CN213023573U - 基于北斗卫星的多点位移监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于北斗卫星的多点位移监测装置，它包括位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，所述位移监测主设备与每个位移监测从设备通信连接，所述位移监测从设备用于采集第一位置信息并传输至所述位移监测主设备，所述位移监测主设备用于采集第二位置信息，以及进行所述第一位置信息和所述第二位置信息的转发；其中，所述位移监测主设备包括第二控制器、第二无线通信模块、第二电源模块、第二北斗定位模块和北斗通信模块；所述位移监测从设备包括第一控制器、第一无线通信模块、第一电源模块和第一北斗定位模块。本实用新型解决了目前位移监测范围小，成本随测量范围扩大而显著增加，部署上存在地理局限性的技术问题。

Description

基于北斗卫星的多点位移监测装置

技术领域

本实用新型涉及位移监测技术领域，具体的说，涉及了一种基于北斗卫星的多点位移监测装置。

背景技术

在生活中很多自然物体、人工设施或其他物体，需要位置稳定不变，以达到实际目的，例如山体、桥梁、物资等。传统的位移监测方式多为人工定时巡检、物理传感器监测等，这些监测手段在偏远地区需要投入较大的人工成本、监测布线成本。

在我国北斗卫星建设完成之后，一些依靠北斗卫星的检测设备也逐渐被研发使用。目前，已有的卫星检测设备，普遍采用的是单点测量方式，测量范围小，测量样本少，容易产生局部随机误差，且单点测量不能反映大范围位移趋势；普遍采用投入多个单点测量设备，去同时监测某区域位移变化，投入成本随布设数量增加而线性增加；普遍采用有线或蜂窝网络的信息传输方式，部署存在地理上的局限性。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于北斗卫星的多点位移监测装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于北斗卫星的多点位移监测装置，所述基于北斗卫星的多点位移监测装置包括位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，所述位移监测主设备与每个位移监测从设备通信连接，所述位移监测从设备用于采集第一位置信息并传输至所述位移监测主设备，所述位移监测主设备用于采集第二位置信息，以及进行所述第一位置信息和所述第二位置信息的转发；

所述位移监测从设备包括第一控制器、第一无线通信模块、第一电源模块和第一北斗定位模块，所述第一控制器分别连接所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块，所述第一电源模块分别与所述第一控制器、所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块连接并供电；

所述位移监测主设备包括第二控制器、第二无线通信模块、第二电源模块、第二北斗定位模块和北斗通信模块，所述第二控制器分别连接所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块；所述第二电源模块分别与所述第二控制器、所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块连接并供电。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

本实用新型中位移监测从设备采集到的第一位置信息，并不直接传输给位置监测处理平台，而是统一发送至该组多点位移监测装置的位移监测主设备，由位移监测主设备进行位置信息的转发。一个位移监测主设备与多个位移监测从设备构成一组多点位移监测装置，形成多点测量结构，多点测量结构测量范围大，测量样本多，不容易产生局部随机误差，且多点测量更能反映大范围位移趋势，提高了位移监测准确度；

每组设置有一个位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，位移监测从设备与位移监测主设备通过无线通信模块进行通讯互联，位移监测从设备无需设置北斗通信模块，在提高位移监测准确度的同时，降低了硬件成本和复杂度，解决了目前位移监测范围小，成本随测量范围扩大而显著增加，部署上存在地理局限性的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的位移监测主设备的结构示意图。

图3是本实用新型的位移监测从设备的结构示意图。

图4是本实用新型的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如附图1所示，一种基于北斗卫星的多点位移监测装置，它包括位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，所述位移监测主设备与每个位移监测从设备通信连接，所述位移监测从设备用于采集第一位置信息并传输至所述位移监测主设备，所述位移监测主设备用于采集第二位置信息，以及进行所述第一位置信息和所述第二位置信息的转发；

如附图3所示，所述位移监测从设备包括第一控制器、第一无线通信模块、第一电源模块和第一北斗定位模块，所述第一控制器分别连接所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块，所述第一电源模块分别与所述第一控制器、所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块连接并供电；

如附图2所示，所述位移监测主设备包括第二控制器、第二无线通信模块、第二电源模块、第二北斗定位模块和北斗通信模块，所述第二控制器分别连接所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块；所述第二电源模块分别与所述第二控制器、所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块连接并供电。

可以理解，所述第一北斗定位模块，用于采集第一位置信息（位移监测从设备的位置信息），并传输至所述第一控制器；所述第一控制器通过第一无线通信模块将所述第一位置信息传输至所述位移监测主设备的第二无线通信模块。所述第二北斗定位模块，用于采集第二位置信息（位移监测主设备的位置信息），并传输至所述第二控制器；所述第二控制器，用于获取所述第二位置信息，以及将所述第一位置信息和所述第二位置信息传输至北斗通信模块。

需要说明的是，所述第一位置信息为所述位移监测从设备所在位置的位置信息，所述第二位置信息为所述位移监测主设备所在位置的位置信息；每个检测系统配置一组或一组以上的多点位移监测装置，每组设置有一个位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，所述多点位移监测装置的数量以及位移监测从设备的数量可以根据监测区域面积进行设置，本实施例在此不作限制。

位移监测从设备采集到的位置信息，并不直接传输给位置监测处理平台，而是统一发送至该组多点位移监测装置的位移监测主设备，由位移监测主设备进行位置信息的转发。一个位移监测主设备与多个位移监测从设备构成一组多点位移监测装置，形成多点测量结构，布置在山体、大坝、河岸、集装箱等物体表面；多点测量结构测量范围大，测量样本多，不容易产生局部随机误差，且多点测量更能反映大范围位移趋势。

需要说明的是，位移监测主设备与多个位移监测从设备之间通过无线通信模块进行通信，位移监测主设备与位置监测处理平台之间通过北斗通信模块进行通信；位移监测从设备无需设置北斗通信模块，在提高位移监测精确度的同时，降低了整个基于北斗卫星的多点位移监测装置的投入成本，具有重大社会效益。

进一步的，所述位移监测从设备每隔10至50米设置，具体的，所述位移监测从设备每隔10、20、30、40或者50米设置，本实施例在此不做限制。可以理解，在实际应用中，可以根据监测区域面积以及发生山体滑坡等自然灾害的历史数据等，具体设置位移监测从设备的数量，各个位移监测从设备之间的距离，以及位移监测从设备与位移监测主设备之间的距离。

进一步的，所述第二控制器通过第一串口连接所述北斗通信模块，通过第二串口连接所述第二北斗定位模块，通过第三串口连接所述第二无线通信模块。所述第一控制器通过其中一个串口连接所述第一北斗定位模块，通过另一个串口连接所述第一无线通信模块。

具体的，所述北斗通信模块可以采用RD05W3035模块或者GYM2003B模块，所述RD05W3035模块或者GYM2003B模块一端连接第二控制器，另一端连接北斗短报文天线；所述第二控制器还与北斗卡通信连接，所述北斗卡为北斗民用智能卡，用于接入北斗卫星网络。其中，所述北斗短报文天线可以为板载天线、外置天线或者防水天线等。

具体的，第一北斗定位模块和/或所述第二北斗定位模块采用ATK-S1216F8-BDGPS/北斗模块，所述ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块的TXD引脚连接所述第二控制器的第二串口的RXD引脚，所述ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块的RXD引脚连接所述第二控制器的第二串口的TXD引脚，所述ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块的GND引脚和VCC引脚对应连接所述第二控制器的GND引脚和VCC引脚。所述ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块与所述第一控制器之间的连接方式与上述连接方式原理类似，在此不再赘述。其中，所述ATK-S1216F8-BDGPS/北斗模块自带IPX接口，可连接各种有源天线；优选的，所述ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块的IPX接口连接GPS/北斗双模有源天线。

进一步的，所述第一控制器和/或所述第二控制器采用STM32F10系列单片机；所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块采用蓝牙模块，具体的，所述蓝牙模块型号为HC-05，连接到所述第一控制器或所述第二控制器的串行端口，使位移监测从设备与位移监测主设备之间通讯互联；或者，所述蓝牙模块为Silicon Labs公司的WT41u，信号范围最大可达650m，适用于位移监测从设备的大范围布置，本实施例在此不做限制。

进一步的，所述第一电源模块包括第一太阳能电池板、第一蓄电池和第一降压电路，所述第一降压电路为12V转3.3V降压电路；所述第一太阳能电池板用于将太阳能转换为12V电源电压，第一太阳能电池板连接第一蓄电池，用于为第一蓄电池充电；所述12V转3.3V降压电路，连接所述第一太阳能电池板或者所述第一蓄电池，用于将12V电源电压转换为3.3V电压，以便为所述第一控制器、所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块供电；

所述第二电源模块包括第二太阳能电池板、第二蓄电池、第二降压电路和第三降压电路，所述第二降压电路为12V转3.3V降压电路，所述第三降压电路为12 V转5V降压电路；所述第二太阳能电池板用于将太阳能转换为12V电源电压，第二太阳能电池板连接第二蓄电池，用于为第二蓄电池充电；所述12V转3.3V降压电路，连接所述第二太阳能电池板或者所述第二蓄电池，用于将12V电源电压转换为3.3V电压，以便为所述第二控制器、所述第二无线通信模块和所述第二北斗定位模块供电；所述12 V转5V降压电路连接所述第二太阳能电池板或者所述第二蓄电池，用于将12V电源电压转换为5V电压，以便为北斗通信模块供电。

实施例2

如附图4所示，所述位移监测主设备的北斗通信模块通过北斗系统与位置监测处理平台通信互联，用于将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过短报文传输至所述位置监测处理平台。

需要说明的是，基于北斗卫星的多点位移监测装置工作流程包括如下步骤：步骤一：位移监测从设备间隔固定时间通过北斗系统获取一次第一位置信息；位移监测主设备隔固定时间通过北斗系统获取一次第二位置信息；步骤二：位移监测从设备打包第一位置信息，通过蓝牙模块发送至位移监测主设备；步骤三：位移监测主设备收集位移监测主设备及与位移监测主设备相连的所有从设备的位置信息；步骤四：位移监测主设备打包位置信息（第一位置信息和所述第二位置信息）并处理压缩，通过北斗短报文发送至北斗系统；步骤五：北斗系统转发北斗报文；步骤六：位移监测处理平台通过北斗系统接收所述第一位置信息和所述第二位置信息；步骤七：位移监测处理平台存储所述第一位置信息和所述第二位置信息，通过对历史位置信息的大数据处理对比，计算部署位移监测装置物体的三维位移位置偏移量，计算物体三维位移数据，得出物体整体位移信息。

需要说明的是，步骤一至步骤六相隔固定时间按照流程启动一次，满足北斗短报文的间隔发送特性，减少电力消耗。在步骤二中，位移监测从设备主动发起通信连接请求，位移监测主设备同意请求并建立连接通道后，第一位置信息由位移监测从设备发送至位移监测主设备。在步骤三中，在固定时间段内，多点位移监测装置中所有位移监测从设备发起一次通信连接请求并发送位置信息，由位移监测主设备记录存储。在步骤四中，由于北斗短文报存在字长限制，因此位移监测主设备通过处理压缩位置信息数据，生成满足限制条件的北斗短报文数据；在步骤七中，位移监测处理平台中的系统记录多点位移监测装置历史位置信息。

具体的，位置监测处理平台采用服务器或者PC机，所述服务器可以戴尔的R730或者华为服务器。

在实际应用中，可以根据需要在山体、大坝、河岸、集装箱等物体表面布置多组多点位移监测装置，每组多点位移监测装置包含一个位移监测主设备和多个位移监测从设备。位移监测处理平台可接收到所有位移监测从设备和位移监测主设备的位置信息，通过每个设备的位置信息分析物体整体位移情况，减少单个设备的位置信息数据自然漂移产的影响，还可以增加物体整体甚至于三维位移显示，以便提高用户体验度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：包括位移监测主设备和至少一个位移监测从设备，所述位移监测主设备与每个位移监测从设备通信连接，所述位移监测从设备用于采集第一位置信息并传输至所述位移监测主设备，所述位移监测主设备用于采集第二位置信息，以及进行所述第一位置信息和所述第二位置信息的转发；

其中，所述位移监测从设备包括第一控制器、第一无线通信模块、第一电源模块和第一北斗定位模块，所述第一控制器分别连接所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块，所述第一电源模块分别与所述第一控制器、所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块连接并供电；

所述位移监测主设备包括第二控制器、第二无线通信模块、第二电源模块、第二北斗定位模块和北斗通信模块，所述第二控制器分别连接所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块；所述第二电源模块分别与所述第二控制器、所述第二无线通信模块、所述第二北斗定位模块和所述北斗通信模块连接并供电。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述位移监测主设备的北斗通信模块通过北斗系统与位置监测处理平台通信互联，用于将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过短报文传输至所述位置监测处理平台。

3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述第二控制器通过第一串口连接所述北斗通信模块，通过第二串口连接所述第二北斗定位模块，通过第三串口连接所述第二无线通信模块。

4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述第一控制器通过其中一个串口连接所述第一北斗定位模块，通过另一个串口连接所述第一无线通信模块。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述第一控制器和/或所述第二控制器采用STM32F10系列单片机。

6.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块采用蓝牙模块。

7.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：第一北斗定位模块和/或所述第二北斗定位模块采用ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块。

8.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述北斗通信模块采用RD05W3035模块或者GYM2003B模块。

9.根据权利要求8所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述第一电源模块包括第一太阳能电池板、第一蓄电池和第一降压电路，所述第一太阳能电池板连接第一蓄电池，用于为第一蓄电池充电；所述第一降压电路，连接所述第一太阳能电池板或者所述第一蓄电池，用于为所述第一控制器、所述第一无线通信模块和所述第一北斗定位模块供电；

所述第二电源模块包括第二太阳能电池板、第二蓄电池、第二降压电路和第三降压电路；第二太阳能电池板连接第二蓄电池，用于为第二蓄电池充电；所述第二降压电路，连接所述第二太阳能电池板或者所述第二蓄电池，用于为所述第二控制器、所述第二无线通信模块和所述第二北斗定位模块供电；所述第三降压电路连接所述第一太阳能电池板或者所述第一蓄电池，用于为北斗通信模块供电。

10.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的多点位移监测装置，其特征在于：所述位移监测从设备每隔10至50米设置。

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