排序单元（7）和GPS定位器（8）均与主控模块（4）电性连接。

8.根据权利要求1-7所述的一种基于5G网络的孔隙水压力在线监测预警的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过用户身份认证模块（22）、密码认证模块（23）、人脸识别模块（24）或指纹认证模块（25）对登陆者的权限进行认证；

步骤3：当湿度传感器（52）监测到湿度达到预设值后，立马打开系统，在孔隙水压力传感器（51）的作用下，可对土壤中的孔压信号进行监测和采集；

步骤4：传感器模块（5）接收读取指令，并将采集到的数据信息传输至数据排序单元（7），最后经过排序整理，发送给主控模块（4）；

步骤5：主控模块（4）接收并储存数据，并通过无线模块（3）发送到终端设备（1），并将所传送的信息进行可视化处理并监测到数据出现异常时进行自动的预警；

步骤6：若传感器模块（5）出现监测延时，则会重新接收或发送读取指令。