CN116978190A - 一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质灾害的监测预警技术领域，特别是涉及一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，公开一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，在坡体的倾斜面上矩阵式设置有若干个，包括：第一监测单元，用于获取所述坡体的气象环境信息；第二监测单元，用于获取所述坡体的形变信息以及所述坡体饱和土壤和非饱和土壤水分信息；无线发射模块，将所述第一监测单元和所述第二监测单元所获取信息传输到终端进行融合处理，获取坡体灾害检测和预警数据。本发明可实现智慧农业检测系统与坡体监测预警技术的结合，降低地质灾害发生的可能性，提高农业生产的安全性和可靠性，并用于地质灾害的检测与防治。

Description

一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备

技术领域

本发明涉及地质灾害的监测预警技术领域，特别是涉及一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备。

背景技术

精准的地质灾害监测预警是提高山区村寨防灾减灾能力的重要途径。传统的地质灾害体监测预警装置是通过位移的变化来进行预警，测量参数为位移和含水率，此方法可能因误触等而导致错误预警。且传统监测仪器适用于监测饱和的潜在滑坡体，极少设计非饱和范围使用条件有限。而人工巡查对裂缝的观测多局限于肉眼及皮尺，位置不固定，人为误差较大等。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，在坡体的倾斜面上矩阵式设置有若干个，包括：

第一监测单元，用于获取所述坡体的气象环境信息；

第二监测单元，用于获取所述坡体的形变信息以及所述坡体饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

无线发射模块，将所述第一监测单元和所述第二监测单元所获取信息传输到终端进行融合处理，获取坡体灾害检测和预警数据。

优选的，所述第一监测单元包括：

智慧农业气象传感器,用于获取坡体气象环境信息。

优选的，所述第二监测单元包括九轴姿态传感器和土壤水势传感器；

所述土壤水势传感器用于所述坡体饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

所述九轴姿态传感器获取所述坡体的形变信息。

优选的，还包括：

土壤湿度传感器，用于获取坡体土壤湿度信息，并通过无线发射模块将信息传输给所述终端与所述第一监测单元和所述第二监测单元所获取信息进行融合处理。

优选的，所述土壤水势传感器和所述土壤湿度传感器的探针插入到土壤内。

优选的，还包括：

供能单元，所述供能单元包括：

支架，所述支架的顶部设置有太阳能板，所述太阳能板将转化电能输送给蓄电池进行储存，所述支架上分别设置有雨量传感器和监视器，且所述雨量传感器和所述监视器通过所述无线发射模块将数据传输给终端。

优选的，所述无线发射模块将所获取信息通过无线发射天线传输到终端。

优选的，还包括：

基座，所述基座的两侧分别固接有固定深入支撑脚，两所述固定深入支撑脚伸入到地下。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明通过无线发射模块将第一监测单元和第二监测单元所获取的数据在终端进行整合，实现了智慧农业检测系统与坡体监测预警技术结合，构建了智能防灾减灾体系，可以实现对农业生产全过程的实时监控和管理，包括土壤湿度、气象条件等。通过对这些信息的实时监测和分析，农民可以及时掌握农业生产的进展情况，采取有效措施，降低地质灾害发生的可能性，提高农业生产的安全性和可靠性。此外，基于此装置获得的地质与气象信息还可用于地质灾害的检测与防治。

2、本发明相对于传统仅用于地质灾害检测的仪器造价大大降低。

3、本发明装置在使用时采用矩阵式安置在可能发生地质灾害的区域，结合水文地质特点，合理布设监测点，形成整体的地质灾害监测网，将有效提高监测的精确度，在一定程度上避免了因外界干扰带来的检测误差和错误。

4、本发明装置还可用于非饱和土的监测，更适用于实际的土体情况。

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为本发明一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备的结构示意图；

图2为本发明中智慧农业气象传感器的结构示意图；

图3为本发明中九轴姿态传感器的结构示意图；

图4为本发明中土壤水势出传感器的结构示意图；

图5为本发明在实际应用中在滑坡上的布置示意图；

其中，1、太阳能板；2、雨量传感器；3、蓄电池；4、监视器；5、智慧农业气象传感器；6、无线发射模块；7、九轴姿态传感器；8、土壤水势传感器；9、无线发射天线；10、土壤湿度传感器；11、基座；12、坡体。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-图5，本发明提供一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，在坡体12的倾斜面上矩阵式设置有若干个，包括：

第一监测单元，用于获取坡体12的气象环境信息；

第二监测单元，用于获取坡体12的形变信息以及坡体12饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

无线发射模块6，将第一监测单元和第二监测单元所获取信息传输到终端进行融合处理，获取坡体12灾害检测和预警数据。

本发明可以解决传统滑坡预警装置只依靠位移的变化进行预警的问题，并扩大监测面以使在同等控制范围内降低成本，提高预警精度。同时将智慧农业信息采集与灾害监测预警结合，推动智慧农业与防灾减灾协调发展。

无线发射模块6由嵌入式处理器CPU、大容量的存储器、GPRS模块、监测型接收机、蓄电池3、数据服务器以及数据收服务器组成，且无线发射模块6接的顶部中心设有定位接收机。

无线发射模块6的外侧设有报警器，其中，定位接收机为A300高精度定位GNSS接收机，监测型接收机为M300Plus北斗/GNSS监测型接收机。

进一步优化方案，第一监测单元包括：

智慧农业气象传感器5,用于获取坡体12气象环境信息。

智慧农业气象传感器5主要可以分为光照强度传感器、风速风向传感器、雨量传感器2、空气温湿度传感器等。农业气象信息传感器的应用，有利于精准预测与农业生产有关的气象环境，为实现农业生产种植精细化奠定了扎实的基础。

进一步优化方案，第二监测单元包括九轴姿态传感器7和土壤水势传感器8；

土壤水势传感器8用于坡体12饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

土壤水势传感器8在滑坡稳定性评估中具有重要的应用价值。基于滑坡稳定性的土壤水势传感器8的关键技术包括传感器布设技术、数据采集与传输技术、数据处理与分析技术、滑坡稳定性评估标准、实时监测与预警技术和交叉验证与误差校正技术等多个方面。这些关键技术的综合应用可以实现滑坡土壤水分的精确测量和监测，测得相关非饱和土的基质吸力，通过非饱和土的基质吸力去判断土壤、坡体12的稳定性，对于滑坡等地质灾害起到预警作用，同时对于农业生产也有一定的相关参数提示作用，进而实现滑坡稳定性的准确评估和预警。

1.传感器设计：土壤水势传感器8需要设计适合于测量饱和土和非饱和土壤水分的结构，通常采用电容式或电阻式传感器，可以测量土壤中水分的相对含量。传感器需要具有稳定性、可靠性和准确性，同时需要具备一定的抗干扰能力。

2.传感器布设技术：在滑坡区域布设土壤水势传感器8需要考虑到传感器的稳定性、可靠性和精度。通常需要根据滑坡的地形、地貌和地质条件，选择合适的布设位置和深度，以及合适的传感器类型和数量，以便准确地测量土壤水势。

3.数据处理与分析技术：在滑坡稳定性评估中，需要对采集到的土壤水势数据进行处理和分析，以便获取滑坡区域土壤水分的分布和变化情况。数据处理与分析技术包括数据压缩、特征提取、模式识别等技术，可以通过算法实现数据的处理和分析，进而实现滑坡稳定性评估和预警。

4.信号处理技术：土壤水势传感器8需要将传感器的输出信号进行放大、滤波和数字化处理，以便于后续的数据分析和处理。信号处理技术包括模拟电路和数字电路的设计和应用，需要保证处理后的信号稳定、准确、可靠。

3.数据采集与传输技术：土壤水势传感器8需要实现数据采集和传输，通常采用单片机或嵌入式系统实现数据采集和处理，并通过无线或有线通信技术将数据传输到上位机或其他设备进行显示和处理。

5.校准和误差校正技术：土壤水势传感器8需要进行校准和误差校正，以保证测量的准确性。校准可以通过对比标准样品或标准仪器进行校准，误差校正可以通过对传感器进行温度、湿度、压力等环境因素的补偿来实现。

6.实时监测与预警技术：在滑坡稳定性评估中，需要采用实时监测和预警技术，以便及时发现滑坡的异常情况并进行预警。实时监测与预警技术包括传感器数据采集、数据传输、数据处理、预警信息发布等多个环节，需要保证系统的稳定性和可靠性，以便及时发现滑坡的异常情况并进行预警。

土壤水势传感器8的这些关键技术的综合应用可以实现土壤水分的精确测量和监测，对于农业、环境地质灾害监测等领域具有重要的应用价值。

九轴姿态传感器7获取坡体12的形变信息。

九轴姿态传感器7是一种集成了多个传感器技术的设备，用于测量和监测物体的姿态和运动。以下是九轴姿态传感器7的关键技术：

1.陀螺仪：陀螺仪是用于测量角速度和角位移的传感器，它通过测量物体旋转时的角速度来计算物体的姿态。九轴姿态传感器7通常采用数字式陀螺仪，其输出信号经过数字信号处理后可以提供更准确的姿态信息。

2.加速度计：加速度计是用于测量加速度和线性位移的传感器，它通过测量物体在惯性参考系中的加速度来计算物体的姿态。九轴姿态传感器7通常采用微机械加速度计，其输出信号经过信号处理后可以提供更准确的姿态信息。

3.磁力计：磁力计是用于测量地球磁场强度的传感器，它可以帮助九轴姿态传感器7判断物体的方向和位置。磁力计通常采用霍尔效应或磁阻效应传感器，其输出信号经过信号处理后可以提供更准确的磁场强度信息。

4.温度传感器：温度传感器是用于测量物体温度的传感器，它可以帮助九轴姿态传感器7进行温度补偿和误差校正。温度传感器通常采用热敏电阻或热电偶传感器，其输出信号经过信号处理后可以提供更准确的温度信息。

5.压力传感器：压力传感器是用于测量物体所受压力的传感器，它可以帮助九轴姿态传感器7进行高度和重力的测量。压力传感器通常采用压阻式或电容式传感器，其输出信号经过信号处理后可以提供更准确的压力信息。

6.惯性测量单元(IMU)：惯性测量单元是将陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器集成在一起形成的模块，它可以对物体的姿态、速度和加速度进行全面测量。九轴姿态传感器7通常采用高精度IMU模块，其输出信号经过数字信号处理后可以提供更准确的姿态信息。

7.数据处理与融合技术：九轴姿态传感器7需要对多个传感器的数据进行处理和融合，以实现高精度的姿态测量和补偿。数据处理与融合技术包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波等算法，可以对多个传感器的数据进行融合和处理，提高姿态测量的精度和稳定性。

8.通信接口技术：九轴姿态传感器7需要与上位机或其他设备进行数据传输和通信。通信接口技术包括USB、蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术，以及串口、CAN等有线通信技术，可以根据应用需求选择合适的通信接口技术进行数据传输和控制。

9.误差校正与校准技术：九轴姿态传感器7在长时间使用后可能会出现误差和漂移现象，需要进行误差校正和校准。误差校正与校准技术包括零偏校正、温度补偿、重力场校准等多种方法，可以根据实际情况选择合适的校正方法进行误差校正和校准，以保证姿态测量的准确性。

九轴姿态传感器7的关键技术包括陀螺仪、加速度计、磁力计、温度传感器、压力传感器、IMU模块、数据处理与融合技术、通信接口技术以及误差校正与校准技术等多个方面，这些关键技术的综合应用才能实现高精度的姿态测量和监测。

进一步优化方案，还包括：

土壤湿度传感器10，用于获取坡体12土壤湿度信息，并通过无线发射模块6将信息传输给终端与第一监测单元和第二监测单元所获取信息进行融合处理。

土壤湿度传感器10带有两个裸露导体的叉形探针用作可变电阻器(就像电位计一样)，其电阻根据土壤中的水分含量而变化。该阻力与土壤湿度成反比：土壤中更多的水意味着更好的电导率，并导致较低的电阻。土壤中的水分越少，意味着电导率越差，并且电阻越高。传感器根据电阻产生输出电压，通过测量确定水分含量。

进一步优化方案，土壤水势传感器8和土壤湿度传感器10的探针插入到土壤内。

进一步优化方案，还包括：

供能单元，供能单元包括：

支架，支架的顶部设置有太阳能板1，太阳能板1将转化电能输送给蓄电池3进行储存，支架上分别设置有雨量传感器2和监视器4，且雨量传感器2和监视器4通过无线发射模块6将数据传输给终端。

蓄电池3与太阳能板1电性连接，用于用电设备的供电，保证系统长时间工作的稳定性和可靠性。

进一步优化方案，无线发射模块6将所获取信息通过无线发射天线9传输到终端。

进一步优化方案，还包括：

基座11，基座11的两侧分别固接有固定深入支撑脚，两固定深入支撑脚伸入到地下。

本发明设置在基座11上，基座11的两侧均设有呈圆锥形结构的固定伸入支撑脚，在地质较为松软的环境下，将固定伸入支撑脚打入地下，尽管地面受到了雨水的冲刷也不影响正常监控，安装牢固，不会发生歪斜的情况，使用较为安全放心。

本发明基于智慧农业气象传感器5，通过物联网技术、人工智能技术、远程监测和通讯技术等技术支持，利用土壤水势传感器8、九轴姿态传感器7、土壤湿度传感器10等可以实现对农业生产和潜在滑坡体12全过程的实时监控和管理。通过对这些信息的实时监测和分析，达到“一体两用”的效果，既能帮助农民及时掌握农业生产的进展情况，又能起到地质灾害监测预警作用，提高乡村村寨的安全性，进一步促进智慧农业发展。

本发明利用多种传感器监测不同的土壤参数以及气象、降雨量的监测，通过多种数据结合，预警分析土体滑坡发生的概率，同时考虑非饱和土在不同含水量的不同基质吸力对于坡体12稳定性分析，也可对农业生产起到积极作用的关键技术包括以下几个方面：

1.多传感器数据融合技术：

多种传感器监测数据融合技术是将不同传感器的数据进行融合和处理，以得到更准确和全面的监测结果。土壤水势传感器8提供土壤水分含量以及基质吸力参数，九轴姿态传感器7监测坡体12位移量和角度偏移以及雨量计和气象传感器的结合使用，在通过数据融合，可以消除各种误差和干扰，提高监测的准确性和可靠性。同时，还可以通过对不同传感器的数据进行加权平均等方法，进一步提高监测结果的精度。

2.自动化监测技术：

自动化监测技术是通过自动化设备对地质灾害和农业生产进行实时监测和预警的技术。通过自动化监测，可以实现对监测对象的自动、连续、实时的监测，并提供实时数据和报警功能，以达到及时预警和应对地质灾害，以及及时调整农业生产管理措施等目的。

3.多种传感器协同工作技术：

多种传感器协同工作技术是通过不同传感器之间的协同工作，实现对地质灾害和农业生产进行全面监测和预警的技术。通过多种传感器协同工作技术，可以充分发挥不同传感器的优势和互补性，实现对地质灾害和农业生产的多维度、多层次、全方位的监测和预警。同时还可以通过多种传感器之间的数据交互和协同工作，提高监测和预警的准确性和可靠性。

综上，多种传感器监测预警地质灾害同时对农业生产起到积极作用的关键技术包括多传感器数据融合技术、自动化监测技术、和多种传感器协同工作技术等多个方面。这些技术的综合应用可以实现山体滑坡灾害监测和预警，提高监测和预警的准确性和可靠性，为防灾减灾提供数据支撑，同时测得相关参数，也可以为农业生产提供科学依据和指导。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，在坡体(12)的倾斜面上矩阵式设置有若干个，其特征在于，包括：

第一监测单元，用于获取所述坡体(12)的气象环境信息；

第二监测单元，用于获取所述坡体(12)的形变信息以及所述坡体(12)饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

无线发射模块(6)，将所述第一监测单元和所述第二监测单元所获取信息传输到终端进行融合处理，获取坡体(12)灾害检测和预警数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于,所述第一监测单元包括：

智慧农业气象传感器(5),用于获取坡体(12)气象环境信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于：所述第二监测单元包括九轴姿态传感器(7)和土壤水势传感器(8)；

所述土壤水势传感器(8)用于所述坡体(12)饱和土壤和非饱和土壤水分信息；

所述九轴姿态传感器(7)获取所述坡体(12)的形变信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于，还包括：

土壤湿度传感器(10)，用于获取坡体(12)土壤湿度信息，并通过无线发射模块(6)将信息传输给所述终端与所述第一监测单元和所述第二监测单元所获取信息进行融合处理。

5.根据权利要求4所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于：所述土壤水势传感器(8)和所述土壤湿度传感器(10)的探针插入到土壤内。

6.根据权利要求5所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于，还包括供能单元，所述供能单元包括：

支架，所述支架的顶部设置有太阳能板(1)，所述太阳能板(1)将转化电能输送给蓄电池(3)进行储存，所述支架上分别设置有雨量传感器(2)和监视器(4)，且所述雨量传感器(2)和所述监视器(4)通过所述无线发射模块(6)将数据传输给终端。

7.根据权利要求6所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于：所述无线发射模块(6)将所获取信息通过无线发射天线(9)传输到终端。

8.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的地质灾害体监测预警设备，其特征在于，还包括：

基座(11)，所述基座(11)的两侧分别固接有固定深入支撑脚，两所述固定深入支撑脚伸入到地下。