基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置及方法，该装置包括机壳和机芯电路，所述的机芯电路包括微处理器、数据采集模块、FLASH存储器、通信模块、电源控制模块和预警模块，所述的数据采集模块和电源控制模块分别与微处理器的RS232接口相连，FLASH存储器和通信模块分别通过内部总线与微处理器相连，预警模块与微处理器的RS485接口相连，所述的数据采集模块的信号输入端与传感器相连。该方法包括组件最小参数监测现场、微处理器收集数据、发送数据至计算机处理中心、预警、响应等步骤。本发明能够做到对地质灾害提前预警，从而及时对危险区域进行施工维护，以降低对水电施工单位人员人身安全的威胁。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置及方法。

背景技术

现场数据采集、监测、处理、传输技术，在多个行业广泛应用；但是大多数为单点布局，采用有线的数据传输方式，真正基于物联网技术且有较高的智能化的监测设备仍然处于不成熟阶段。

目前大多数的水电站相关地域没有建立相应的安全运行自动监测系统，大多采用人工巡视、随机检查等方式；这不能反映全部区域地质情况的实时变化，从而不能及时掌握所在辖区的地质灾害情况。随着数字技术的发展，多种监控手段的应用；，为及时有效的监控地质灾害的变化提供了有效的途径，而这也是多数的水电站安全运行所需要的安全预案。

由于水电站建设涉及到局部地质变化，且水电站施工多在地质灾害易发的山区，地质条件复杂，构造活动频繁，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等灾害隐患多、分布广，且隐蔽性、突发性和破坏性强，防范难度大。水电站地质灾害预警应该怎样采用物联网通信技术、地理信息（GIS）、全球定位（GPS/北斗系统）、无线网络（GPRS）、无线数据局域网络（ZIGBEE）、遥感遥测等先进技术手段，探索运用物联网等前沿技术，提升地质灾害调查评价、监测预警的精度和效率，是目前亟待研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置及方法，能够精确的、实时的完成地质灾害现场数据的采集、传输、处理和输出，在现场数据变化达到或超过预设报警值时，不仅发出警报，同时发出警示牌消息或关闭现场的电子栅栏，防止人员进入危险区域。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置，包括机壳和机芯电路，所述的机芯电路包括微处理器、数据采集模块、FLASH存储器、通信模块、电源控制模块和预警模块，所述的数据采集模块的信号输出端与微处理器的RS232接口相连，FLASH存储器和通信模块分别通过内部总线与微处理器相连，电源控制模块与微处理器的RS232接口相连，预警模块与微处理器的RS485接口相连，所述的数据采集模块的信号输入端与传感器相连。

该装置所述的通信模块采用GPRS、GSM、CDMA或卫星通信。 

该装置所述的电源控制模块包括太阳能充放电控制器和电池。

该装置所述的预警模块包括语音报警、警示牌或电子栅栏。

该装置所述的传感器包括雨量传感器、位移传感器、土壤含水率传感器和压力传感器中的三者及以上。

该装置所述的位移传感器为4～20mA的位移传感器。

该装置所述的土壤含水率传感器为4～20mA的土壤含水率传感器。

该装置所述的压力传感器为1～5V的压力传感器。

基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测方法，它包括以下步骤：

S1：组建最小参数监测现场：设置至少三种传感器连接至微处理器，传感器包括雨量传感器、位移传感器、土壤含水率传感器或压力传感器；

S2：数据采集模块将传感器采集到的现场数据传输至微处理器；

S3：微处理器将接收到的现场数据，通过通信模块发送至计算机处理中心；

S4：计算机处理中心根据预警数学模型，处理成预警结果，并通过网络发送至通信模块；

S5：微处理器根据通信模块接收到的预警结果，控制预警模块做出响应，语音报警、点亮警示牌、关闭电子栅栏。

该方法还包括一个导出历史监测数据的步骤：微处理器在接收到本地数据导出指令时，通过RS232接口与计算机COM接口导出历史监测数据。

该方法还包括一个微处理器实时监控电源控制模块的步骤，即实时监控太阳能充放电控制器及电池的工作状态。

本发明的有益效果是：本发明实时检测电站现场数据变化，及时将变化信息发送至计算机处理中心，计算机分析得出可能出现的危害，从而及时发布报警信息，预警模块对其进行执行，在监测现场发布警示牌、语音警示信息，严重时甚至“封锁”灾害现场，从而达到避免或减少人员的生命财产损失的目的，以此做到提前预警，从而及时对危险区域进行施工维护，以降低对水电施工单位人员人身安全的威胁。

附图说明

图1为本发明装置的组成框图；

图2为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测装置，包括机壳和机芯电路，所述的机芯电路包括微处理器、数据采集模块、FLASH存储器、通信模块、电源控制模块和预警模块，所述的数据采集模块的信号输出端与微处理器的RS232接口相连，FLASH存储器和通信模块分别通过内部总线与微处理器相连，电源控制模块与微处理器的RS232接口相连，预警模块与微处理器的RS485接口相连，所述的数据采集模块的信号输入端与传感器相连。

该装置所述的通信模块采用GPRS、GSM、CDMA或卫星通信。 

该装置所述的电源控制模块包括太阳能充放电控制器和电池。

该装置所述的预警模块包括语音报警、警示牌或电子栅栏。

该装置所述的传感器包括雨量传感器、位移传感器、土壤含水率传感器和压力传感器中的三者及以上。

该装置所述的位移传感器为4～20mA的位移传感器。

该装置所述的土壤含水率传感器为4～20mA的土壤含水率传感器。

该装置所述的压力传感器为1～5V的压力传感器。

如图2所示，基于物联技术的智能化电站地质灾害预警监测方法，它包括以下步骤：

S1：组建最小参数监测现场：设置至少三种传感器连接至微处理器，传感器包括雨量传感器、位移传感器、土壤含水率传感器或压力传感器；

S2：数据采集模块将传感器采集到的现场数据传输至微处理器；

S3：微处理器将接收到的现场数据，通过通信模块发送至计算机处理中心；

S4：计算机处理中心根据预警数学模型，处理成预警结果，并通过网络发送至通信模块；

S5：微处理器根据通信模块接收到的预警结果，控制预警模块做出响应，语音报警、点亮警示牌、关闭电子栅栏。

该方法还包括一个导出历史监测数据的步骤：微处理器在接收到本地数据导出指令时，通过RS232接口与计算机COM接口导出历史监测数据。

该方法还包括一个微处理器实时监控电源控制模块的步骤，即实时监控太阳能充放电控制器及电池的工作状态。

微处理器是整个检测装置的核心设备，其监控、管理着其他的外围设备，微处理器采用基于ARM7的32位处理器，具有处理速度快，功耗低，外设接口丰富，易于操作等特点；FLASH存储器采用1GB NAND FLASH和1GB NOR FLASH相结合的存储模式，雨量数据可以存储5年以上，具有可靠性高的特点；该设备具有：4路RS-232通信接口、2路RS-485通信接口、2路CAN通信接口、24路开关量输入接口，可完全满足外部设备对控制接口的需求。

数据采集模块，主要用于雨量 位移、土壤含水率、压力等现场数据参数采集，采用16路16BIT AD转换器，具有采集精度高，速度快的特点；同时具有4路2线(或3线)脉冲量输入接口、2路脉宽量输入接口、8路（可扩展为16路）频率量输入接口、2路模拟量输出接口、10路开关量输出（通用数字输出）接口，数据的发送采用增量控制、定时控制两种数据发送触发机制，增量阀值和定时周期可以任意配置。

通信模块，根据实际情况的需要可以任意配置GPRS、GSM、CDMA、3G、北斗卫星数据通信，在具体使用时，只需要更改相应的配置文件即可操作；同时可进行MSM短信数据收发的功能，以便在网络通信信号弱时能及时接收信息；支持多中心发送和主备信道自动切换。

预警模块，用于在现场数据变化达到或超过预设报警值时不仅发出语音警报，同时还能发出警示牌信息或关闭现场电子栅栏等操作。

电源控制模块，太阳能充放电控制器及电池，用于整个监测装置的电源供应，太阳能供电，功耗控制极低；支持掉电、休眠、永久在线三种电源管理模式，可实现低功耗工作模式下的双向通信。

该装置具备定时自检发送、死机自动复位、站址设定、掉电数据保护、实时时钟校准、直观现场显示和设备测试等功能；同时具备防死机措施功能、初始化自检功能、低功耗特性功能、远程唤醒功能、远程升级调试功能、数据存储自报功能、人工置数功能、PSTN振铃检测隔离功能。