一种地质监测仪及地质监测系统的制作方法

1.本技术涉及地质监测技术领域，具体而言，涉及一种地质监测仪及地质监测系统。


背景技术：

2.在野外地质灾害，如滑坡、崩塌、泥石流等的监测中，所用的监测设备都是通过采集传感器数据，处理后，利用网络模块将传感器数据传输至平台进行显示或预警。
3.为了能够使地质监测仪具备多种监测功能，需要采用多传感器进行监测，多传感器的地质监测仪与单一传感器的地质监测仪相比，在能够实现对多种监测项进行监测的同时，也带来了较大的能耗的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种地质监测仪及地质监测系统，用以降低地质监测仪的功耗。
5.第一方面，本技术实施例提供一种地质监测仪，包括壳体、主控系统，以及与所述主控系统通信连接的第一加速度传感器、第二加速度传感器、裂缝传感器和供电模块；所述主控系统、所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器和所述裂缝传感器均设置在所述壳体内；所述第一加速度传感器的精度小于所述第二加速度传感器；所述主控系统和所述第二加速度传感器均处于常闭状态；所述第一加速度传感器处于常开状态，用于获取监测点的第一加速度数据，并且通过所述第一加速度传感器中的比较器将所述第一加速度数据与第一预设阈值进行比较，在所述第一加速度数据大于所述第一预设阈值时唤醒所述主控系统，并向所述主控系统发送所述第一加速度数据；所述裂缝传感器处于所述常开状态，用于获取所述监测点的裂缝数据，并且在所述裂缝数据大于第二预设阈值时，唤醒所述主控系统，并向所述主控系统发送所述裂缝数据；所述主控系统在被所述第一加速度传感器或所述裂缝传感器唤醒后，启动所述第二加速度传感器；所述第二加速度传感器用于获取所述监测点的第二加速度数据，并向所述主控系统发送所述第二加速度数据。
6.本技术实施例通过配合使用低精度的加速度传感器和高精度的加速度传感器，使得能耗低的低精度的加速度传感器处于常开状态，能耗高的高精度的加速度传感器和主控系统处于常闭状态，从而低精度的加速度传感器能够实时对监测点进行监测，并且在获取到异常数据时唤醒主控系统，使主控系统开启高精度的加速度传感器。因此，在对监测点实现实时监测、提高了对监测点的监测精度的同时，降低了地质监测仪的功耗。
7.在任一实施例中，所述地质监测仪还包括与所述主控系统通信连接的地磁传感器；所述地磁传感器处于常闭状态；所述主控系统还用于在被唤醒后，启动所述地磁传感器，以使所述地磁传感器获取所述地质监测仪运动的方位数据，并向所述主控系统发送所述方位数据。本技术实施例中地磁传感器处于常闭状态，当主控系统被唤醒后控制地磁传感器开启，以获取地质监测仪的运动方向，从而获知地质监测仪的滑动方向。
8.在任一实施例中，所述地质监测仪还包括与所述主控系统通信连接的全球卫星导
航系统gnss定位模块，所述gnss定位模块处于常闭状态；所述主控系统在被唤醒后，启动所述gnss定位模块；所述gnss定位模块被启动后，获取所述地质监测仪的位置信息，并向所述主控系统发送所述位置信息。本技术实施例中，当主控系统被唤醒后，控制gnss定位模块开启，从而能够获取到地质监测仪的位置信息。因此，gnss定位模块在一般情况下不消耗电能，节省了监测仪的能耗。
9.在任一实施例中，所述地质监测仪还包括与所述主控系统通信连接的无线通信模块，所述无线通信模块处于常闭状态；所述主控系统还用于在接收到异常的监测数据后，启动所述无线通信模块，以通过所述无线通信模块向远程终端发送所述监测数据；其中，所述监测数据包括所述第一加速度数据、所述第二加速度数据和所述裂缝数据。本技术实施例中的无线通信模块在一般情况下处于关闭状态，在需要时开启，在实现与远程终端通信的同时，降低了电能的消耗。
10.在任一实施例中，所述无线通信模块包括移动通信模块和窄带物联网卫星通信模块；所述主控系统在接收到所述监测数据后，优先启动所述移动通信模块；若所述移动通信模块的通信信号不满足要求时，启动所述窄带物联网卫星通信模块。本技术实施例提供的监测仪上设置移动通信模块和窄带物联网卫星通信模块，提高了与远程终端通信的稳定性。
11.在任一实施例中，所述主控系统还用于在启动所述第二加速度传感器后，将所述第一加速度传感器断电处理。本技术实施例通过控制两个加速度传感器中，只有一个处于工作状态，在保证能够对监测点的实时监测的同时，降低了监测仪的能耗。
12.在任一实施例中，所述主控系统还用于定时启动，并且在启动后获取所述第一加速度数据和所述裂缝数据。本技术实施例通过定时启动主控系统，可以监测动态触发方式无法监控的缓慢滑动，防止地质灾害的漏报。
13.在任一实施例中，所述地质监测仪还包括发电模块，所述发电模块与所述供电模块连接；所述发电模块用于利用太阳能或风能产生电能，并将所述电能存储至所述供电模块。本技术实施例通过设置发电模块，延长监测仪的续航时长。
14.在任一实施例中，所述主控系统还用于在接收到所述第二加速度数据和所述裂缝数据后，若根据所述第二加速度数据和所述裂缝数据判断需要提高监测数据采集的频率，则向所述第二加速度传感器和所述裂缝传感器发送采集指令。本技术实施例通过向各种传感器发送采集指令，从而使得各传感器提高采集数据的频率，提高了对监测点进行监测的准确性。
15.第二方面，本技术实施例提供一种地质监测系统，包括远程终端和第一方面所述的地质监测仪；所述地质监测仪向所述远程终端发送第二加速度数据和裂缝数据；所述远程终端对所述第二加速度数据和所述方位数据进行融合，生成监测数据三维视图。
16.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使
用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
18.图1为本技术实施例提供的一种地质监测仪结构示意图；
19.图2为本技术实施例提供的另一种地质监测仪结构示意图；
20.图3为本技术实施例提供的一种地质监测仪实体结构图；
21.图4为本技术实施例提供的一种裂缝传感器结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的一种地质监测系统架构示意图。
23.图标：
24.壳体-100；上壳体-1001；下壳体-1002；第一加速度传感器-102；第二加速度传感器-103；裂缝传感器-104；裂缝传感器上支架-1041；裂缝传感器下支架-1042；供电模块-105；地磁传感器-106；gnss定位模块-107；移动通信模块-108；窄带物联网卫星通信模块-109。
具体实施方式
25.目前，多功能监测仪上往往搭载有多种传感器，例如加速度传感器、裂缝传感器、地磁传感器等。为了降低监测仪的功耗，在传感器的选型上做了优化考虑，即，选择低功耗的器件或模块。在软件设计逻辑上，会使传感器大多数时间处于休眠状态，并且定时唤醒进行监测。这种方式会导致漏监测的问题。
26.为了解决上述问题，本技术实施例提供一种具备多功能的地质监测仪，该地质监测仪在能够实现对监测点进行实时监测的同时，还能降低监测仪的功耗。
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
28.图1为本技术实施例提供的一种地质监测仪结构示意图，如图1所示，该地质监测仪包括壳体100、主控系统101，以及与主控系统101通信连接的第一加速度传感器102、第二加速度传感器103、裂缝传感器104和供电模块105。主控系统101、第一加速度传感器102、第二加速度传感器103、供电模块105和裂缝传感器104均位于壳体100内。
29.其中，第一加速度传感器102的精度小于第二加速度传感器103的精度，且第一加速度传感器102可以为低精度三轴mems加速度传感器，第二加速度传感器103可以为高精度三轴mems加速度传感器。可以理解的是，第一加速度传感器102和第二加速度传感器103还可以是其他型号，本技术实施例对此不做具体限定，只要能够实现对监测点的加速度数据进行采集即可。
30.第一加速度传感器102处于常开状态，所谓常开状态是指第一加速度传感器102一直处于上电状态或工作状态，能够实时对监测点的第一加速度数据进行监测。第一加速度传感器102中包括比较器，当第一加速度传感器102监测到第一加速度数据后，利用比较器将第一加速度数据与第一预设阈值进行比较，如果第一加速度数据大于第一预设阈值，则第一加速度传感器102唤醒主控系统101，并将主控系统101发送该第一加速度数据。
31.应当说明的是，第一预设阈值为预先烧录到第一加速度传感器102中的，其具体数值可以根据实际情况进行设定，本技术实施例对此不作具体限定。
32.主控系统101可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述主控系统101可
navigation satellite system，gnss)定位模块，如图2所示，该gnss定位模块107与主控系统101连接，其也处于常闭状态。主控系统101在被唤醒后，控制gnss定位模块107启动，gnss定位模块107在启动后可以获取地质监测仪的位置信息，并向主控系统101发送该位置信息。可以理解的是，该位置信息用于在发生地质灾害时，标识发生地质灾害的具体位置。
42.本技术实施例中，当主控系统被唤醒后，控制gnss定位模块开启，从而能够获取到地质监测仪的位置信息。因此，gnss定位模块在一般情况下不消耗电能，节省了监测仪的能耗。
43.在上述实施例的基础上，该地质监测仪还包括无线通信模块，无线通信模块与主控系统101连接，用于与外部的远程终端进行通信。并且，无线通信模块也处于常闭状态，当主控系统101在接收到监测数据并确定监测数据为异常数据后，说明地质监测仪所处的位置发生了地质灾害，为了能够将发生地质灾害的情况传输出去，主控系统101控制无线通信模块开启，从而，主控系统101通过无线通信模块将监测到的异常的监测数据发送到指定的远程终端。可以理解的是，异常的监测数据包括第一加速度数据、第二加速度数据和裂缝数据，还可以包括地质监测仪的方位数据、位置信息等。
44.远程终端在接收到地质监测仪发送的监测数据后，除了显示地质监测仪的加速度、倾角、方向角和裂缝大小数据，绘制出变化曲线外，还充分利用加速度传感器和地磁传感器106数据，将加速度传感器的倾角数据和地磁传感器106的方位数据融合使用，绘制出地质监测仪发送的监测数据的三维视图，可直观地显示出地质监测仪的状态位置，保存地质监测仪的初始状态位置视图，并定时记录更新地质监测仪最新的状态位置，动态显示地质监测仪的运动态势，并判断出地质监测仪的滑动方向。
45.无线通信模块包括移动通信模块108和窄带物联网卫星通信模块109，如图2所示，其中，移动通信模块108可以包括2g、3g、4g或5g等通信模块。上述实施例中的gnss定位模块107还可以集成在移动通信模块108中。以4g通信模块为例，当使用功耗较低的4g cat1模块，以1小时正常上报为例，移动通信模块108的平均功耗约为4.3mw左右，满足系统功耗要求。
46.地质监测仪可以优先选择移动通信模块108与远程终端通信，可以通过切换开关进行运营商的切换，选择信号好的运营商进行通信。当移动通信模块108的信号不好或没有移动通信信号，可通过窄带物联网卫星通信模块109，利用低轨卫星通信系统，以卫星为基站进行监测数据的传输。能更大程度确保数据不被漏传，且在地质灾害发生后，即使移动通信网络被破坏，也能监控、传输监测点的信息，为灾后提供有价值的数据。
47.可以理解的是，地质监测仪还包括天线，即，2g、3g、4g或5g天线，gnss天线和窄带物联网卫星收发天线，如图2所示，天线均采用内置形式，使地质监测仪更加简单，便于安装。另外，主控系统101中还记录有最近一次使用的运营商的网络，下次数据上传时，自动选择该运营商网络，节省了每次重复切换搜网的时间。
48.图3为本技术实施例提供的一种地质监测仪实体结构图，如图3所示，该地质监测仪包括壳体，壳体包括上壳体1001和下壳体1002，上壳体1001和下壳体1002可以通过卡扣固定连接，以构成可容纳腔体。主控系统101、第一加速度传感器102、第二加速度传感器103、gnss定位模块107、地磁传感器106、供电模块105、缝传感器104、移动通信模块108和窄带物联网卫星通信模块109设置在可容纳腔体内。并且，裂缝传感器104、移动通信模块108、
窄带物联网卫星通信模块109、第一加速度传感器102、第二加速度传感器103、gnss定位模块107、地磁传感器106和供电模块105均与主控系统101连接。
49.应当说明的是，gnss定位模块107、移动通信模块108、窄带物联网卫星通信模块109上分别集成有对应的天线，图3中未示出。
50.图4为本技术实施例提供的一种裂缝传感器结构示意图，如图4所示，裂缝传感器104通过裂缝传感器上支架1041和裂缝传感器下支架1042固定设置在主板上，与主控系统101连接。
51.应当说明的是，裂缝传感器、移动通信模块、窄带物联网卫星通信模块、第一加速度传感器、第二加速度传感器、gnss定位模块、地磁传感器、供电模块和主控系统分别对应的功能参见上述实施例，此处不再赘述。
52.地质监测仪还包括存储器，存储器可以包括但不限于随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
53.当监测数据通过移动通信模块108和窄带物联网卫星通信模块109均无法与远程终端通信，则将监测数据存储在存储器中，当网络恢复时再将监测数据补发至远程终端，保证监测数据的完整性。
54.在上述实施例的基础上，由于第一加速度传感器102和第二加速度传感器103所采集的监测数据类型是一致的，只是精度不同，为了进一步降低地质监测仪的功耗，主控系统101在启动第二加速度传感器103后，可以将第一加速度传感器102断电处理。当主控系统101接收到的监测数据表明监测点恢复正常，则再次将第二加速度传感器103断电处理，并控制第一加速度传感器102开启，使得地质监测仪处于初始的监测状态。
55.本技术实施例通过控制两个加速度传感器中，只有一个处于工作状态，在保证能够对监测点的实时监测的同时，降低了监测仪的能耗。
56.在上述实施例的基础上，主控系统101中包括定时器，该定时器的作用是控制主控系统101按照预先设定的周期定时启动，在启动后主动获取第一加速度数据和裂缝数据。
57.应当说明的是，主控系统101在启动后，可以控制处于常闭状态的其他传感器开启，进行一次监测数据的采集。例如：可以控制第二加速度传感器103、地磁传感器106、gnss定位模块107等开启。主控系统101在接收到各传感器发送的监测数据，并判断监测数据无异常后，再次控制原来处于常闭状态的传感器断电。
58.本技术实施例通过定时启动主控系统，可以监测动态触发方式无法监控的缓慢滑动，防止地质灾害的漏报。
59.在上述实施例的基础上，地质监测仪还包括发电模块，发电模块与供电模块105连接。发电模块将产生的电能发送给供电模块105，以实现对供电模块105充电。其中，发电模块可以太阳能发电模块或风能发电模块。例如：若地质监测仪设置在阳光充足的地方，则可以选择太阳能发电模块；若地质监测仪设置在经常刮风的地方，则可以选择风能发电模块。具体可以根据实际情况选择合适的发电模块。本技术实施例通过设置发电模块，延长监测仪的续航时长。
60.在上述实施例的基础上，主控系统101在接收到第二加速度数据和裂缝数据后，根据第二加速度数据和裂缝数据判断是否发生了地质灾害，在确定发生了地质灾害的情况下，主控系统101向第二加速度传感器103和裂缝传感器104发送采集指令，以控制第二加速度传感器103和裂缝传感器104提高监测数据采集的频率。
61.本技术实施例通过向各种传感器发送采集指令，提高了对监测点进行监测的准确性。
62.另外，本技术实施例中的地质监测仪将各种传感器、供电模块、主控系统、天线内置于整机设备中，体积小巧，简化设备安装。并且经试验验证，本技术实施例中的地质监测仪中的供电模块能满足至少4年工作时间的要求。
63.图5为本技术实施例提供的一种地质监测系统架构示意图，如图5所示。该系统包括远程终端202和地质监测仪201。地质监测仪201架构及功能参见上述实施例，此处不再赘述。远程终端202可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、移动手机、智能穿戴设备等。将传感器数据通过无线通信模块传输至远程终端202，在远程终端202中除了显示设备的加速度、倾角、方向角和裂缝大小数据，绘制出变化曲线外，还充分利用加速度传感器和地磁传感器数据，将加速度传感器的倾角数据和地磁传感器的方位数据融合使用，在远程终端202上绘制出地质监测仪201的监测数据三维视图，可直观地在远程终端202显示出地质监测仪201的状态位置，保存地质监测仪201的初始状态位置视图，并定时记录更新地质监测仪201最新的状态位置，动态显示地质监测仪201的运动态势，并判断出地质监测仪201的滑动方向。
64.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
65.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
66.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
67.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
68.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。