CN215068566U - 基于数据融合的现地预警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于数据融合的现地预警装置，包括封闭壳体、和以太网通信连接的主处理器、与所述主处理器连接的协处理器、与所述协处理器连接的数据采集单元、与所述主处理器连接的通信单元，以及与所述主处理器连接的报警控制单元，还包括与所述协处理器连接的GPS/BD闭环控制授时单元。本实用新型集数据采集、数据存储、数据分析、数据传输、高精度授时、报警控制、系统状态监控、人机交互等功能于一体，体积小，功耗低，运行稳定，尤其适用于现地预警应用，适用于强震下的地震监测、边界安全管理、结构监测、高铁预警等众多应用场合和领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及地震预警技术领域，具体的说，涉及一种基于数据融合的现地预警装置。
背景技术
地震是一种破坏性极强的自然灾害，尤其是破坏性地震，不仅会造成大面积房屋倒塌、人畜伤亡和交通阻断，还时常诱发海啸、泥石流、滑坡等一系列次生灾害，给人类社会造成了难以抵御的冲击，严重危害人民的生命和财产安全。地震发生时，震源区介质发生急速的破裂和运动形成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。地震预警系统的工作原理就在于可以预先探测到地震发生最初时传播出来的震动较弱的地震波(纵波或P波)，而破坏性的地震波(横波或S波)由于传播速度相对较慢则会延后到达地表。
现地地震预警技术通过在预警目标区域布设一定数量的地震监测仪器，利用在地震发生后，地震纵波先到达预设预警目标区域，而横波随后再到达的原理进行预警。通过现地地震预警技术可以达到在极震区给出预警信号，同时由于只需要在预警目标区域内布设地震监测仪器，因此建设和维护成本较低。作为一种现地预警技术，中国专利CN103033844A公开了一种地震P波检测预警仪，集地震数据采集、存储、分析和报警于一体，单台设备就可实现地震监测和地震P波预警的功能。
但问题在于：1、现有的地震监测系统由于利用地震横波与纵波之间的速度差来实现预警算法，因此预警时间短；2、缺乏其他信息来辅助以实现对地震烈度、破坏性地震波到达时间等地震信息的估计，现有技术很难可靠地对预设预警目标区域发出预警信息。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提出一种基于数据融合的现地预警装置，包括封闭壳体，所述封闭壳体内部设有：和以太网通信连接的主处理器、与所述主处理器连接的协处理器、与所述协处理器连接的数据采集单元、与所述主处理器连接的通信单元、与所述主处理器连接的报警控制单元、与所述主处理器连接的显示屏；其特征在于：所述封闭壳体内部还设有与所述协处理器连接的GPS/BD闭环控制授时单元。
作为改进，所述GPS/BD闭环控制授时单元包括天线、与所述天线连接的GPS/BD接收机、GPS/BD频率输出电路和可控晶振；所述GPS/BD接收机的信号输出端连接所述协处理器，所述协处理器连接所述GPS/BD频率输出电路，所述GPS/BD频率输出电路连接所述可控晶振，所述可控晶振连接所述协处理器。
作为进一步改进，所述数据采集单元由三分向加速度传感器、信号调理电路和三通道数模转换电路组成，所述三分向加速度传感器的信号输出端连接所述信号调理电路后连接所述三通道数模转换电路，所述三通道数模转换电路连接所述协处理器。
作为进一步改进，所述加速度传感器优选为MEMS传感器或力平衡加速度传感器中的任一种。
作为进一步改进，所述报警控制单元由可控光电耦合器、放大器和继电器开关组成，所述可控光电耦合器的第一引脚串接电阻R1后连接5V电压输入端，第二引脚连接所述主处理器，第三引脚串接电阻R2后连接三极管Q1，第四引脚连接所述5V电压输入端；所述Q1的发射极接地，所述Q1的集电极连接整流二极管D1，所述D1的另一端连接24V电压输入端，所述D1与继电器开关K1并联，所述Q1还与电阻R3并联。
作为进一步改进，还包括与所述主处理器连接的系统监控单元，用来实现供电电源检测功能、温度检测功能、存储容量检测功能、运行状态检测功能、网络状态检测功能及授时状态检测功能。
作为进一步改进，还包括与所述主处理器连接的大容量存储器，用来存储所述数据采集单元输出的加速度数据、所述主处理器输出的地震预警数据和所述系统监控单元输出的监测数据。
作为进一步改进，所述封闭壳体两侧还设有安装挡板，所述安装挡板与所述封闭壳体固定连接。
本实用新型集数据采集、数据存储、数据分析、数据传输、高精度授时、报警控制、系统状态监控、人机交互等功能与一体，体积小，功耗低，运行稳定，尤其适用于现地预警应用，适用于强震下的地震监测、边界安全管理、结构监测、高铁预警等众多应用场合和领域。
附图说明
图1、基于数据融合的现地预警装置结构图；
图2、GPS/BD闭环控制授时单元结构图；
图3、数据采集单元结构图；
图4、报警控制单元电路图；
图5、基于数据融合的现地预警装置外观图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步解释本实用新型。
实施例1
如图1所示的基于数据融合的现地预警装置，包括封闭壳体，封闭壳体内部设有：和以太网通信连接的主处理器、与主处理器连接的协处理器、与协处理器连接的数据采集单元、与主处理器连接的通信单元、与主处理器连接的报警控制单元、与主处理器连接的显示屏；封闭壳体内部还设有与协处理器连接的GPS/BD闭环控制授时单元。
装置内置多观测手段数据融合算法，各装置之间具备智能自组网功能，通过内置自组网节点解算算法，实现现地预警技术中地震识别、烈度计算、预警发布、交互通信能力。
实施例2
与以上实施例不同在于，GPS/BD闭环控制授时单元如图2所示，包括天线、与天线连接的GPS/BD接收机、GPS/BD频率输出电路和可控晶振；GPS/BD接收机的信号输出端连接协处理器，协处理器连接GPS/BD频率输出电路，GPS/BD频率输出电路连接可控晶振，可控晶振连接协处理器。
协处理器根据GPS/BD接收到的卫星时间，通过闭环控制进行时间调整和授时同步。
实施例3
与以上实施例不同在于，数据采集单元结构如图3，由三分向加速度传感器、信号调理电路和三通道数模转换电路组成，所述三分向加速度传感器的信号输出端连接所述信号调理电路后连接所述三通道数模转换电路，所述三通道数模转换电路连接所述协处理器。
加速度传感器的三个分向在空间正交，传感器敏感方向与壳体上标识指向一致；三分向加速度传感器输出端与信号调理电路相连，信号调理电路与三通道数据采集电路相连，三通道数据采集电路与协处理器相连；三分向加速度传感器输出信号经过信号调理电路和三通道数据采集电路后，将三分向加速度传感器输出的模拟信号转换成数字信号后，送给协处理器进行处理。信号调理电路对三分向加速度传感器输出信号进行信号滤波、放大处理。
实施例4
与以上实施例不同在于，加速度传感器优选为MEMS传感器或力平衡加速度传感器中的任一种。
实施例5
与以上实施例不同在于，报警控制单元的电路如图4，报警控制单元由可控光电耦合器、放大器和继电器开关组成，可控光电耦合器的第一引脚串接电阻R1后连接5V电压输入端，第二引脚连接主处理器，第三引脚串接电阻R2后连接三极管Q1，第四引脚连接5V电压输入端；Q1的发射极接地，Q1的集电极连接整流二极管D1，D1的另一端连接24V电压输入端，D1与继电器K1并联，Q1还与电阻R3并联。
报警控制单元用于IO口控制，当装置综合处理后的值达到预警阈值，发出报警控制信号，并将报警控制信号通过IO接口与外部装置通信。
实施例6
与以上实施例不同在于，还包括与主处理器连接的系统监控单元，用来实现供电电源检测功能、温度检测功能、存储容量检测功能、运行状态检测功能、网络状态检测功能及授时状态检测功能。
实施例7
与以上实施例不同在于，还包括与主处理器连接的大容量存储器，用来存储数据采集单元输出的加速度数据、主处理器输出的地震预警数据和系统监控单元输出的监测数据。
实施例8
装置的外观如图5，其中封闭壳体两侧还设有安装挡板，安装挡板与壳体固定连接。用于现场安装。
当该装置工作时，通过数据采集单元、通信单元、GPS/BD闭环控制授时单元共同完成信号采集步骤：
震动信号采集数据采集单元实时采集加速度信号并传输给协处理器；
网络信号采集通讯单元从以太网采集网络信号，并传输给主处理器；
钟频信号采集GPS/BD闭环控制授时单元的天线从GPS和BD卫星系统采集卫星信号并发送给所述GPS/BD接收机，所述GPS/BD接收机接收所述卫星信号并转换为钟频信号发送给所述协处理器。
协处理器完成数据处理：
信号处理步骤：
协处理器基于多观测手段融合算法，对采集到的信号或通过网络接收到的预警参数进行综合处理得到处理结果；
优选地，还包括以下步骤：
可控晶振输出晶振时钟信号给协处理器；
协处理器处理来自GPS/BD的钟频信号和晶振时钟信号，并输出标准钟频信号给GPS/BD频率输出电路；
GPS/BD频率输出电路根据标准钟频信号对可控晶振进行调节；
信号输出步骤：
协处理器将所述处理结果输出给主处理器，主处理器根据处理结果选择性触发报警控制单元。
术语“处理器”包括可编程处理器、计算机或者多重处理器或者多重计算机。例如，FPGA(现场可编程门阵列)或者ARM(精简指令集器)。
本说明书中描述的主题的实施方式和功能性操作可以通过使用：数字电子电路，有形实施的计算机软件或者固件，计算机硬件，包括本说明书中公开的结构及其结构等同体，或者上述中的一者以上的组合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的操作。
计算机程序(还可以被称为或者描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或者代码)可以以任意形式的编程语言而被写出，包括编译语言或者解释语言或者声明性语言或过程式语言，并且计算机程序可以以任意形式展开，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子程序或者适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必须对应于文件系统中的文件。程序可以被存储在保存其他程序或者数据的文件的一部分中。
适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失存储器、介质和存储器装置，作为实例，包括：半导体存储器装置，例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置；磁盘，例如，内置硬盘或者可移动磁盘；磁光盘；CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以补充或者并入至专用逻辑电路。
本说明书中描述的主题的实施方式可以在计算系统中实施，该计算系统包括例如数据服务器这样的后端组件，或者包括例如应用服务器这样的中间组件，或者包括例如客户端计算机这样的前端组件，该客户端计算机具有图形用户界面或者网络浏览器，用户可以通过图形用户界面或者网络浏览器而与本说明书中描述的主题的实施进行交互，或者该计算机系统包括一个或多个这种后端组件、中间组件或者前端组件的任意组合。系统中的组件可以通过例如通信网络的任意形式或介质的数字数据通信而互相连接。通信网络的实例包括局域网络(“LAN”)和广域网络(“WAN”)，例如，因特网。计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络而交互。客户端与服务器之间的关系利用在各自的计算机上运行并且具有彼此之间的客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求的组合可以转向子组合或者子组合的变形。
已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。例如，在权利要求中记载的活动可以以不同的顺序执行并且仍旧实现期望的结果。作为一个实例，为了实现期望的结果，附图中描述的处理不必须要求示出的特定顺序或者顺序次序。在特定实现中，多任务处理和并行处理可以是有优势的。
Claims (8)
1.一种基于数据融合的现地预警装置，包括封闭壳体，所述封闭壳体内部设有：和以太网通信连接的主处理器、与所述主处理器连接的协处理器、与所述协处理器连接的数据采集单元、与所述主处理器连接的通信单元、与所述主处理器连接的报警控制单元、与所述主处理器连接的显示屏；其特征在于：所述封闭壳体内部还设有与所述协处理器连接的GPS/BD闭环控制授时单元。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述GPS/BD闭环控制授时单元包括天线、与所述天线连接的GPS/BD接收机、GPS/BD频率输出电路和可控晶振；所述GPS/BD接收机的信号输出端连接所述协处理器，所述协处理器连接所述GPS/BD频率输出电路，所述GPS/BD频率输出电路连接所述可控晶振，所述可控晶振连接所述协处理器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据采集单元由三分向加速度传感器、信号调理电路和三通道数模转换电路组成，所述三分向加速度传感器的信号输出端连接所述信号调理电路后连接所述三通道数模转换电路，所述三通道数模转换电路连接所述协处理器。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述加速度传感器为MEMS传感器或力平衡加速度传感器。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述报警控制单元由可控光电耦合器、放大器和继电器开关组成，所述可控光电耦合器的第一引脚串接电阻R1后连接5V电压输入端，第二引脚连接所述主处理器，第三引脚串接电阻R2后连接三极管Q1，第四引脚连接所述5V电压输入端；所述Q1的发射极接地，所述Q1的集电极连接整流二极管D1，所述D1的另一端连接24V电压输入端，所述D1与继电器开关K1并联，所述Q1还与电阻R3并联。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括与所述主处理器连接的系统监控单元，用来实现供电电源检测功能、温度检测功能、存储容量检测功能、运行状态检测功能、网络状态检测功能及授时状态检测功能。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括与所述主处理器连接的大容量存储器，用来存储所述数据采集单元输出的加速度数据、所述主处理器输出的地震预警数据和所述系统监控单元输出的监测数据。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述封闭壳体两侧还设有安装挡板，所述安装挡板与所述封闭壳体固定连接。
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