专利名称：一种地质勘查安生系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及勘测领域，具体而言，涉及一种地质勘查安生系统。
背景技术：
在野外地质勘查工作中，通常需要按照预设的路线，每隔一段距离进行一次地质勘查，最后整条路线的勘查结果形成剖面文件，再由剖面文件网格化得到该地质区域勘查结果的网格图，因此要提供勘查结果网格图的精度，就要求前期布放的测量线路准确无误。无线数传电台又可简称为“数传电台，无线调制解调器”。是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数 据(300 1200bps)到高速数据(N*64K N*E1)，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。目前国际上比较知名数据传输电台包括芬兰SATEL数传电台，以及美国MDS，日本日精等品牌。无线数传电台是通信行业发展较早的通信方式，也是比较成熟的一项无线通信技术，已经在各行业取得广泛的应用，从航空航天、铁路、电力、石油、气象、地震等个行业均有规模的应用，在遥控、遥测、摇信、遥感等SCADA领域也取得了长足的进步和发展无线数传电台大致分为两种，一种是传统的模拟电台，另一种为采用DSP技术的数字电台，传统的模拟电台一般是射频部分后面加调制解调器转换为数字信号方式来传输数据，全部调制、解调、滤波和纠错由模拟量处理完成，如果需要进行数据的任何其它处理，那么附加的部件、专用的芯片、或微处理机必须加到设计中。因为收发机相当多的功能是在硬件中完成，任何校准或无线电的调整必须在硬件级上进行；例如，扭动一个螺丝调整或更换部件。又因为设计是以硬件为基础的，因而它是一个固定的设计。这就是说，不改变硬件就不能改变功能和性能。这种模拟电台大部分由调频对讲机或车载电台的基础上加装了一个低速率的调制解调芯片，所以严格来说只是一款话音电台的“改装机”，还不是真正意义上的专业的数传电台，其速率比较低，时延大，操作也不方便，但是因为价格比较低廉，在自来水监控、远程抄表、水文检测等实时性不高的地方有着广泛应用，而且占据数传大部分市场。随着在最近的二十多来年集成电路的复杂性和集成度的飞速增加，开发出专用处理芯片器，它能实时或“在线”进行数字信号处理(DSP技术)，无线数传电台部分甚至全部采用数字处理技术技术，这些电台通常被称为数字电台，随着DSP技术广泛应用，技术成本和核心器件降低能够是大多数厂家所能接受，使其DSP技术进入更多产品领域，相比较传统的模拟电台，数字电台的数据信号处理允许很复杂的算法在实时中使用并可被嵌入产品内，DSP相关的芯片是软件控制的，在不改变硬件的情况下，可在系统内改变它们的性能和/或任务。这意味着在产品售出后的升级或另增加的特性可加到产品上，不必把电台返回到制造厂，从某种意义上来讲，数字电台控制精度更高，没有与模拟量元件有关的误差问题，功耗更低，实时性稳定性更高，目前市场中占据大部分中高端用户，比如铁路场站调度、工业控制，GPS差分，远程测量测控等行业处于主流地位。随着数字信号处理技术和高性能，低价格数字信号处理器正在使采用DSP技术的数字电台有着向全行业扩展的蔓延的趋势，不久将来大功耗、低速率、低精度模拟电台将退出数传市场，包括传统的模拟对讲和寻呼业务。随着汽车电子、仪器仪表等行业的发展，另一种微功率数传广泛被人们接受，这种微功率数传因为其价格低廉、使用方便在应用领域取得了迅猛发展，这类技术的代表如Zigbee和CFDA，两者均具有低功耗、高速率、自组网的特点，使用灵活方便未来发展不可限量，但是这种产品在长距离传输局限比较大，仅限于小范围局部应用。无论模拟电台、数字电台和微功率数传，在市场的空间一直不是很大，一是传统的SCADA系统的每个节点的一次性造价较高，随着GPRS和CDMA网络的日渐成熟，资费和终端日趋便宜，瓜分了部分原有的数传电台的市场，在实时性要求不高、系统覆盖范围又大的系统中，如抄表系统，铁路列控系统这一现象尤为突出；虽然SCADA系统的发展很快，但数传·电台的市场并没有得到响应的提高，反而有所下降。二是数传电台不同于其它行业有明确的行业标准，数传电台的行业标准，尤其是高速数据传输的通信规约、协议，至今尚没有一个明确的、统一的行业标准。造成大部分厂商产品自成体系、互不兼容，从而很难规模化应用，影响了行业发展。以上这些值得目前数传电台的生产商、代理商就现在的数传市场应该去探讨、去深思；也期待国家和行业联盟去规范和支持，数传做为通信行业最早的传输手段，仍然有着无法比拟的优势，比如移动性、时延的稳定和可靠性，在专网市场仍然有举足轻重的地位和优势，正是数传电台不可替代性和优势使得国际上一些有远见数传厂家针对目前市场现状不断创新发展，比如GE MDS刚刚发布的SD4、SD4系列数字电台，将专业无线数字电台提到一个新的高度，该系列电台从宽带前端射频部分到数字信号处理部分全部采用先进数字处理的技术，收信发信机采用软件无线电的全数字硬件结构，直接通过脉冲调制发送信号而无传统的中频处理单元，其产品设计也更绿色、更环保，在宽频、收发精度控制和传输稳定可靠性方面优势更明显。这种新的软件无线电台将无线数传带到新的高度。也为无线数传市场带来了新的发展空间和活力；让我们看到无线数传依然春光无限。北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS)，是除美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GL0NASS之后第三个成熟的卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。第八颗和第九颗北斗卫星于2011年被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道。2011年12月，北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其表示，北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力。2012年3月，我国正式推出全球首款“北斗+GPS”双系统车载导航产品。北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当，而在增强区域也就是亚太地区，甚至会超过GPS ;向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？ ”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
发明内容
野外地质勘查队员在恶劣环境下进行野外勘查时，往往难以保证测试布置的准确性，并且可能遭遇突发雪崩，山洪泥石流，或者其他意外情况，陷入危险境地。目前暂无相关的安全保证设备能够保障测试布置准确性及在勘查队员出现意外突发情况时迅速定位队员当前所处位置的装置。本发明系统包含了局级服务站、队级数据站、营地基站及勘查队员携带的个人腰包式安生仪。野外地质安生系统包含了上述四个部分，实现了从局级、队级到营地三层次结构实时跟踪所有野外勘查队员的侧线布置情况及完整运动轨迹，运动速度等情况。在对于出现突发情况时，能够迅速定位并实施救援，同时也能在测试布置情况不良时，及时通话纠正队员的运动路线，保证侧线布置的正确性，从而能够保障野外勘查工作的精度和队员的安全性。
根据图I和图2。个人腰包式安生仪及安生系统包含个人腰包式安生仪16、便携式移动基站15、队级安生数据站及局级安生服务站四大组成部分。该系统架设了融合无线电台、北斗数传卫星、GPRS、全球定位系统(GPS)及Internet网的综合通信网络，该通信网络实现野外实际勘查工作队员、勘查营地、地质队及地质局之间的无缝数据通信，实现安全生产数据从勘查队员到地质局之间的金字塔管理。勘查营地携带便携式移动基站可以固定式或者移动式模式监察本营地所属地质队员的勘查路线。地质队员的勘查路线实时显示在便携式移动基站的平板电脑上，当营地发现勘查路线偏离预设测线时，可以通过便携式移动基站上的通话器与队员通话，并实时纠正勘查路线，确保测线质量。能够在勘查队员超出勘查区域时发起超限报警，在任意一个勘查队员出现意外险情时，及时定位事故位置，迅速发起救援行动。勘查队员携带的个人腰包式安生仪包括了一套150MHz远距离数传/通话双用电台、GPS主控系统及高能量小体积锂聚合物电池。为了降低功耗，电台平时处于休眠及断电两种模式，可由主控系统定时唤醒也可由队员强制唤醒。电台的最远有效通讯距离可达40公里，能满足大多数野外勘查工作的需要。2.个人腰包式安生仪根据图3。个人腰包式安生仪采用腰包式设计，整体尺寸IlCMX7. 5CMX5CM，含电池34、GPS 35、主控系统及天线后整体重量约为550克。正常数据通信模式下(非持续通话状态)可维持使用一个星期。为了降低功耗，采用间歇式工作模式，队员可以使用通话器强制唤醒，当数据通信间隔到达时唤醒数据传输，同时检测便携式移动基站是否有通话请求，如果有通话请求则延迟进入睡眠模式，直到通话结束。安生仪自带的GPS单元采用嵌入式天线设计，水平定位精度可达10米，满足野外测线勘查精度要求。3.便携式移动基站根据图4。便携式移动基站采用手提式机箱设计，整机尺寸20CMX15CMX10CM，含电池、北斗卫星、平板电脑、主控系统、无线电台及天线后整体重量约为2. 5Kg。移动基站分平板电脑和主机两部分组成，主机与平板电脑之间采用蓝牙无线通信。主机则包含了大容量锂电池、北斗卫星数据终端、主控系统、无线数传电台。主机的无线数传电台不断接收来自勘查队员无线数传电台发送过来的GPS位置信息，并将该信息通过无线蓝牙方式发送到平板电脑，由平板电脑上的安生软件统一绘图显示及管理。当勘查队员的腰包式安生仪信号丢失时则会立即报警，并自动弹出该队员最近一次出现的区域和GPS坐标。平板电脑能够实时动态显示及播放每个勘查队员的运动三维轨迹，并将该轨迹与预设的轨迹加以比对，当超出设定的误差值时，自动报警提示，营地可以通过通话器与队员联络，并要求其调整运动轨迹，以满足测线质量要求。便携式移动基站能够通过北斗卫星数据终端将当前所有队员的位置信息发送回地质队数据站，当移动基站能够搜索到GPRS手机信号时，则自动优先选用GPRS信号发送队员位置信息，否则采用北斗卫星数据终端发送数据。便携式移动基站的电源管理包括了汽车电瓶供电、220V交流电供电、内部自带大容量锂电池供电三种模式，同时提供一个输出充电口，可对平板电脑充电，大大延长平板电脑的使用时间，为野外的勘查提供便利，延长有效工作时间。4.队级数据站及局级服务站队级数据站与局级服务站都包含了数据库同步双备份服务器、固定IP地址、北斗卫星数据终端采集软件、GPRS手机数据采集软件、WebGIS网络服务器软件+电视墙。
本发明的个人腰包式安生仪为腰包式外观设计，内置GPS，锂电池数传电台及主控系统，完成与移动基站的数据/语音双通道通信。减轻野外地质人员的负担，采用150MHz低频无线数传电台能够实现更远距离，更恶劣环境下的数据通信。本发明的便携式移动基站为手提式外观设计，采用平板电脑替代传统笔记本保证更长的野外续航工作能力，平板电脑与移动基站主机之间采用蓝牙通信。主机挂接了北斗卫星，无线数传电台，GPS单元，大容量锂电池。北斗卫星能够实现与队级、局级中心的数据传输对接，在有手机GPRS信号时，自动优选GPRS信号传输数据。本发明具有如下有益效果保证野外地质勘查侧线布置的精确性；可实时获取野外地质勘查人员的当前位置、运动轨迹及运动速度；使得地质局，地质队在办公场所也能够实时查看野外勘察队员的所有工作状态；提供突发意外情况的快速救援条件，管理人员能够在办公场所布置快速有效的救援路线；
图I是本发明地址勘查安生系统的示意图，其中11 一卫星，12 一北斗卫星用户机，13 —地质队电视墙，14 一平板电脑，15 一便携式移动基站，16 一个人腰包式安全仪。图2是本发明地址勘查安生系统的拓扑图，其中21 —国家地质总局，221、222、223 一省市地级地质队，231、232、233 —野外勘查营地，241、242、243、244、245、246 —配有个人腰包安生仪的地质勘查队员，25 - Internet公网(VPN)，26 —虚拟局域网，27 —北斗数传卫星+GPRS，28 - 150MHz无线电台通信。图3是本发明个人腰包安生仪的示意图，其中31 —通话器，32 —腰包，33 —数传电台，34 —锂电池，35 - GPS, 36 —用户，37 —个人腰包安生仪；图4是本发明便携式移动基站的示意图，其中41 一主机，42 —通话器，43 —数传电台，44 一锂电池，45 —平板电脑，46 —便携式移动基站。
具体实施例方式本发明根据下述实施例做进一步的描述，本领域技术人员可以明了的是，下述实施例对本发明仅仅起到说明的作用。在不背离本发明精神的前提下，对本发明所做的任意改进和替代均在本发明保护的范围之内。在队员进行野外实地勘查之前，先在营地集中，并开启个人腰包式安生仪(如下简称安生仪)的电源。此时安生仪将发送登陆消息给便携式移动基站(如下简称为基站)，移动基站将每台安生仪的ID号记录下来，并获知当前有多少台安生仪在运行。此时一切就绪。营地的负责人通过运行平板电脑上配备的基站监控软件，使平板电脑与基站建立数据通信，获知当前有多少活动的安生仪，并在平板电脑上的地图标记每台安生仪的起始位置。当营地负责人确认一切正常，所有队员的安生仪都正确登陆，并显示在平板电脑的地图上时，发出启动指令，平板电脑将付出一系列的配置参数给基站，并由基站发送给每台安生仪，每台安生仪根据该参数确定省电模式，发送时间间隔等。队员则可以开始进行野外实地生产。在队员进行勘察生产时，安生仪按照固定的时间间隔发送当前队员的GPS空间信息到基站，并由基站发送到平板电脑，显示每个队员的运动轨迹及当前位置在地图上。当队员即将超出设定的安全距离，平板电脑将立即发送指令给基站，由基站告知队员立即返回安全区域。或者当队员没有按照设定的地质剖线进行野外采集工作时，由基站上配备的通话器与队员实时通话，告知队员按照正确的剖线行进。
基站上配备了北斗卫星I号用户接收机，基站按照每分钟一次的频率将所有队员的位置信息通过北斗接收机发送到队级安生数据站，队级安生数据站装有北斗卫星I号指挥机，能够同时接收100个基站发送回来的队员信息，可以同时管理100支野外勘查小队的实时信息。队级安生数据站具备网络连接，能够将所有的数据按照固定间隔发送到局级安生服务站，一个局级安生服务站可以连接多个队级安生数据站，并全部显示在局级安生服务站的大屏幕上。因此形成了一套完整的由局级到野外勘查队员的完整管理体系，使得每个队员的野外勘查质量及生命安全得到良好的保障。
权利要求
1.一种地质勘查安生系统，其特征在于包括个人腰包式安生仪(16)、便携式移动基站(15)，以及队级安生数据站和局级安生服务站。
2.根据权利要求I所述的地质勘查安生系统，其特征在于所述个人腰包式安生仪包括通话器(31)、腰包(32)、数传电台(33)、锂电池(34)。
3.根据权利要求I所述的地质勘查安生系统，其特征在于所述个人腰包式安生仪的尺寸为 IlCMX7. 5CMX5CM。
4.根据权利要求I所述的地质勘查安生系统，其特征在于所述便携式移动基站包括平板电脑(45)和主机(41)，主机与平板电脑之间采用蓝牙无线通信，主机包括锂电池(44)、北斗卫星数据终端、主控系统、无线数传电台(43)。
5.根据权利要求I所述的地质勘查安生系统，其特征在于所述便携式移动基站的尺寸为 20CMX15CMX10CM。
6.根据权利要求I所述的地质勘查安生系统，其特征在于队级安生数据站及局级安生服务站都包括数据库同步双备份服务器、固定IP地址、北斗卫星数据终端、GPRS手机数据采集软件、WebGIS网络服务器软件和电视墙。
全文摘要
本发明涉及一种地质勘查安生系统，其特征在于包括个人腰包式安生仪、便携式移动基站、队级安生数据站及局级安生服务站。所述个人腰包式安生仪包括通话器、腰包、数传电台、锂电池。所述便携式移动基站包括平板电脑和主机。所述队级安生数据站及局级安生服务站包括数据库同步双备份服务器、固定IP地址、北斗卫星数据终端、GPRS手机数据采集软件、WebGIS网络服务器软件和电视墙。该系统可实时获取野外地质勘查人员的当前位置、运动轨迹及运动速度。
文档编号G01S19/42GK102866411SQ20121033740
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者葛良全, 曾国强, 张庆贤, 李晨, 赖万昌, 王广西, 杨强 申请人:成都理工大学