一种多参数采集的滑坡监测系统的制作方法

本实用新型涉及地质灾害监测预警领域，特别是一种多参数采集的滑坡监测系统。

背景技术：

滑坡是一种主要的自然地质灾害，不仅破坏了地质结构而且还对人民群众的生命财产安全造成极大的损失，其灾害甚至影响了国家基础设施。因此，对于地质灾害的监测预警是势在必行的措施，滑坡灾害的监测预警的实时性更是重中之重。目前市场上的大多数滑坡监测系统采集方式单一，精度不高，实时性较弱。因此，为了提高预警的实时性和准确性，研究一款多参数采集的滑坡监测系统，无论是对人民还是对国家都具有深远的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种多参数采集的滑坡监测系统。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种多参数采集的滑坡监测系统，包含若干固定于山体表面和山体内部的节点监测装置，以及与若干节点监测装置进行数据通讯的CAN总线和与CAN总线进行数据通讯的本地滑坡监测平台；所述节点监测装置包括若干监测节点，相邻的监测节点之间通过钢丝固定连接且相邻的监测节点之间通过用于供电的电源电缆进行供电和用于进行数据通讯的通讯电缆连接，所述监测节点包括：

阻抗裂变监测模块，与微处理器MCU连接，用于监测地表土层位移的变化引起的阻值大小的变化，最终将监测到的数据送至微处理器MCU处理；

惯性器件三维姿态角度监测模块，包括陀螺仪和加速度磁力计，陀螺仪和加速度磁力计与微处理器MCU连接，用于监测坡体土层移动引起的倾斜角度变化，最终将监测到的数据送至微处理器MCU处理；

环境监测模块，与微处理器MCU连接，用于监测土壤温湿度变化造成的土石层变化；当土层的移动影响周边的环境，相应的监测到当前温湿度的变化，最终将监测到的数据送至微处理器MCU处理；

微处理器MCU，通过串口与CAN总线连接，用于将阻抗裂变监测模块、陀螺仪和加速度磁力计和环境监测模块采集的数据与设定的基准值比较判断是否会发生滑坡灾害，并将该数据经由CAN总线发送给本地监测平台；

存储模块，与微处理器MCU连接，用于存储阻抗裂变监测模块、陀螺仪和加速度磁力计和环境监测模块采集的数据；存储采集的数据避免大量的冗余数据占用微处理器影响处理器运行速率。

进一步，所述节点监测装置采用横管和纵管的埋设方式埋设在山体表面，以及采用竖管的埋设方式埋设在山体内部。

进一步，所述本地滑坡监测平台通过VPN服务器传输至远程监测平台。

进一步，所述微处理器MCU为恩智浦公司的微型嵌入式芯片KEA128。

进一步，所述阻抗裂变监测模块采用AD5933芯片，采集阻抗变化，通过反馈回来的信号分析阻值变化大小。

进一步，所述陀螺仪和加速度磁力计分别采用恩智浦公司的FXAS21002C和FXOS8700CQ芯片；监测节点监测装置倾斜角度变化是否大于安全系数。

进一步，所述存储模块可选用AT24C512芯片。

本实用新型的原理为：当地表土层发生变化时，土层不断的挤压和移动会造成阻抗值大小的变化、坡体倾斜角度的变化和土壤温湿度环境变化，多参数采集系统中任意一个监测模块将阻抗、角度和土壤环境的变化值采集，经过微处理器的处理与基准值比较判断是否会发生滑坡灾害；CAN通讯因为其各连接节点之间的抗干扰能力强，传输距离远且可用于分布式监测，用于滑坡系统各节点装置通讯，CAN总线可以将数据传送给本地滑坡监测平台，再通过VPN服务器传输至远程监测平台。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.土层微小位移引起阻抗值的变化，经过阻抗信号采集放大机构的传递后会将位移造成的裂变信号成比例放大，继而更加容易的监测土层移动的微小变化，提高监测精度。

2.惯性器件三维角度模块，根据土层变化导致监测装置的倾斜角度变化判断是否会发生坡体的蠕动或滑动现象。

3.环境监测模块，根据土壤周边的环境变化，分析其温湿度，对超出规范的土壤环境情况处于警报。

4.根据采集的数据，滑坡装置可以经VPN发出无线通讯预警，提高数据传输距离，同时本地和远程监测人员都可监测滑坡情况，有效的提高了滑坡灾害预警功能。

附图说明

图1为本实用新型的滑坡监测系统的控制示意图。

图2为本实用新型滑坡监测装置的安装示意图。

图3为本实用新型的滑坡监测系统中一个节点监测装置结构示意图。

图4为本实用新型阻抗监测电路的滤波部和运算放大器的电路示意图。

图5为本实用新型阻抗监测电路的阻抗测量单元的电路示意图。

图6为本实用新型陀螺仪电路模块示意图。

图7为本实用新型加速度磁力计电路示意图。

图8为本实用新型环境监测模块的温度采集电路示意图。

图9为本实用新型环境监测模块湿度采集电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型提供了一种多参数采集的滑坡监测系统，可以进一步拓展滑坡监测预警的实现形式，主要包括以下内容：

参照图1，一种多参数采集的滑坡监测系统，包含若干固定于山体表面和山体内部的节点监测装置21，以及与若干节点监测装置21进行数据通讯的CAN总线22和与CAN总线22进行数据通讯的本地滑坡监测平台11；所述节点监测装置21包括若干监测节点211，相邻的监测节点211之间通过钢丝固定连接且相邻的监测节点211之间通过用于供电的电源电缆进行供电和用于进行数据通讯的通讯电缆连接，所述监测节点211包括：

阻抗裂变监测模块31，与微处理器MCU30连接，用于监测地表土层位移的变化引起的阻值大小的变化；

惯性器件三维姿态角度监测模块32，包括陀螺仪和加速度磁力计，陀螺仪和加速度磁力计与微处理器MCU30连接，用于监测坡体土层移动引起的倾斜角度变化；

环境监测模块33，与微处理器MCU30连接，用于监测土壤温湿度变化造成的土石层变化；

微处理器MCU30，通过串口与CAN总线22连接，用于将阻抗裂变监测模块、陀螺仪和加速度磁力计和环境监测模块采集的数据与设定的基准值比较判断是否会发生滑坡灾害，并将该数据经由CAN总线22发送给本地监测平台23；

存储模块34，与微处理器MCU30连接，用于存储阻抗裂变监测模块、陀螺仪和加速度磁力计和环境监测模块采集的数据。

本地滑坡监测平台23通过VPN服务器24传输至远程监测平台25。

本实用新型多参数采集监测系统的节点监测装置安装示意图如图2所示，其中标号含义为滑坡节点监测装置21。由于山体结构和环境的复杂性，为了达到对山体进行全面监测的目的，需要对山体表面和山体内部进行监测。在节点监测装置21的埋设过程中，山体表面采用横管和纵管的埋设方式对山体进行监测，考虑到滑坡发生的地方位置的不确定性，要想更加全面的对山体监测不仅仅需要在表面进行横管、纵管的铺设，而且需要在山体内部采用竖管的方式进行对滑坡发生深度的监测。这样就需要对山体进行横、纵、竖方向节点监测装置21的铺设。

参照图3，一种多参数采集的滑坡监测系统的阻抗裂变监测模块31，还包括用于监测坡体裂变信息以进行预警的阻抗监测电路图4、图5包括滤波部311，运算放大器312，以及阻抗测量单元313。阻抗监测模块31监测坡体内部由震动或者冲击出现裂缝时，其微小的位移会使阻抗产生形变，导致阻抗值的变化。滤波部311过滤电源端的干扰信号，使监测信号更加准确，滤波部311连接运算放大器312，运算放大器312接收过滤后的信号并将其放大，阻抗测量单元313检测经算放大器312放大后的阻抗信号，阻抗测量单元313中的AD5933芯片对接收的信号进行高精度的阻抗值的测量，阻抗变化必定导致AD5933接收信号的变化，其工作方式类似雷达，遇到变化会立刻返回一个数据，则阻抗测量单元313中的AD5933可以监测出阻抗值的变化，提高对滑坡灾害的监测预警。

测量点安装的节点监测装置，其惯性器件三维角度模块32还包括陀螺仪电路模块和加速度磁力计电路模块其电路图分别为图6、图7所示，陀螺仪电路模块中电容C24构成的滤波电路可滤除电源电压的波动，以及加速度磁力计电路模块中在VDDIO提供的参考电压下由电容C27也构成了滤波电路，滤除无用的干扰信号。陀螺仪电路模块中FXAS21002芯片，三轴陀螺仪芯片能够高精度对滑坡地表位移的角速度变化信息进行采集，三轴加速度磁力计电路模块中的FXOS8700芯片对滑坡蠕动或滑动过程中的加速度变化进行采集。惯性器件三维角度模块32由陀螺仪电路模块耦接加速度磁力计电路模块，采集的角速度和加速度数据综合根据航姿参考系统的常用算法卡尔曼滤波，消除误差。节点监测装置21由若干滑坡监测节点通过CAN总线22进行连接组合而成。为了更好得利用陀螺仪和加速度磁力计采样的数据，需要对惯性器件三维姿态角度模块进行姿态解算，采用四元数对姿态进行解算。电源电缆为每个微处理器提供稳定电源，存储模块34可以对解算的数据进行读存操作。

在各个节点中，使用温度和湿度传感器，温度和湿度传感器的电路图分别如图8、图9所示：温度采集电路中电阻R30可提高温度传感器其驱动能力，所述环境监测模块33的温度采集电路和湿度采集电路相连接，对土壤过于干旱造成土壤裂变和对坡体移动形成的土壤湿度过大导致坡体的土石层饱，进行温湿度监测，对是否超过安全土壤环境进行预警分析。

各监测模块将采集到的数据经微处理器对数据进行处理，通过微处理器的串口将数据经由CAN总线22发送给本地监测平台，再经VPN23将数据传输至远程监测平台。

最后，将最终数据在处理器中加入快速傅里叶变换，将数据从时域转到频域中，对坡度信息进行频谱分析，更好得对坡体状态评估和预测。

综上所述，本实用新型提供的一种多参数采集的滑坡监测系统，可进一步拓展滑坡监测系统的实现形式，实现多参数采集、精度高、实时、数据传送方式多样性对滑坡数据进行显示，本实用新型能应用于地质灾害监测预警领域。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。