CN218918228U - 一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，包括倾角采集模块、振动采集模块、加速度采集模块、地声采集模块、第一裂缝采集模块、第二裂缝采集模块、声光报警模块、数据处理传输中心和雨量采集模块；本实用新型采集崩塌岩石的倾角、加速度、振动、地声、裂缝宽度的位移和气象等多元化参数，并将数据传输至数据处理传输中心，并在数据处理传输中心融合了联动触发机制，当监测参数中的某一项达到阈值时，数据处理传输中心会请求数据采集子模块全部的监测参数，达到联动监测目的。通过通讯子模块将监测数据传输至云服务器，云服务器通过对数据进行处理和判别，发布相应的预警信息。

Description

一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置

技术领域

本实用新型属于地质灾害监测仪器装置研发技术领域，具体涉及一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置。

背景技术

崩塌灾害是我国常见的自然灾害之一，是陡峻斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体，迅速崩落滚动，而后堆积在坡脚或沟谷。崩塌有时会砸毁、掩埋房屋和其他工程设施，危害人类生命财产安全。崩塌监测就是技术监测崩塌形变过程中内部动力学参数和外部致灾因子的变化情况，结合合适的预警预报模型，预测山体崩塌的趋势，在崩塌灾害发生前通过现场或远程发布预警信息，避免造成生命财产损失。

我国地理环境复杂、人口密度较大，崩塌灾害在矿山中占有很大一部分。由于崩塌具有突发性、隐蔽性的特点，其对矿山危害很大，又是可能摧毁厂房、矿山设施和其他地面建筑等，同时造成人员伤亡。我国几乎所有的矿山都不同程度地遭受崩塌、滑坡、泥石流等灾害威胁。这些山地地质灾害在某种程度上已经成为影响矿山建设和矿产开发的“公害”，特别是对于露天矿山威胁更大。此外，崩塌灾害发生时会破坏交通干线，使运输存在重大安全隐患和造成重大经济损失。从过去的人工监测到现在的自动化监测，我国的检测技术取得了一系列进展。但是对于崩塌灾害的监测，目前采集传感器设备单一、监测设备不便携。因此，如何在复杂山区的崩塌灾害发生前对其内在动力学和静力学参数进行准确监测，是崩塌灾害准确预警的前提。此外，在复杂山区环境中，传统的监测设备体积大和数据传输频率较大，不能满足在物联网时代复杂山区崩塌灾害实时监测预警和防治的需求，不便于现场安装和早期实时预警。因此，如何解决在复杂山区环境中监测装置的便携性和对数据获取的联动性是仍需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置解决了现有的崩塌监测装置功耗高和设备体积较大的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，包括倾角采集模块、振动采集模块、加速度采集模块、地声采集模块、第一裂缝采集模块、第二裂缝采集模块、声光报警模块、数据处理传输中心和雨量采集模块；

其中，所述倾角采集模块、振动采集模块、加速度采集模块、地声采集模块、第一裂缝采集模块、第二裂缝采集模块、声光报警模块和雨量采集模块均与所述数据处理传输中心通信连接。

进一步地：所述倾角采集模块、振动采集模块和加速度采集模块均设置于崩塌体的倾倒体上，所述地声采集模块设置于崩塌体的倾倒体上易滑落位置，所述第一裂缝采集模块和第二裂缝采集模块均设置于所述崩塌体的倾倒体与崩塌体的母体之间的裂缝上，所述声光报警模块和数据处理传输中心均设置于用户居住区域中，所述雨量采集模块设置于崩塌体区域中。

进一步地：所述倾角采集模块、振动采集模块、加速度采集模块、地声采集模块、第一裂缝采集模块、第二裂缝采集模块和雨量采集模块均设置有第一供电单元子模块、数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块；

其中，所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块依次连接，所述第一供电单元子模块分别与所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块连接。

进一步地：所述第一供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第一主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

上述进一步方案的有益效果为：采用BQ24650作为电源管理电路，在阳光充足的情况下采用太阳能进行供电并给锂电池充电，在光照弱的环境中采用锂电池进行供电。

进一步地：所述倾角采集模块的数据采集子模块具体为倾角传感器，所述倾角传感器的型号具体为MK126M；

所述振动采集模块的数据采集子模块具体为振动传感器，所述振动传感器的型号具体为LH-ST-485；

所述加速度采集模块的数据采集子模块具体为加速度传感器，所述加速度传感器的型号具体为WT901C485；

所述地声采集模块的数据采集子模块具体为地声传感器，所述地声传感器的型号具体为RT-2030-485；

所述第一裂缝采集模块和第二裂缝采集模块的数据采集子模块均为位移传感器，所述位移传感器的型号具体为IGT-1800-485型；

所述雨量采集模块的数据采集子模块具体为雨量传感器，所述加速度传感器的型号具体为PH-YL-2。

进一步地：所述传输单元子模块的型号具体为EC600N。

进一步地：所述数据处理传输中心包括第二供电单元子模块、数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块；

其中，所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块依次连接，所述第二供电单元子模块分别与所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块连接；所述通讯子模块还与所述传输单元子模块连接；

所述第二供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第二主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

进一步地：所述通讯子模块设置有接口控制芯片，所述接口控制芯片的型号具体为E32-433T30S。

进一步地：所述声光报警模块设置有声光报警喇叭，所述声光报警喇叭的型号具体为HC-103。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采集崩塌岩石的倾角、加速度、振动、地声、裂缝宽度的位移和气象等多元化参数，并将数据传输至数据处理传输中心，并在数据处理传输中心融合了联动触发机制，当监测参数中的某一项达到阈值时，数据处理传输中心会请求数据采集子模块全部的监测参数，达到联动监测目的。通过通讯子模块将监测数据传输至云服务器，云服务器通过对数据进行处理和判别，发布相应的预警信息。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图。

图2为本实用新型系统的实际安装示意图。

图3为本实用新型的电源管理电路原理图。

图4为本实用新型的数据采集子模块的电路原理图。

图5为本实用新型的接口控制芯片的电路原理图。

其中：1、倾角采集模块；2、振动采集模块；3、加速度采集模块；4、地声采集模块；5、崩塌体的倾倒体；6、第一裂缝采集模块；7、崩塌体的母体；8、第二裂缝采集模块；9、声光报警模块；10、数据处理传输中心；11、雨量采集模块。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，包括倾角采集模块1、振动采集模块2、加速度采集模块3、地声采集模块4、第一裂缝采集模块6、第二裂缝采集模块8、声光报警模块9、数据处理传输中心10和雨量采集模块11；

其中，所述倾角采集模块1、振动采集模块2、加速度采集模块3、地声采集模块4、第一裂缝采集模块6、第二裂缝采集模块8、声光报警模块9和雨量采集模块11均与所述数据处理传输中心10通信连接。

倾角采集模块1用于采集崩塌岩石的倾角形变信息，振动采集模块2用于采集崩塌岩石的内部振动信息，计算其固有振动频率，加速度采集模块3用于采集崩塌岩石的内部加速突变信息，地声采集模块4用于采集崩塌岩石的内部损伤信号，第一裂缝采集模块6和第二裂缝采集模块8用于采集崩塌岩石与母体之间的位移形变，雨量采集模块11用于采集崩塌灾害体所处区域的雨量信息，数据处理传输中心10用于接收倾角采集模块1、振动采集模块2、加速度采集模块3、地声采集模块4、第一裂缝采集模块6、第二裂缝采集模块8和雨量采集模块11采集的数据，同时监控采集数据是否超过设定的阈值。

如图2所示，所述倾角采集模块1、振动采集模块2和加速度采集模块3均设置于崩塌体的倾倒体5上，所述地声采集模块4设置于崩塌体的倾倒体5上易滑落位置，所述第一裂缝采集模块6和第二裂缝采集模块8均设置于所述崩塌体的倾倒体5与崩塌体的母体7之间的裂缝上，所述声光报警模块9和数据处理传输中心10均设置于用户居住区域中，所述雨量采集模块11设置于崩塌体区域中。

所述倾角采集模块1、振动采集模块2、加速度采集模块3、地声采集模块4、第一裂缝采集模块6、第二裂缝采集模块8和雨量采集模块11均设置有第一供电单元子模块、数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块；

其中，所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块依次连接，所述第一供电单元子模块分别与所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块连接。

所述第一供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第一主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

在本实施例中，第一主控单元子模块用于接收数据采集子模块采集的数据，并将其通过传输单元子模块发送至数据处理传输中心10。

采用BQ24650作为电源管理芯片，电源管理电路如图3所示，在阳光充足的情况下采用太阳能进行供电并给锂电池充电，在光照弱的环境中采用锂电池进行供电。

所述倾角采集模块1的数据采集子模块具体为倾角传感器，所述倾角传感器的型号具体为MK126M；

在本实施例中，倾角采集模块1的数据采集子模块的电路原理图如图4所示。

所述振动采集模块2的数据采集子模块具体为振动传感器，所述振动传感器的型号具体为LH-ST-485；

所述加速度采集模块3的数据采集子模块具体为加速度传感器，所述加速度传感器的型号具体为WT901C485；

所述地声采集模块4的数据采集子模块具体为地声传感器，所述地声传感器的型号具体为RT-2030-485；

所述第一裂缝采集模块6和第二裂缝采集模块8的数据采集子模块均为位移传感器，所述位移传感器的型号具体为IGT-1800-485型；

所述雨量采集模块11的数据采集子模块具体为雨量传感器，所述加速度传感器的型号具体为PH-YL-2。

所述传输单元子模块的型号具体为EC600N。其通过标准地灾MQTT协议与物联网平台之间进行连接，并将各项监测数据通过标准协议字段进行上报，并支持远程命令交互，获取相应传感状态和监测数据。在现场无网络的情况下可以将数据进行保存，并在有网时间段进行传输。此外，其保存设备正常运行的各项参数，在设备断电时能够自主读取，其通过IIC和主控单元进行通信。

所述数据处理传输中心10包括第二供电单元子模块、数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块；

其中，所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块依次连接，所述第二供电单元子模块分别与所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块连接；所述通讯子模块还与所述传输单元子模块连接；

所述第二供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第二主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

所述通讯子模块设置有接口控制芯片，所述接口控制芯片的型号具体为E32-433T30S，接口控制芯片的电路原理图如图5所示。

所述声光报警模块9设置有声光报警喇叭，所述声光报警喇叭的型号具体为HC-103。

在本实施例中，第二主控单元子模块对通讯子模块接收的数据进行处理和分析，并内置联动触发机制，主要原理为判断当前接收的数据是否达到阈值，如果判断为是，则下发指令获取当前局域组网内的所有数据采集子模块采集的数据进行上报；如果没有达到阈值，则上报当前接收的数据信息，其中每个数据采集子模块采集数据的阈值信息可远程修改。

本实用新型系统的工作过程具体为：倾角采集模块1、振动采集模块2、加速度采集模块3、地声采集模块4、第一裂缝采集模块6、第二裂缝采集模块8和雨量采集模块11通过传输单元子模块将采集的数据传输至数据处理传输中心10，判断当前接收的数据是否达到阈值，若是，则下发指令获取当前局域组网内的所有数据采集子模块采集的数据进行上报，并开启声光报警模块9进行警报；若否，则上报当前接收的数据信息，其中每个数据采集子模块采集数据的阈值信息可远程修改。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采集崩塌岩石的倾角、加速度、振动、地声、裂缝宽度的位移和气象等多元化参数，并将数据传输至数据处理传输中心10，并在数据处理传输中心10融合了联动触发机制，当监测参数中的某一项达到阈值时，数据处理传输中心10会请求节点全部的监测参数，达到联动监测目的。通过通讯子模块将监测数据传输至云服务器，云服务器通过对数据进行处理和判别，发布相应的预警信息。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (9)

1.一种基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，包括倾角采集模块(1)、振动采集模块(2)、加速度采集模块(3)、地声采集模块(4)、第一裂缝采集模块(6)、第二裂缝采集模块(8)、声光报警模块(9)、数据处理传输中心(10)和雨量采集模块(11)；

其中，所述倾角采集模块(1)、振动采集模块(2)、加速度采集模块(3)、地声采集模块(4)、第一裂缝采集模块(6)、第二裂缝采集模块(8)、声光报警模块(9)和雨量采集模块(11)均与所述数据处理传输中心(10)通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述倾角采集模块(1)、振动采集模块(2)和加速度采集模块(3)均设置于崩塌体的倾倒体(5)上，所述地声采集模块(4)设置于崩塌体的倾倒体(5)上易滑落位置，所述第一裂缝采集模块(6)和第二裂缝采集模块(8)均设置于所述崩塌体的倾倒体(5)与崩塌体的母体(7)之间的裂缝上，所述声光报警模块(9)和数据处理传输中心(10)均设置于用户居住区域中，所述雨量采集模块(11)设置于崩塌体区域中。

3.根据权利要求1所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述倾角采集模块(1)、振动采集模块(2)、加速度采集模块(3)、地声采集模块(4)、第一裂缝采集模块(6)、第二裂缝采集模块(8)和雨量采集模块(11)均设置有第一供电单元子模块、数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块；

其中，所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块依次连接，所述第一供电单元子模块分别与所述数据采集子模块、第一主控单元子模块和传输单元子模块连接。

4.根据权利要求3所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述第一供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第一主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

5.根据权利要求3所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述倾角采集模块(1)的数据采集子模块具体为倾角传感器，所述倾角传感器的型号具体为MK126M；

所述振动采集模块(2)的数据采集子模块具体为振动传感器，所述振动传感器的型号具体为LH-ST-485；

所述加速度采集模块(3)的数据采集子模块具体为加速度传感器，所述加速度传感器的型号具体为WT901C485；

所述地声采集模块(4)的数据采集子模块具体为地声传感器，所述地声传感器的型号具体为RT-2030-485；

所述第一裂缝采集模块(6)和第二裂缝采集模块(8)的数据采集子模块均为位移传感器，所述位移传感器的型号具体为IGT-1800-485型；

所述雨量采集模块(11)的数据采集子模块具体为雨量传感器，所述加速度传感器的型号具体为PH-YL-2。

6.根据权利要求3所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述传输单元子模块的型号具体为EC600N。

7.根据权利要求3所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述数据处理传输中心(10)包括第二供电单元子模块、数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块；

其中，所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块依次连接，所述第二供电单元子模块分别与所述数据接收子模块、第二主控单元子模块和通讯子模块连接；所述通讯子模块还与所述传输单元子模块连接；

所述第二供电单元子模块包括相互连接的电源管理芯片和锂电池，所述电源管理芯片的型号具体为BQ24650，所述第二主控单元子模块设置有单片机芯片，所述单片机芯片的型号具体为STM32L431。

8.根据权利要求7所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述通讯子模块设置有接口控制芯片，所述接口控制芯片的型号具体为E32-433T30S。

9.根据权利要求7所述的基于多元传感和联动触发的崩塌监测装置，其特征在于，所述声光报警模块(9)设置有声光报警喇叭，所述声光报警喇叭的型号具体为HC-103。

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