一种多信道双频面波自动采集站及采集系统的制作方法

1.本发明涉及物探技术领域和物联网技术领域，具体是一种多信道双频面波自动采集站及采集系统。


背景技术：

2.目前，针对面波采集数据信息大数据量传输的物探检测应用中，原有有线数据传输方式多因受到地形或环境条件的影响，无法正常进行，而现有的无线数据网络系统通常使用的单射频架构无线数据节点、单信道网络协议，不能很好解决面波采集信息大数据量传输时遇到的网络吞吐量受限、实时传输难等瓶颈问题，并且在无线数据网络中，各数据采集节点在其发送、接收与处理数据的过程中很容易受其他因素的干扰，情况严重的时候甚至会使整个无线数据网络在数据传输及处理过程中出现错误，进而影响了整体通信的准确性和可靠性。同时，检测网络的采集同步、检测数据的高效中转传输、降低采集节点受外界干扰等也是需要研究解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种多信道双频面波自动采集站及采集系统，可实现对高频面波检波器和低频面波检波器的数据采集，数据采集节点能够通过gprs、lora等不同的信道传输数据，减轻了各采集节点之间对其他节点的干扰，提升通信质量，能够保证无线数据传输的准确性和可靠性。
4.为实现上述目的，本发明提出了一种多信道双频面波自动采集站，包括：
5.壳体，所述壳体内设有主控芯片单元、以及与主控芯片单元电性连接的高频面波检波器接口模块、低频面波检波器接口模块、串行数据接口模块、数据存储单元、北斗定位芯片、gprs数据网络信道通信模块、lora信道通信模块、gnss板卡接口模块和供电模块；
6.所述高频面波检波器接口模块、低频面波检波器接口模块分别用于与多个面波检波器连接，以获取基于模拟电压信号传送的面波检波器采集数据；
7.所述串行数据接口模块用于与外接参数配置电脑连接，以获取基于串口协议传送的采集站配置参数数据，和/或采集站数据存储单元中存储数据；
8.所述北斗定位芯片用于接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息；
9.所述北斗gnss板卡接口模块用于与外部北斗gnss高精度定位板卡连接组成北斗gnss基站；
10.所述主控芯片单元用于：基于所述gprs数据网络信道通信模块通过运营商网络向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据，基于所述lora信道通信模块通过无线自组网网络向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据。
11.可选地，所述主控芯片单元包括采用arm架构的mcu芯片，所述mcu芯片对所述外部gnss高精度定位板卡输出的观测量信息的采集频率大于等于1hz，向所述远端监控接收装
置的传输时延小于等于60s；
12.所述mcu芯片能够同时对4个所述高频面波检波器和4个所述低频面波检波器进行数据采集，且对所述高频面波检波器、低频面波检波器的采集频率小于等于1次/秒，向所述远端监控接收装置的传输时延小于等于60s。
13.可选地，所述串行数据接口模块包括一个rs
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232接口。
14.可选地，所述gprs数据网络信道通信模块包括全网通4g模块和全网通5g模块。
15.可选地，还包括设置于所述壳体外部的北斗卫星定位天线、gprs数据信号收发天线、lora数据收发天线，所述北斗卫星定位天线与所述北斗定位芯片连接，所述gprs数据信号收发天线与所述gprs数据网络信道通信模块连接,所述lora数据信号收发天线与所述lora信道通信模块连接。
16.本发明还提出一种多信道双频面波采集系统，包括远端监控接收装置以及至少一个所述的多信道双频面波自动采集站，多信道双频面波自动采集站与远端监控接收装置通信连接。
17.可选地，所述远端监控接收装置包括时间同步模块、远程控制模块、实时数据展示模块、存储数据查看模块、数据导出模块、地图显示模块；
18.所述时间同步模块用于对所述多信道双频面波自动采集站的不同传输信道进行时间同步；
19.所述远程控制模块采用分时传输机制控制所述多信道双频面波自动采集站对传感器数据进行分时传送；
20.所述实时数据展示模块，用于通过数据列表形式，将各采集站点的实时采集面波数据进行展现；
21.所述存储数据查看模块，用于对所选定采集站点按指定时间范围数据进行列表展示，展示的内容包括：采集时间、数据信息、位置坐标、电压、信号强度；
22.所述数据导出模块，用于对所选定采集站点按指定时间范围调取查看的数据进行excel、txt格式数据导出；
23.所述地图显示模块，用于将整体采集站点位置分布情况，及各采集站点所在具体定位信息在地图上进行展示。
24.可选地，所述远端监控接收装置对双频面波检波器的采集数据存储要求不小于1次/秒，采集节点个数不小于50个，数据存储时间为不小于5年。
25.本发明的有益效果在于：
26.1、本发明的多信道双频面波自动采集站通过集成gprs数据网络信道通信模块、北斗rdss信道通信模块和lora信道接口模块，面波检波器采集数据可以通过运营商4g、5g网络、lora无线自组网等多种形式向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据，实现了双频面波检波器数据信息采集、多信道的传输方式，实现了大数据量的高效传输，大大降低了节点受外界干扰的概率，有效地提升通信质量，保证无线数据传输的准确性和可靠性；通过北斗定位芯片接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息，实现多信道时间同步和数据采集的同步；通过北斗gnss板卡接口模块，能够与外部北斗gnss高精度定位板卡连接，实现北斗gnss基站功能，可以满足高精度定位。
27.2、本发明的信道双频面波自动采集系统基于多信道双频面波自动采集站，能够实
现使各节点在其发送、接收与处理数据的过程中减少受其他因素的干扰，有效降低整个无线数据传输及处理过程中出现错误的概率，使无线数据传输内部各采集节点能够通过不同的信道传输数据，减轻了各节点之间对其他节点的干扰、有效地提升通信质量，能够保证无线数据传输的准确性和可靠性；信息采集系统可同时采集多个高频和低频面波检波器的数据资料，同时基于北斗三号全球卫星导航系统的定位、授时两大功能，能够适用于需要传输大量数据时具有良好的数据采集同步效果；北斗gnss板卡接口模块用于与外部北斗gnss高精度定位板卡连接组成北斗gnss基站，能够适用于对采集点进行高精度定位。
28.本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
29.图1是本发明多信道双频面波自动采集站其中一个实施例的结构示意图。
30.图中：1
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主控芯片单元，2
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高频面波检波器接口模块，3
‑
低频面波检波器接口模块，4
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串口接口，5
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数据存储单元，6
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北斗定位芯片，7
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gprs数据网络信道通信模块，8
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lora信道通信模块，9
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北斗gnss板卡接口模块，10
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供电模块。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
32.如图1所示，本发明实施例提供一种多信道双频面波自动采集站，包括：
33.壳体，壳体内设有主控芯片单元1、以及与主控芯片单元1电性连接的高频面波检波器接口模块2、低频面波检波器接口模块3、串行数据接口模块4、数据存储单元5、北斗定位芯片6、gprs数据网络信道通信模块7、lora信道通信模块8、北斗gnss板卡接口模块9和供电模块10；
34.高频面波检波器接口模块2、低频面波检波器接口模块3分别用于与多个面波检波器连接，以获取基于模拟电压信号传送的面波检波器采集数据；
35.串行数据接口模块4用于与外接参数配置电脑连接，以获取基于串口协议传送的采集站配置参数数据，以及采集站数据存储单元5中存储的数据；
36.北斗定位芯片6用于接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息；
37.北斗gnss板卡接口模块9用于与外部北斗gnss高精度定位板卡连接组成北斗gnss基站；
38.主控芯片单元1用于基于gprs数据网络信道通信模块7通过运营商4g或5g等移动通信网络向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据，还用于基于lora信道通信模块8通过无线自组网络向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据。
39.具体地，通过集成gprs数据网络信道通信模块7、lora信道通信模块8，面波检波器
采集数据可以通过运营商4g、5g网络、lora自组网向远端监控接收装置传送面波检波器采集数据，实现了高频面波检波器采集数据和低频面波检波器采集数据的双频数据信息的采集、多种信道的传输方式，实现了大数据量的高效传输，大大降低了节点受外界干扰的概率，有效地提升通信质量，保证无线数据传输的准确性和可靠性；通过北斗定位芯片6接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息，实现多信道时间同步和数据采集的同步；通过北斗gnss板卡接口模块9，能够与外部gnss高精度定位板卡连接，实现北斗gnss基站功能，可以满足高精度定位。
40.进一步地，基于gprs数据网络信道通信模块7、lora信道通信模块8，使采集站同时具备运营商网络通信功能、lora无线自组网网络的多信道传输模式。可以根据网络数据实时吞吐量，选择单信道、多信道等多种不同的方式传送面波检波器采集数据，能够灵活调整数据的传送模式，有效解决现有单信道数据传输的干扰以及大数据量传输网络吞吐受限的问题，满足大数据量实时高效传输的应用需求。基于北斗gnss板卡接口模块9与外部北斗gnss高精度定位板卡连接实现北斗gnss基站功能，能够基于北斗三号全球卫星导航系统提供的差分定位技术监测毫米级别位置变化，基于此高精度的监测精度可以用于滑坡、沉降、等变形地质灾害预报监测领域，实现全天候24小时的实时位移监测。
41.本实施例中，主控芯片单元1可采用arm架构的mcu芯片；mcu芯片对外部北斗gnss高精度定位板卡输出的观测量信息的采集频率大于等于1hz，向远端监控接收装置的传输时延小于等于60s；
42.mcu芯片能够同时对4个高频面波检波器和4个低频面波检波器进行数据采集，且对高频面波检波器、低频面波检波器的采集频率小于等于1次/秒，向远端监控接收装置的传输时延小于等于60s。
43.具体地，可以将主控芯片单元1(mcu芯片)、高频面波检波器接口模块2、低频面波检波器接口模块3、串行数据接口模块4、数据存储单元5、北斗定位芯片6、gprs数据网络信道通信模块7、lora信道通信模块8、北斗gnss板卡接口模块9集成在电路板上，通过电路设计实现高频面波检波器接口模块2、低频面波检波器接口模块3、串行数据接口模块4、数据存储单元5、北斗定位芯片6、gprs数据网络信道通信模块7、lora信道通信模块8、北斗gnss板卡接口模块9与mcu芯片的电连接，并在主控芯片单元1内集成基于arm架构的软件控制系统，能够满足单采集站对外部高频、低频面波检波器的采集能力分别可达4个，本地数据的存储能力不小于20万条；对外部面波检波器的采集频度不超过1次/秒，传输时延不大于60s，对外部高精度北斗gnss板卡输出的观测量信息的采集频度为不小于1hz，传输时延不大于60s等数据采集和传输性能。本实施例中，数据存储单元5为闪存芯片或者sd卡，本实施例的数据存储单元5满足本地数据存储能力不小于20万条；北斗定位芯片6可以选择现有的ublox、adi、mtk等高精度定位芯片，供电模块10选择蓄电池，可外接太阳能板。
44.本实施例中，高频面波检波器接口模块2、低频面波检波器接口模块3各设置一个接口。
45.具体地，高频、低频面波检波器接口用于分别与多个高频、低频面波检波器连接，以获取基于模拟电压信号传送的面波检波器采集数据，使采集站具备同时采集高频面波检波器和低频面波检波器的双频面波采集数据处理功能；本实施例优选能够同时连接高频面波检波器4个，低频面波检波器4个。
46.本实施例中，串行数据接口模块4可采用rs
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232接口4。具体地，通过集成rs
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232接口，采集站具备一路rs232接口通信能力。通过对该串口的设置，能够用于与外接参数配置电脑连接，以获取基于串口协议传送的采集站配置参数数据，和/或，采集站数据存储单元5中存储数据。
47.本实施例中，gprs数据网络信道通信模块7包括全网通4g模块和全网通5g模块，使采集站具备全网通4g、5g的信息通信功能。
48.本实施例中，还包括设置于壳体外部的北斗卫星定位天线、gprs数据信号收发天线、lora数据信号收发天线，北斗卫星定位天线与北斗定位芯片6连接，gprs数据信号收发天线与gprs数据网络信道通信模块7连接，lora数据信号收发天线与lora信道通信模块8连接。
49.本发明实施例还提出一种多信道双频面波采集系统，包括上述多信道双频面波自动采集站以及与多信道双频面波自动采集站通信连接的远端监控接收装置。
50.其中，远端监控接收装置包括时间同步模块、远程控制模块、实时数据展示模块、存储数据查看模块、数据导出模块和地图显示模块；
51.所述时间同步模块，用于对多信道双频面波自动采集站的不同传输信道进行时间同步；
52.所述远程控制模块，用于采用分时传输机制控制多信道双频面波自动采集站对面波检波器采集数据进行分时传送；
53.所述实时数据展示模块，用于通过数据列表形式，把各采集站点的实时采集面波数据进行展现。可直观了解当前采集站设备运行情况，对现场所有采集站点设备当前运行情况是否正常一目了然，及时对问题采集站点设备做好处理工作，同时，列表也支持自动排序和序号滚动功能，更方便多采集站点设备运行情况的查看和管理。
54.所述存储数据查看模块，用于对所选定采集站点按指定时间范围数据进行列表展示。该展示表中数据内容比较全面，包括：采集时间、数据信息、位置坐标、电压、信号强度等，为最原始的采集站点设备上报报文记录。
55.所述数据导出模块，用于对所选定采集站点按指定时间范围调取查看的数据进行excel、txt格式数据导出。常用于数据的核查或后期数据处理。
56.所述地图显示模块，用于详细了解整体采集站点位置分布情况，及各采集站点所在具体定位信息，并在地图上进行展示，更直观了解各采集站点所在地理位置，为后期数据处理分析判断提供参考依据。
57.具体实施过程中，可根据实际检测需求设置多个采集站，例如不少于10个，组成面波数据采集系统，通过开发设计平台软件、硬件和人机交互界面，并在人机交互界面集成时间同步模块、远程控制模块、实时数据展示模块、存储数据查看模块数据导出模块和地图显示模块等功能模块，进而使远端监控接收装置具备：接收运营商4g、5g信道传送的双频面波检波器采集数据、接收lora自组网信道传送的双频面波检波器采集数据、对采集节点的远程控制、数据存储、与采集控制器配合实现采集站双频面波检波器采集数据实时图形化的查看、存储数据查看、excel、txt格式数据导出和采集站点精确地图定位显示等功能。在一个具体应用场景中，远端监控接收装置能够满足：对双频面波检波器的采集数据存储要求不小于1次/秒；采集节点个数不小于50个；数据存储时间为不小于5年。
58.本发明的面波数据采集系统基于多信道双频面波自动采集站，能够实现使各节点在其发送、接收与处理数据的过程中减少受其他因素的干扰，有效降低整个无线数据网络传输及处理过程中出现错误的概率，使无线数据网络内部各采集节点能够通过不同的信道传输数据，减轻了各节点之间对其他节点的干扰、有效地提升通信质量，能够保证无线数据网络的准确性和可靠性；信息采集系统可同时采集多个高频和低频面波检波器的数据资料，同时基于北斗三号全球卫星导航系统的定位、授时两大功能，能够适用于需要传输大量数据时具有良好的数据采集同步效果；北斗gnss板卡接口模块用于与外部北斗gnss高精度定位板卡连接组成北斗gnss基站，能够适用于对采集点进行高精度定位。
59.本发明的多信道双频面波自动采集站及信息采集系统，可以适用于：
60.1、面波数据信息实时采集
61.物探检测领域中，采集站可通过高频面波检波器和低频面波检波器同时采集同一检测测点处的高频和低频面波信息数据，采集站的采集数据可基于本发明的多信道双频面波自动采集站通过地面移动网或lora无线自组网方式进行传输，lora传输系统具有不依赖任何基础网络设施等优势，能够更好地满足客户的实际需求。
62.2、基于位移监测的地质灾害预警
63.基于本发明的多信道双频面波自动采集站，通过北斗gnss板卡接口模块9与外部北斗gnss高精度定位板卡连接实现北斗gnss基站功能，能够基于北斗三号全球卫星导航系统提供的差分定位技术监测毫米级别位置移动，对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析。因此，基于多信道双频面波自动采集站建立地质灾害监测预警系统，可用于山坡、深基坑等地质灾害易发区域等的变形测量。
64.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。