一种泥石流自动化监测预警装置及设置方法
【专利摘要】本发明提供了一种泥石流自动化监测预警装置及设置方法，所述装置包括：视频采集设备，用于将采集的泥石流沟视频数据发送给现场数据采集设备；传感器组件，用于将采集的雨量数据、地声数据和泥位数据发送给现场数据采集设备；现场数据采集设备，用于将接收的泥石流沟视频数据、将接收的地声数据和泥位数据转换成数字信号以及将接收的雨量数据转换成开关量信号后发送给远程传输模块，并根据启动信号启动视频采集设备和传感器组件；远程传输模块，用于将接收的数字信号和开关量信号通过无线网络上传并接收其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号。本发明能够实现监测设备之间的联动，具有准确性高、成本低廉的特点。
【专利说明】—种泥石流自动化监测预警装置及设置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泥石流自动化监测预警装置及设置方法，属于地质安全监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前泥石流的监测技术主要分为接触式和非接触式两大类型，其中接触式主要有断线法和冲击力测量法。断线法即在泥石流沟床内布设金属感知线，一旦泥石流冲断了该线，断线信号发回而实现了报警，但这种方法不适合大冲大淤的泥石流沟床，因为感知线会因沟床冲刷而凌空不断，或因沟床淤积被埋而不断，因此丧失了报警的功能。冲击力测量法是在泥石流沟床内布设冲击力传感器，在泥石流发生时其冲击力信号被捕捉实现报警，由于该技术多为一次性的，导致成本较高，一般都结合观测研究使用，在工程中应用不多。
[0003]非接触式主要采用雨量、泥位、地声、视频等监测技术，雨量主要是通过监测整个泥石流沟里的降雨量变化情况；泥水位监测目前应用雷达物位传感器监测泥水位液面变化；泥石流在运动中要撞击河床，和岸壁要发生震动，产生的声音叫做泥石流地声，地声信号和泥石流的形成规模成正比，通过地声传感器来观测泥石流运动在岩土体传播的振动波；视频监控可以直观的判断泥石流的暴发和规模。
[0004]现有的泥石流监测预警装置主要是上述几种监测技术的独立体，往往都是单独一种仪器来对泥石流进行监测。例如，有单独成形的雨量计、泥水位计、地声监测仪登仪器，这种仪器需要单独的放置在泥石流沟的不同位置，最后将数据传输到远程监控中心上。现有的泥石流报警器可以根据设定的阈值进行自动报警，解决了及时报警和监测人员人身安全的问题，但是该泥石流报警器只能实时发出报警信号，无法记录泥石流产生的数据以便对泥石流的机理进行分析。
[0005]上述监测方法在一定程度上可以对泥石流的发生起到一定的效果，但是单独一种仪器并不能绝对判断泥石流是否发生，它没有一个综合的方案来对泥石流进行整体监测，而且不能对泥石流进行相应的特征分析，不能很好的判断泥石流的发生到底和哪些诱发因素相关。而且需要监测人员时刻关注数据的变化来判断泥石流的发生，不能自动判断泥石流的暴发规模及判断什么时候进行人员撤离。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有的泥石流监测预警技术中存在的无法准确的判断泥石流是否发生、没有综合的方案来对泥石流进行整体监测、而且不能对泥石流进行相应的特征分析、不能判断泥石流的发生与哪些诱发因素相关的问题，进而提供了一种泥石流自动化监测预警装置。为此，本发明提供了如下的技术方案:
[0007]一种泥石流自动化监测预警装置，包括:
[0008]视频采集设备，用于将采集的泥石流沟视频数据发送给现场数据采集设备；
[0009]传感器组件，用于将采集的雨量数据、地声数据和泥位数据发送给现场数据采集设备；
[0010]现场数据采集设备，用于将接收的泥石流沟视频数据、将接收的地声数据和泥位数据转换成数字信号以及将接收的雨量数据转换成开关量信号后发送给远程传输模块，并根据其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号启动视频采集设备和传感器组件；
[0011]远程传输模块，用于将接收的数字信号和开关量信号通过无线网络上传并接收其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号。
[0012]一种泥石流自动化监测预警装置的设置方法，包括，将第一个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流上游，将第二个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中上游，将第三个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中下游，将第四个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流沟口。
[0013]本发明通过将降雨量监测、泥位监测、地声监测和视频监控技术结合在一起，对泥石流实现综合监测，而且各个传感器监测之间有联动监测，充分做到仪器功耗降低、成本降低、通过相应传感器的自我判断来实现所有仪器联动，从而解决现有泥石流监测仪器不间断工作的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本发明的【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置的结构示意图；
[0016]图2是本发明的【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置的监测预警程序流程示意图；
[0017]图3是本发明的【具体实施方式】提供的传感器组件的布置示意图。
【具体实施方式】
[0018]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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作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。
[0019]本发明的【具体实施方式】提供了一种泥石流自动化监测预警装置，如图1所示，包括:
[0020]视频采集设备1，用于将采集的泥石流沟视频数据发送给现场数据采集设备3 ；
[0021]传感器组件2，用于将采集的雨量数据、地声数据和泥位数据发送给现场数据采集设备3 ；
[0022]现场数据采集设备3，用于将接收的泥石流沟视频数据、将接收的地声数据和泥位数据转换成数字信号以及将接收的雨量数据转换成开关量信号后发送给远程传输模块4，并根据其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号启动视频采集设备和传感器组件；[0023]远程传输模块4，用于将接收的数字信号和开关量信号通过无线网络上传并接收其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号。
[0024]具体的，视频采集设备I可以包括视频编码单元和视频采集芯片。相应的视频编码单元主要是对摄像机输出的PAL制或NTSC制格式信号的泥石流沟视频数据进行模数转换和编码，该单元可采用NXP公司的SAA7111芯片来完成。SAA7111芯片的主要功能是把输入的模拟视频信号解码成标准的VPO数字信号，相当于AD模数转换器。SAA7111芯片将摄像机输出的模拟视频CVBS信号通过其自身内部寄存器进行模数转换，经过转换后的信号为标准的YUV ：2 ：2格式并提供图像采集的时钟以及同步信号。SAA7111芯片的编程为I2C编程方式，内部包括模拟处理通道、抗混叠滤波、AD转换以及时钟同步电路，可以支持多种制式的视频信号输出。相应的视频采集芯片可采用TMS320C64x DSP芯片系列的DM642，TMS320DM642 (DM642)是基于有TI开发的第二代高性能，先进VelociTI技术的VLIW结构(VelociTIl. 2)，从而使得这些DSP芯片成为数字多媒体的极好的选择。DM642具有3个可配置视频端口（VP0，VP1，VP2)。这些视频端口给公共视频编解码设备提供了直接接口。DM642视频端口支持多种解决方法和视频标准。这三个视频端口是可配置的，并能提供视频捕获和/或视频显示模式。每个视频端口由两个通道组成一A和B，这两个通道具有一个可分离的5120字节捕获/显示缓存。
[0025]现场数据采集设备3可以包括嵌入式微处理器、AD转换模块和开关量模块。相应的嵌入式微处理器可采用嵌入式ARM Cortex-AS微处理器，Cortex-AS微处理器的速率可以在600MHz到超过IGHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求；以及满足需要2000DhrystOne MIPS的性能优化的消费类应用的要求。本【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置可以充分发挥Coretex-AS微处理器的高速运转性能，一方面的能够对视频数据进行高速采集，另一方面可以实现了现场地质灾害监测数据的高精度采集。
[0026]现场数据采集设备3在嵌入式微处理器的调用管理下，通过AD转换模块采集泥水位、地声等模拟量数据，利用中断信号采集雨量等数字量数据。采集的数据在嵌入式微处理器的控制下按设定的通讯格式进行数据融合，通过远程传输接口与远程传输模块连接，发送到远程数据监控中心。摄像头与视频采集芯片连接，视频采集芯片通过总线接口、视频输出接口与嵌入式微处理器相连接，充分发挥嵌入式微处理器Cortex-AS的高性能处理，完成对视频数据的采集。嵌入式微处理器通过USB接口和PCMCIA接口与3G无线网卡将视频数据传输到监控中心。软件调试模块用于调试嵌入式微处理器程序设置，方便修改程序来达到优化程序的目的；外部晶振模块是为了能够对嵌入式微处理器提供实时可靠的数字时钟，这样可以实现嵌入式微处理器的高精度定时时钟；存储模块用于存储泥石流沟现场数据，这样现场监测数据既可以通过远传模块发送到远程监控中心也可以存储到当地内置存储卡中，保证数据不会丢失。
[0027]由于现有的泥石流监测装置中，数据都是定时采集，并不是所谓的有目的性的采集数据，而本【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置设计的是以降雨量为触发点，联动其它传感器。因为许多泥石流的暴发都和降雨量有直接关系，因此将雨量传感器接到嵌入式微处理器的中断信号接口，有降雨量就相当于有了外部事件发生。当有外部事件发生（即当检测到有降雨量发生时），嵌入式微处理器被唤醒，通过IO端口来控制继电器打开，为泥水位传感器、地声传感器、AD转换电路、远程传输模块提供12V、5V电源,供电电源打开并不意味着就是立刻对泥位、地声、视频数据进行采集，而是等待预警装置命令，泥石流自动化监测预警装置会自动判断降雨量的大小来启动相应的数据传感器，并且可以根据降雨量的大小来随时改变传感器的采集时间，因为随着降雨量的变大，必然要对各个传感器的采集时间进行修改，要不断的加密采集数据，这样才可以更好的判断泥石流情况，从而可以有效的将系统功耗降到最低。通过AD转换模块来采集泥水位、地声数据，中断信号采集数字类型数据。采集和转换为标准格式数据后，通过RS232将数据传送到远程传输模块，回复“发送成功”的标志后，关断继电器，自身重新进入休眠模式，等待下一次启动；如果数据发送有错误且多处重发依然无效，则把数据暂存，进入休眠模式，在下一个定时时间与新的采集数据一起发送。
[0028]本【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置的监测预警程序流程如图2所示。采集数据之前，监测预警装置要完成软硬件的初始化，以及注册移动网络，并且需要和数据中心进行连接，在进行这些操作后才开始数据的采集。同时，泥石流自动化监测预警装置还具有无线报警功能，当启动传感器数据采集后，嵌入式微处理器可以根据相应传感器设置的阈值来发射无线报警信号到远程监控中心，这样可以为泥石流监测起到双重保障，监测人员不但可以通过远程界面观测现场数据的变化，而且一旦数据超过预先设定的阈值后，嵌入式微处理器就可以实时发送报警信号到监控中心，这样监测人员就到了数据与报警的双重保障。在现场数据的传送过程中，由于一般的传感器数据都可以通过GPRS网络或者是北斗卫星进行传输，但是视频数据量较大，只能通过光纤或者是3G无线传输模块传输。
[0029]由于泥石流的暴发多和降雨量息息相关，因此可将四组本【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置设置在监测区域，如图3所示，具体为：将第一个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流上游，将第二个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中上游，将第三个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中下游，将第四个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流沟口。当任意一个泥石流自动化监测预警装置的雨量传感器接收到有降雨过程时，开始联动动作，首先`提示泥石流中部的其它两个泥石流自动化监测预警装置开始工作，具体为每个泥石流自动化监测预警装置之间可以直接通信，每个泥石流自动化监测预警装置的启动者就是其中任何一个泥石流自动化监测预警装置中的雨量计来启动。这里强调监测预警装置的自动化过程就是通过雨量计来实现启动，由雨量计监测启动整个泥石流自动化监测预警装置，这样就实现了自动化监测，通过其中的任何一个装置可以提示其它的监测预警装置来工作，以实时监测整个泥石流沟里的降雨量情况。
[0030]现场数据采集设备3还可以包括雨量采集控制模块，用于根据雨量的等级调整视频采集设备的开启间隔。并且可以通过调查该地区的历史降雨量，将降雨量的威胁程度分成不同的四个等级（I，II,III, VI),I级：每日0~IOmm ；11级：每日IOmm~25mm ; III级：每日25~50mm ;VI级：每日50~100mm。当雨量计I检测到降雨量达到等级I时可以自动提示打开视频监控I的摄像头，雨量计的采集时间间隔为I小时一次，在远程监控中心就可以看到泥石流沟上游的变化情况；雨量计2检测到降雨量达到等级I时自动提示打开泥位
I、地声I数据采集通道以及视频监控2 ;雨量计3检测到降雨量达到等级I时自动提示打开泥位2、地声2数据采集通道以及视频监控3 ;当降雨量达到等级II时即10~25mm时，现场采集设备3可以自动对设备采集时间进行调节，要将各个采集数据的采集时间自动加密，具体为将各个采集传感器数据的采集时间改为半个小时一次；当降雨量达到等级III即25~50mm时，现场采集设备3再次对传感器采集时间进行自动调整，改为10分钟一次；当降雨量达到等级VI时即50~IOOmm时，现场采集设备3将采集时间调整为最快采集时间2分钟一次，在降雨量逐渐减少后现场采集设备会自动的将传感器采集时间恢复到原来正常的采集时间即I小时采集一次数据。而且，地声和泥位监测的采集时间间隔要随着雨量计的采集时间间隔而加快，这样就可以更直接的监控泥石流沟里的泥水位的变化，同时，布置在泥石流沟的四个摄像头可以实时的观测到泥石流沟里重要节点的具体变化情况，这样更有利于自动判断泥石流沟的具体暴发情况。
[0031]本【具体实施方式】提供的泥石流自动化监测预警装置的最后一道预警防线就是地质灾害无线报警系统，无线报警系统与雨量、泥位、地声数据相结合在一起，也是分为不同的威胁等级，由于这三种监测设备可以通过数据融合分析将数据发送到远程监控中心，因此加上无线报警模块，无线报警模块实时融合和分析三种数据的变化，根据数据的不同变化实时发出无线预警信号，可以随时提醒远程监控中心的观测人员是否进行相应的人员撤离和安全保障措施的实施。
[0032]采用本【具体实施方式】提供的技术方案，通过将降雨量监测、泥位监测、地声监测和视频监控技术结合在一起，对泥石流实现综合监测，而且各个传感器监测之间有联动监测，充分做到仪器功耗降低、成本降低、通过相应传感器的自我判断来实现所有仪器联动，从而解决现有泥石流监测仪器不间断工作的缺点；同时，在泥石流沟的不同位置布置相应的监控摄像头可以更好的对泥石流的暴发产生直观的印象，更好的对泥石流的发生机理进行研究。
[0033] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，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。
【权利要求】
1.一种泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，包括: 视频采集设备，用于将采集的泥石流沟视频数据发送给现场数据采集设备； 传感器组件，用于将采集的雨量数据、地声数据和泥位数据发送给现场数据采集设备; 现场数据采集设备，用于将接收的泥石流沟视频数据、将接收的地声数据和泥位数据转换成数字信号以及将接收的雨量数据转换成开关量信号后发送给远程传输模块，并根据其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号启动视频采集设备和传感器组件； 远程传输模块，用于将接收的数字信号和开关量信号通过无线网络上传并接收其它泥石流自动化监测预警装置发送的启动信号。
2.根据权利要求1所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述视频采集设备包括: 视频编码单元，用于将摄像机输出的PAL制或NTSC制的格式信号的泥石流沟视频数据进行模数转换和编码； 视频采集芯片，用于将经过模数转换和编码的泥石流沟视频数据通过总线接口或视频输出接口发送给所述现场数据采集设备。
3.根据权利要求1所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述现场数据采集设备包括: 嵌入式微处理器，用于将泥石流沟视频数据、转换成数字信号的地声数据和泥位数据以及转换成开关量信号的雨量数据发送给远程传输模块； AD转换模块，用于将接收的地声数据和泥位数据转换成数字信号； 开关量模块，用于将接收的雨量数据转换成开关量信号。
4.根据权利要求3所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述现场数据采集设备还包括: 软件调试模块，用于调试所述嵌入式微处理器的程序设置。
5.根据权利要求3所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述现场数据采集设备还包括: 外部晶振模块，用于为所述嵌入式微处理器提供实时精确的数字时钟。
6.根据权利要求3所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述现场数据采集设备还包括: 存储模块，用于存储泥石流沟视频数据、地声数据、泥位数据和雨量数据。
7.根据权利要求3所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述现场数据采集设备还包括: 雨量采集控制模块，用于根据雨量的等级调整视频采集设备的开启间隔。
8.根据权利要求1所述的泥石流自动化监测预警装置，其特征在于，所述远程传输模块为3G无线传输模块。
9.一种基于权利要求1至8任意一项所述的泥石流自动化监测预警装置的设置方法，其特征在于，包括:将第一个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流上游，将第二个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中上游，将第三个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流中下游，将第四个泥石流自动化监测预警装置设置在泥石流沟口。
【文档编号】G08B21/10GK103489288SQ201310471203
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】殷跃平, 曹修定, 王晨辉, 孟庆佳, 杨凯, 李鹏 申请人:中国地质调查局水文地质环境地质调查中心