紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置

1.本发明属于地形监测技术领域，具体涉及紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置。


背景技术：

2.煤矿采空区的地形地表变化较大，特别是紧邻高铁的区域，一旦煤矿采空区附近发生地表面变形，就有可能导致发生产生张裂缝或局部塌陷，严重时会导致滑破、崩塌、地面沉降等一系列的危害，时刻威胁高铁的的行驶和安全。
3.为了应对煤矿采空区的实时地形监测，出现了将gnss北斗定位模块、监控模块和太阳能供电一体集成的北斗定位监测装置，但是实际使用中发现，上述设备一般需要预先挖坑浇筑水泥基座后，再将上述的北斗定位监测装置安装在水泥基座上，而北斗定位监测装置安装的位置一般较高且散布点范围大，地形条件以及布设位置的客观条件决定了，一旦某个北斗定位监测装置损伤或者无法工作时，等待技术人员更换或维保过程会较长，及时性难以保证，导致影响对煤矿区地表监测的完全覆盖，因此该方面需要进行一定的改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置，解决地形条件以及布设位置的客观条件决定了，一旦某个北斗定位监测装置损伤或者无法工作时，等待技术人员更换或维保过程会较长，及时性难以保证，导致影响对煤矿区地表监测的完全覆盖的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置，包括立架和控制器，所述控制器用于控制该变形监测装置工作，所述立架底部固定有连接底座，所述立架一侧设有太阳能模块，所述太阳能模块用于该变形监测装置的补充供电，另一侧固定有横架，所述横架的端部设有监控摄像头，所述立架的顶部安装有gnss信号模块，所述立架一侧设有紧急替换机构，所述紧急替换机构能够自动更换立架顶部的gnss信号模块；所述紧急替换机构包括：替换壳，所述替换壳体远离立架的一侧底部通过连架与横架相固定连接，所述替换壳体内设有多个备用的gnss信号模块，所述gnss信号模块底面与所述替换壳体底壁之间留有间隙，每个所述gnss信号模块下表面中心处均固定有连接柱，所述连接柱底部固定连接于环形齿圈上；所述替换壳体底部开设有通槽，作为所述连接柱随所述环形齿圈转动的空间，所述连接柱与所述通槽壁滑动接触；所述环形齿圈内侧与齿轮啮合，所述齿轮通过轮轴转动安装于安装架上，所述轮轴与驱动电机传动连接，所述驱动电机固定在横架上。
6.优选的，所述gnss信号模块底部设有凹陷结构的母头，所述母头运动轨迹的直径
大于连接柱运动轨迹的直径，所述立架顶部通过电动伸缩机构连接有适配的公头，所述连接柱和连架相对的侧壁上固定有支撑板，所述支撑板与环形齿圈底面为滑动接触。
7.优选的，所述替换壳体朝向立架的一侧设置有缺口，所述缺口用于露出工作状态的所述gnss信号模块，所述替换壳体位于缺口处的两侧设置有遮挡组件，所述遮挡组件用于在紧急替换机构非工作状态时遮挡所述缺口。
8.优选的，所述替换壳体底面上周向等距开设有多个漏水槽，所述漏水槽靠近替换壳体底壁与外侧壁之间夹角的位置处，所述替换壳体顶壁上嵌设有涡旋状的电阻加热丝，所述电阻加热丝与控制器电连接。
9.优选的，所述遮挡组件包括：滑轨槽，所述滑轨槽开设于所述缺口的上、下侧面上，细轴，所述细轴的两端分别滑动安装于所述滑轨槽内，遮挡层，所述遮挡层中部以及两边缘均穿插有一个细轴，所述遮挡层沿缺口形状布置，所述遮挡层上设置有折痕，在遮挡层收缩时能够沿折痕进行折叠；位于两边缘处的所述细轴与中部的所述滑轨槽之间均连接有通电弹簧，所述通电弹簧与控制器电连接。
10.本发明的技术效果和优点：本发明提出的紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置，与现有技术相比，具有以下优点：1、本发明一旦在工作过程中发现gnss信号模块发生故障，无法传递或接收信号，则通过远程控制终端进行控制，先通过监控摄像头观察是否是地质灾害或较大地形变化导致的损坏，若不是再利用控制器启动紧急替换机构工作，从而实现自动更换gnss信号模块，无需技术人员攀爬高海拔以及复杂区域的地形后再进行人工更换，一方面降低了人员维修更换的难度，提高了维修便利性；另一方面能够缩短gnss信号模块的故障时间，并快速恢复覆盖监测整个煤矿采空区地表变形，增强监测数值精确度。
11.2、本发明通过gnss信号模块底面与所述替换壳体底壁之间留有间隙，若是替换壳内进水时，留有的间隙会让雨水无法直接与gnss信号模块底面的母头接触接触，配合凹陷结构的母头，综合增强gcss信号模块的防水性能，保证gnss信号模块替换后能够正常工作。
12.3、本发明若是在雨雪天条件下发生紧急替换的情况，为了保障替换壳内部处于干燥状态，因此通过控制器控制电阻加热丝通电，从而实现对替换壳内部空气的加热，使得被替换下来的gnss信号模块上的雨雪融化，融化后的雨雪水正好从底部的漏水槽流出，从而保证了替换壳内处于干燥状态，预防水雾渗入gnss信号模块内造成的危害，而在极寒条件下，替换壳内部的备用gnss信号模块长久不适用可能会被冻伤，因此本发明通过控制器控制电阻加热丝通电，从而实现对替换壳内部空气的加热，且多余的热量也会传到到工作状态的gnss信号模块，从而消解顶部的积雪带来的信号质量削减。
附图说明
13.图1为本发明实施例的三维结构示意图。
14.图2为本发明另一角度的三维结构示意图。
15.图3为本发明的俯视图。
16.图4为图3中a-a处剖视图。
17.图5为本发明中遮挡组件的结构示意图。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
19.本发明提供了如图1-5所示的紧邻高铁煤矿采空区地表变形监测装置，包括立架1和控制器2，所述控制器2用于控制该变形监测装置工作，所述立架1底部固定有连接底座3，所述立架1一侧设有太阳能模块4，所述太阳能模块4用于该变形监测装置的补充供电，另一侧固定有横架5，所述横架5的端部设有监控摄像头6，所述立架1的顶部安装有gnss信号模块7，所述立架1一侧设有紧急替换机构8，所述紧急替换机构8能够自动更换立架1顶部的gnss信号模块7。本发明在使用时，将立架1通过底部的连接底座3固定在水泥基座上，一旦在工作过程中发现gnss信号模块7发生故障，无法传递或接收信号，则通过远程控制终端进行控制，先通过监控摄像头6观察是否是地质灾害或较大地形变化导致的损坏，若不是再利用控制器2启动紧急替换机构8工作，从而实现自动更换gnss信号模块7，无需技术人员攀爬高海拔以及复杂区域的地形后再进行人工更换，一方面降低了人员维修更换的难度，提高了维修便利性；另一方面能够缩短gnss信号模块7的故障时间，并快速恢复覆盖监测整个煤矿采空区地表变形，增强监测数值精确度。
20.进一步地，所述紧急替换机构8包括：替换壳81，所述替换壳81体远离立架1的一侧底部通过连架82与横架5相固定连接，所述替换壳81体内设有多个备用的gnss信号模块7，所述gnss信号模块7底面与所述替换壳81体底壁之间留有间隙，每个所述gnss信号模块7下表面中心处均固定有连接柱83，所述连接柱83底部固定连接于环形齿圈84上；所述替换壳81体底部开设有通槽85，作为所述连接柱83随所述环形齿圈84转动的空间，所述连接柱83与所述通槽85壁滑动接触；所述环形齿圈84内侧与齿轮86啮合，所述齿轮86通过轮轴转动安装于安装架87上，所述轮轴与驱动电机88传动连接，所述驱动电机88固定在横架5上。
21.紧急替换机构8的工作过程如下：控制器2控制驱动电机88启动，驱动电机88带动轮轴转动，轮轴带动固连的齿轮86转动，齿轮86与环形齿圈84啮合传动，环形齿圈84带动连接柱83沿通槽85壁进行周向转动，于是连接柱83顶部固连的gnss信号模块7被动在替换课内轮转，从而使得备用的gnss信号模块7移动替换损坏的gnss信号模块7，重新接收或传递信号，继续执行地形覆盖监测的任务，损坏的gnss信号模块7则进入到替换壳81内保存，等待气候和地形条件较佳时，专业的技术人员达到指定位置取出损坏的gnss信号模块7进行维修或带回；通过齿轮86啮合的方式，预设转动幅度，从而实现自动替换信号模块的作用，全过程无需人工参与，大大延长了本发明在恶劣条件下的持续工作能力；替换壳81的设置，能够对替换壳81内的gnss信号模块7进行防护，防止阳光照射老化，以及雨雪等外在环境导致的损伤。
22.进一步地，所述gnss信号模块7底部设有凹陷结构的母头10，所述母头10运动轨迹
的直径大于连接柱83运动轨迹的直径，所述立架1顶部通过电动伸缩机构11连接有适配的公头12，所述连接柱和连架82相对的侧壁上固定有支撑板13，所述支撑板13与环形齿圈84底面为滑动接触。而gnss信号模块7底面与所述替换壳81体底壁之间留有间隙，若是替换壳81内进水时，留有的间隙会让雨水无法直接与gnss信号模块7底面的母头10接触接触，配合凹陷结构的母头10，综合增强gcss信号模块的防水性能，保证gnss信号模块7替换后能够正常工作；在替换的gnss信号模块7到达指定位置后，控制器2控制原本收缩的电动伸缩杆重新伸长，从而带动适配的公头12向上顶起并插入到母头10内，重新形成连接状态，从而避免了gnss信号模块7更换时发生干涉的可能，提高了紧急替换时的顺畅程度，及时有效的恢复对地形的覆盖监测。
23.进一步地，所述替换壳81体朝向立架1的一侧设置有缺口14，所述缺口14用于露出工作状态的所述gnss信号模块7，所述替换壳81体位于缺口14处的两侧设置有遮挡组件15，所述遮挡组件15用于在紧急替换机构8非工作状态时遮挡所述缺口14。通过设置缺口14，使得工作状态下的gnss信号模块7完全裸露，减少替换壳81体对信号的阻碍，提高通行质量；而遮挡组件15能够在在紧急替换机构8非工作状态时遮挡所述缺口14，防止在雨雪天外界的雨雪从缺口14灌入到替换壳81内，造成gnss信号模块7处于潮湿环境下，而产生危害后期使用风险的情况发生，也保持了替换壳81内备用gnss信号模块7的干净整洁，免遭灰尘、雨雪的污染。
24.进一步地，所述替换壳81体底面上周向等距开设有多个漏水槽16，所述漏水槽16靠近替换壳81体底壁与外侧壁之间夹角的位置处，所述替换壳81体顶壁上嵌设有涡旋状的电阻加热丝17，所述电阻加热丝17与控制器2电连接。若是在雨雪天条件下发生紧急替换的情况，为了保障替换壳81内部处于干燥状态，因此通过控制器2控制电阻加热丝17通电，从而实现对替换壳81内部空气的加热，使得被替换下来的gnss信号模块7上的雨雪融化，融化后的雨雪水正好从底部的漏水槽16流出，从而保证了替换壳81内处于干燥状态，预防水雾渗入gnss信号模块7内造成的危害，而在极寒条件下，替换壳81内部的备用gnss信号模块7长久不适用可能会被冻伤，因此本发明通过控制器2控制电阻加热丝17通电，从而实现对替换壳81内部空气的加热，且多余的热量也会传到到工作状态的gnss信号模块7，从而消解顶部的积雪带来的信号质量削减。
25.进一步地，所述遮挡组件15包括：滑轨槽151，所述滑轨槽151开设于所述缺口14的上、下侧面上，细轴152，所述细轴152的两端分别滑动安装于所述滑轨槽151内，遮挡层153，所述遮挡层153中部以及两边缘均穿插有一个细轴152，所述遮挡层153沿缺口14形状布置，所述遮挡层153上设置有折痕，在遮挡层153收缩时能够沿折痕进行折叠；位于两边缘处的所述细轴152与中部的所述滑轨槽151之间均连接有通电弹簧154，所述通电弹簧154与控制器2电连接。本发明通过安装的通电弹簧154，在紧急替换工作时，控制器2控制通电弹簧154通电收缩，从而拉动两侧的细轴152向中部移动，其间的遮挡层153则沿折痕进行折叠，从而释放出缺口14处的通道，供gnss信号模块7顺利通过，而在非工作状态下，通电弹簧154不通电伸展，则遮挡层153遮挡处缺口14处，一方面配合电阻加热
丝17加热能够使得替换壳81内部环境更快处于干燥和升温状态，另一方面也能够最大可能阻挡外界的杂物雨雪进入到替换壳81。
26.本发明专利申请涉及的驱动电机、电动势伸缩杆、太阳能模块、gnss信号模块等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
27.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、
ꢀ“
左
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、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的防护范围之内。