CN113990041A - 一种低功耗滑坡监测警报装置 - Google Patents

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王文伟
黎亮杰
曾金玲
张福增
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Abstract

本发明公开了一种低功耗滑坡监测警报装置，包括固定插设于斜坡上的固定柱，埋设于斜坡土壤内的盒体，设于盒体内的电路板、电池和GPS定位模块，安装于盒体上的传感器，以及两端分别与固定柱和盒体连接的警报开关装置；所述传感器检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量；所述警报开关装置与电路板电连接，在斜坡土壤松动时，固定柱产生移动而触发警报开关装置；当传感器检测到的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量超过设定值，且警报开关装置被触发，所述电路板接收到警报开关装置的开关信号后通过无线网络上传到上位机进行报警。本结构具有结构简单、功耗和使用成本低的优点，可大范围地应用在边远农村的山坡中进行监测使用。

Description

一种低功耗滑坡监测警报装置
技术领域
本发明涉及一种监测警报装置，尤其是指一种低功耗滑坡监测警报装置。
背景技术
在雨季，山体滑坡在山区经常发生，这给农田、水电站、矿区和其他建筑造成巨大的经济损失，甚至是灾难性的灾害。因此，构建一个实时监测系统来监测地质环境的情况对避免此类灾害的发生是至关重要的。
目前，为了监测山体滑坡，现有的采用的技术手段包括：使用特殊的卫星来监测情况，有的使用高精度全球定位系统来识别情况，还有的是建立地下传感器网络系统。但是，这些技术手段采用的零件多，结构复杂，功耗大，使用成本高，在偏远的山区难以保证长时间地进行工作，并且难以保证实时进行监测，导致难以实时地发出灾害性的警报来提示群众。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、功耗和使用成本低的滑坡监测警报装置。该装置采用高精密度的传感器结合警报开关在同一水平的深度情况下监测山坡在雨天中的土壤变化情况来预知滑坡发生，并且采用埋入山坡的土壤下，且无需要设计任何缓冲装置进行保护，可免受外界破坏，且节约成本和时间。
本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
一种低功耗滑坡监测警报装置，包括固定插设于斜坡上的固定柱，埋设于斜坡土壤内的盒体，设于盒体内的电路板、电池和GPS定位模块，安装于盒体上的传感器，以及两端分别与固定柱和盒体连接的警报开关装置；所述传感器检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量；所述警报开关装置与电路板电连接，在斜坡土壤松动时，固定柱产生移动而触发警报开关装置；当传感器检测到的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量超过设定值，且警报开关装置被触发，所述电路板接收到警报开关装置的开关信号后通过无线网络上传到上位机进行报警。
作为一种优选的方案，所述警报开关装置包括塑料管和安装于塑料管上的报警开关，所述塑料管的一端与盒体固定连接，报警开关的一端通过电线缠绕在固定柱上，报警开关的另一端与电路板电连接。
作为一种优选的方案，所述电路板接收到警报开关装置的开关信号后通过SIM卡经过窄带物联网上传到上位机进行报警。
作为一种优选的方案，所述盒体上设有与GPS定位模块连接的天线。
作为一种优选的方案，所述传感器包括用于检测土壤压力和孔隙水压力的压力传感器，以及用于检测土壤水含量的湿度传感器。
作为一种优选的方案，所述压力传感器和湿度传感器安装于同一水平面上。
作为一种优选的方案，所述GPS定位模块通过北斗GPS4与上位机进行通信连接。
作为一种优选的方案，所述盒体内设有限位板，所述电路板和电池固定安装于限位板上。
作为一种优选的方案，所述电池为锂电池。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明采用通过传感器监测土壤松动情况，同时通过固定柱是否受到土壤松动产生的应力来触发报警开关的双重警报监测结构，无需通过雨量计测量降雨量来比较预警阈值，也无需要若干的测试样本来进行统计得出滑坡与降雨量之间的函数关系的目标模型。本结构具有结构简单、功耗和使用成本低的优点，可大范围地应用在边远农村的山坡中进行监测使用。
2、本发明通过传感器检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量，以监测土壤内部情况来预知滑坡的发生，可提前发出警报采取对应措施，其时效性较高，无需安装位移传感器，解决了现有需要在滑坡发生时产生落石后，才能触发警报开关而发出警报，导致预报时效性差的问题。
3、在电路板上的控制器接收到警报开关装置的开关信号后，控制器通过SIM卡经过窄带物联网上传到上位机进行报警。本结构采用窄带物联网来实现数据传输，其具有覆盖范围广、低成本和低功耗的优点，从而保证长时间地传输数据和监测滑坡情况。
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是本发明低功耗滑坡监测警报装置的结构示意图。
图2是图1的内部结构示意图。
图3是图2的侧视图。
图4是本发明低功耗滑坡监测警报装置的电路板和电池安装于限位板上的结构示意图。
图5是本发明低功耗滑坡监测警报装置埋设于斜坡内的结构示意图。
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。
实施例
参照图1至图5，本实施例涉及低功耗滑坡监测警报装置，包括固定插设于斜坡上的固定柱1，埋设于斜坡土壤10内的盒体2，设于盒体2内的电路板3、电池4和GPS定位模块41，安装于盒体2上的传感器5，以及两端分别与固定柱1和盒体2连接的警报开关装置6；所述传感器5检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量；所述警报开关装置6与电路板3电连接，在斜坡土壤松动时，固定柱1产生移动而触发警报开关装置6；当传感器5检测到的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量超过设定值，且警报开关装置6被触发，所述电路板3接收到警报开关装置6的开关信号后通过无线网络上传到上位机进行报警。
本结构采用通过传感器5监测土壤松动情况，同时通过固定柱1是否受到土壤松动产生的应力来触发报警开关的双重警报监测结构，无需通过雨量计测量降雨量来比较预警阈值，也无需要若干的测试样本来进行统计得出滑坡与降雨量之间的函数关系的目标模型。本结构具有结构简单、功耗和使用成本低的优点，可大范围地应用在边远农村的山坡中进行监测使用。
本结构通过传感器5检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量，以监测土壤内部情况来预知滑坡的发生，可提前发出警报采取对应措施，其时效性较高，无需安装位移传感器5，解决了现有需要在滑坡发生时产生落石后，才能触发警报开关而发出警报，导致预报时效性差的问题。
本结构采用将盒体2埋入山坡的土壤下，无需要设计任何缓冲装置进行保护，可免受外界破坏，使用更加安全和可靠。
所述警报开关装置6包括塑料管61和安装于塑料管61上的报警开关62，所述塑料管61的一端与盒体2固定连接，报警开关62的一端通过电线缠绕在固定柱1上，报警开关62的另一端与电路板3电连接。报警开关62受塑料管61的保护，可避免受到其余外力触发。报警开关62被触发后，会将报警信息迅速上传到上位机或滑坡预警系统。用户可提前得知滑坡前的土壤松动情况，以及滑坡的发生。
所述电路板3接收到警报开关装置6的开关信号后通过SIM卡经过窄带物联网上传到上位机进行报警。在电路板3上的控制器接收到警报开关装置6的开关信号后，控制器通过SIM卡经过窄带物联网上传到上位机进行报警。本结构采用窄带物联网来实现数据传输，其具有覆盖范围广、低成本和低功耗的优点，从而保证长时间地传输数据和监测滑坡情况。
所述盒体2上设有与GPS定位模块连接的天线7。通过GPS定位模块可以实时知道盒体2的位置，从而知道将出现滑坡的地方，并且当滑坡发生后，可以快速地重新寻找到盒体2的位置。
所述传感器5包括用于检测土壤压力和孔隙水压力的压力传感器51，以及用于检测土壤水含量的湿度传感器52。电路板3上的控制器通过压力传感器51和湿度传感器52检测土壤压力、孔隙水压以及土壤水含量的土壤变化。
所述压力传感器51和湿度传感器52安装于同一水平面上，以保证测量数据的统一性和准确性。
所述GPS定位模块41通过北斗GPS4与上位机进行通信连接。所述北斗GPS4固定安装在盒体2的左侧。
所述盒体2内设有限位板8，所述电路板3和电池4固定安装于限位板8上。通过限位板8可以快速地将电路板3和电池4安装在盒体2内。
所述电池4为锂电池。根据需要，锂电池可以是多个锂电池串联或并联成电池组。
本发明的工作原理：
在使用时，将盒体2埋入山坡表面下，传感器5位于表面下1.5m处。通过电路板3连接传感器5，以检测土壤压力、孔隙水压以及土壤水含量的土壤变化。当滑坡发生前，固定柱1受到土壤松动产生的应力，从而触发塑料管61内的报警开关62。传感器5所测得的数据和警报发生将由电路板3上的控制器通过SIM卡经过窄带物联网自动上传到上位机(滑坡预警系统)。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，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 (9)

1.一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，包括固定插设于斜坡上的固定柱，埋设于斜坡土壤内的盒体，设于盒体内的电路板、电池和GPS定位模块，安装于盒体上的传感器，以及两端分别与固定柱和盒体连接的警报开关装置；所述传感器检测土壤的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量；所述警报开关装置与电路板电连接，在斜坡土壤松动时，固定柱产生移动而触发警报开关装置；当传感器检测到的土壤压力、孔隙水压力和土壤水含量超过设定值，且警报开关装置被触发，所述电路板接收到警报开关装置的开关信号后通过无线网络上传到上位机进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述警报开关装置包括塑料管和安装于塑料管上的报警开关，所述塑料管的一端与盒体固定连接，报警开关的一端通过电线缠绕在固定柱上，报警开关的另一端与电路板电连接。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述电路板接收到警报开关装置的开关信号后通过SIM卡经过窄带物联网上传到上位机进行报警。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述盒体上设有与GPS定位模块连接的天线。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述传感器包括用于检测土壤压力和孔隙水压力的压力传感器，以及用于检测土壤水含量的湿度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述压力传感器和湿度传感器安装于同一水平面上。
7.根据权利要求1或4所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述GPS定位模块通过北斗GPS4与上位机进行通信连接。
8.根据权利要求1所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述盒体内设有限位板，所述电路板和电池固定安装于限位板上。
9.根据权利要求1或8所述的一种低功耗滑坡监测警报装置，其特征在于，所述电池为锂电池。
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