本實(shí)用新型涉及地質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種監(jiān)控地下多種地質(zhì)信息并根據(jù)收集的地質(zhì)信息判斷是否會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的自主式邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

滑坡是在一定條件下，受人工活動(dòng)、雨水沖刷、地殼運(yùn)動(dòng)或地震等因素的影響，使坡體的部分土體或巖體在重力作用下，沿著一定的斜面整體下滑的變形現(xiàn)象，由于其災(zāi)難性大，且滑坡產(chǎn)生的因素具有多樣性、多變性和復(fù)雜性，因此，造成了預(yù)測(cè)困難、治理困難等問(wèn)題，是威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的重大自然災(zāi)害之一。

其中，暴雨引發(fā)的滑坡占滑坡總數(shù)的90％，降雨時(shí)，一部分沿坡體表面向坡腳排泄，一部分從地表向坡體內(nèi)部下滲，地表水的下滲使坡體的重量不斷增大，在坡體內(nèi)形成滲流場(chǎng)，滑坡下滑力增大；地下水的下滲，使滑帶土充分飽和，剪切強(qiáng)度迅速降低；當(dāng)滑體下滑力大于滑帶的剪切強(qiáng)度時(shí)，滑坡體開(kāi)始移動(dòng)，條件進(jìn)一步惡化時(shí)，導(dǎo)致最終滑坡失去穩(wěn)定。

目前，用于對(duì)于地災(zāi)監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段和方法根據(jù)實(shí)施方式可分為兩大類：群測(cè)群防和專業(yè)監(jiān)測(cè)。

群測(cè)群防是發(fā)動(dòng)居住于地災(zāi)體上的廣大群眾，采用直接觀察或一定的輔助測(cè)量工具定期完成地災(zāi)關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)工作。此方式是目前我國(guó)應(yīng)用最成熟、有效的防災(zāi)手段。但是，由于監(jiān)測(cè)主體不具備地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)知識(shí)，專業(yè)化程度不高，對(duì)地災(zāi)體監(jiān)測(cè)的頻率低下，數(shù)據(jù)匯總、上報(bào)周期過(guò)長(zhǎng)等。

專業(yè)監(jiān)測(cè)：其根據(jù)實(shí)施過(guò)程又分為兩大類，一類是采用成熟的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由專業(yè)測(cè)繪、監(jiān)測(cè)人員定期對(duì)地災(zāi)點(diǎn)上監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)查，如使用測(cè)繪行業(yè)的全站儀進(jìn)行地表位移點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)繪，使用地質(zhì)鉆孔固定測(cè)斜儀進(jìn)行地下變形監(jiān)測(cè)等。另一類為無(wú)人值守式專業(yè)化監(jiān)測(cè)方法，這種方法采用(或借用)成熟的各類傳感技術(shù)，集成電子行業(yè)自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)，完成對(duì)地災(zāi)點(diǎn)全自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集發(fā)送，節(jié)省了大量的人力，數(shù)據(jù)采集頻率也更加高效。

但現(xiàn)有專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成度不高，各設(shè)備之間為簡(jiǎn)單的連接結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致 整體測(cè)量設(shè)備體積龐大，功能重疊。而且在功耗方面需求較大，需要專用的交流電等供電設(shè)備。此外，其安裝時(shí)需要專業(yè)人員完成，影響了使用效率。另外還存在預(yù)警方式單一、效率低下的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是要提供一種能夠監(jiān)控地下多種地質(zhì)信息并根據(jù)收集的地質(zhì)信息判斷是否會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害然后主動(dòng)報(bào)警的自主式邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

特別地，本實(shí)用新型提供的自主式邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

筒體，由多節(jié)筒節(jié)相互密封連接構(gòu)成；

紅外雨量計(jì)，安裝在所述筒體的上端，用于根據(jù)接觸到的雨水來(lái)測(cè)量當(dāng)前雨量；

測(cè)量傳感器，用于測(cè)量地表下不同深度的各種地質(zhì)信息，且分別安裝在不同的所述筒節(jié)內(nèi)；

控制模塊，用于控制各部件工作，包括處理器和接發(fā)信號(hào)的無(wú)線模塊，在所述筒體上設(shè)置有與所述控制模塊連接的磁感應(yīng)按鍵；

供電模塊，包括為各個(gè)部件提供運(yùn)行電力的蓄電池和電能儲(chǔ)存器；

能量收集裝置，包括收集芯片和充電管理模塊，用于收集所述控制模塊和所述供電模塊的冗余電量，并輸送給所述電能儲(chǔ)存器；

報(bào)警裝置，與所述控制模塊連接用于向外界發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式中，所述測(cè)量傳感器包括測(cè)量所述筒體傾斜變化的MEMS雙軸傾斜傳感器、根據(jù)FDR原理收集當(dāng)前位置處土壤含水率的含水率傳感器、利用插入土壤中的測(cè)量桿測(cè)量當(dāng)前位置處土壤溫度的溫度傳感器、均勻分布在筒體的圓周上以測(cè)量當(dāng)前土壤內(nèi)水滲透壓力的壓力傳感器、基于熱敏原理測(cè)量當(dāng)前位置處土壤滲流狀態(tài)的滲流傳感器、測(cè)量當(dāng)前筒體是否移動(dòng)的位移傳感器、測(cè)量當(dāng)前筒體移動(dòng)方向的電子羅盤方位監(jiān)測(cè)傳感器、測(cè)量當(dāng)前筒體承受的滑體應(yīng)力的應(yīng)力傳感器。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，在所述筒體內(nèi)還設(shè)置有GPS定位裝置。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述報(bào)警裝置包括本地聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)送模塊，以及設(shè)置在警戒區(qū)域內(nèi)接收所述遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)送模塊信號(hào)的區(qū)域報(bào)警裝置，所述區(qū)域報(bào)警裝置包括報(bào)警燈、報(bào)警喇叭和顯示信息的接收終端。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述筒節(jié)上設(shè)置有與所述控制模塊連 接的防水航空插頭和顯示屏。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述筒節(jié)與所述筒節(jié)之間設(shè)置有相互卡合的卡槽和卡軌結(jié)構(gòu)，在卡槽內(nèi)安裝有密封圈，在所述筒體的底部設(shè)置有密封蓋，所述密封蓋上連接有提高所述筒體固定后穩(wěn)定性的錨桿或錨索。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述筒體有多個(gè)用分別埋在地表下的不同深度處，各筒體之間通過(guò)錨索或錨桿相互連接，在所述筒體內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)所述錨桿或錨索拉力的拉力應(yīng)變片。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述供電模塊還包括依次與所述蓄電池連接的MOS開(kāi)關(guān)管電路和受控電源輸出接口，在所述MOS開(kāi)關(guān)管電路和受控電源輸出接口之間串聯(lián)有RTC電路；所述RTC電路設(shè)置有后備電池，和為后備電池充電的充電電路，所述充電電路與所述受控電源輸出接口連接；所述內(nèi)置電池還連接有外部電量輸入接口。

本實(shí)用新型提供的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成度高且超低功耗。可針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用特點(diǎn)，集成多種預(yù)警方式，并可根據(jù)收集的信息自動(dòng)分析、自動(dòng)報(bào)警，結(jié)構(gòu)上整體性強(qiáng)、防護(hù)等級(jí)高，特別適用于土石混合體結(jié)構(gòu)的邊坡地質(zhì)災(zāi)害，如露天礦開(kāi)采形成的邊坡、高速鐵路、公路修建形成的邊坡等，也可應(yīng)用于其它具有類似變形特質(zhì)的安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的自主式邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的紅外雨量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的自主式邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100一般性地包括用于安裝各個(gè)檢測(cè)部件的筒體20，和安裝在該筒體20上部的紅外雨量計(jì)10，安裝在該筒體20內(nèi)部的各種地質(zhì)信息測(cè)量傳感器、控制模塊和供電模塊，以及提高能量利用率的能量收集裝置。

該筒體20可以由多節(jié)筒節(jié)21相互密封連接構(gòu)成，在相互連接的兩個(gè)筒節(jié)21的接觸邊上，一個(gè)筒節(jié)21的連接端為具備內(nèi)凹卡槽的承接座，另一個(gè)筒節(jié)21的連接端為可卡入承接座內(nèi)的插接座，在承接座內(nèi)還可以設(shè)置彈性密封墊，兩個(gè)卡合后的筒節(jié)21可以通過(guò)螺栓固定。筒體20在使用時(shí)需要以豎直的方式 埋在預(yù)測(cè)量的地區(qū)土層內(nèi)。

如圖2所示，該紅外雨量計(jì)10安裝在筒體20的上端，在筒體20安裝完畢后，其需要露出地表，以根據(jù)接觸到的雨水狀態(tài)來(lái)測(cè)量當(dāng)前雨量。如圖2所示，該紅外雨量計(jì)10設(shè)置在筒體20的最上層，以便首先接觸到降雨，其包括弧形且透明的透光罩11，和設(shè)置在透光罩11內(nèi)部相對(duì)兩側(cè)的光線發(fā)射端12和光線接收端13，由光線發(fā)射端12發(fā)送的測(cè)量光束經(jīng)透光罩11折射后進(jìn)入光線接收端13，當(dāng)透光罩11的外表面沒(méi)有遮擋物時(shí)，光線發(fā)射端12發(fā)送的測(cè)量光束理論上完全被透光罩11的內(nèi)表面折射至光線接收端13，即光線接收端13此時(shí)接收到的測(cè)量光束強(qiáng)度與該測(cè)量光束發(fā)送時(shí)的光線強(qiáng)度一致。當(dāng)出現(xiàn)降雨現(xiàn)象時(shí)，雨水會(huì)滴到透光罩11的外表面，由于雨水與透光罩11的折射率相同或接近，因此當(dāng)測(cè)量光束經(jīng)過(guò)沾有雨水的透光罩11處時(shí)，此部分測(cè)量光束會(huì)被外面的雨水直接折射至空氣中，從而降低了最終到達(dá)光線接收端13的測(cè)量光束強(qiáng)度，根據(jù)預(yù)先測(cè)量的數(shù)據(jù)，可以由光線接收端13接收的測(cè)量光束強(qiáng)度和變化次數(shù)，確認(rèn)因透光罩11外表面的雨水折射出去的光線強(qiáng)度，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前的降雨信息。紅外雨量計(jì)10的測(cè)量信息傳送至控制模塊，作為控制模塊判斷當(dāng)前區(qū)域是否會(huì)發(fā)生滑坡的參考數(shù)據(jù)。該紅外雨量計(jì)10的具體結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作過(guò)程可以參見(jiàn)本申請(qǐng)人另一在先專利(201510317539.4)中的內(nèi)容。

測(cè)量傳感器與控制模塊連接，其根據(jù)當(dāng)前測(cè)量目的可設(shè)置多個(gè)，以測(cè)量地表下不同深度處的不同地質(zhì)信息，測(cè)量不同地質(zhì)信息的傳感器可以分別安裝在不同的筒節(jié)內(nèi)，并根據(jù)實(shí)際需要連接在筒體20的不同位置。

具體的測(cè)量傳感器可以包括基于MEMS雙軸測(cè)量原理的測(cè)量筒體20傾斜變化的傾斜傳感器，根據(jù)FDR原理收集當(dāng)前位置處土壤含水率的含水率測(cè)量?jī)x、溫度傳感器、壓力傳感器和滲流傳感器。

該傾斜傳感器集成了雙軸加速度計(jì)，在X或Y軸方向的加速度會(huì)在器件的XOUT或YOUT輸出端上產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。X軸和Y軸相互垂直。當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒(méi)有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。

含水率測(cè)量?jī)x、溫度傳感器、壓力傳感器和滲流傳感器可以安裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)上。該結(jié)構(gòu)包括敞口的上座和下座，以及連接上座和下座的四根空心管，在上座和下座內(nèi)安裝用于測(cè)量各種地土壤參數(shù)的測(cè)量電路板。

含水率測(cè)量?jī)x主要由一對(duì)電極(平行排列的金屬棒或圓形金屬環(huán))組成一個(gè) 電容，其間的土壤充當(dāng)電介質(zhì)，電容與振蕩器組成一個(gè)調(diào)諧電路，振蕩器工作頻率f隨土壤電容的增加而降低，電容C隨土壤含水量的增加而增加，由此可知振蕩器頻率與土壤含水量呈非線性反比關(guān)系。大多數(shù)情況下，F(xiàn)DR法在低頻(≤100M H z)工作，能夠測(cè)定被土壤細(xì)顆粒束縛的水。

FDR法是通過(guò)測(cè)量土壤介電常數(shù)變化而引起頻率變化來(lái)測(cè)量土壤的含水量，將這些變化轉(zhuǎn)變?yōu)榕c土壤含水量對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。利用土壤水分傳感器在不同土壤含水量中的歸一化頻率SF變化來(lái)測(cè)量土壤體積含水量(V％)：

$SF=\frac{F_a-F_s}{F_a-F_w}$

其中，F(xiàn)s為土壤中所測(cè)得的頻率，F(xiàn)a為放置于空氣中所測(cè)得的頻率，F(xiàn)w為放置于水中所測(cè)得的頻率。

$V\%=\frac{V_w}{V_e}$

體積含水量V％是土壤水分占有的體積(Vw)與土壤體積(Ve)之比，總之，加載于金屬桿上的高頻脈沖波的平均有效電壓值會(huì)隨周圍含水率的變化而變化，通過(guò)測(cè)量有效電壓來(lái)反算含水率。

溫度傳感器安裝在三根測(cè)量桿內(nèi)，以獲取周圍土壤的溫度。

將壓力傳感器均勻地安裝在在上座的外圓周位置處，以獲取筒體20安裝后，周圍土壤內(nèi)的水滲透壓力變化。

該滲流傳感器基于熱敏擴(kuò)散原理測(cè)量筒體20周圍的滲流現(xiàn)象。滲流是指水壓力作用下，水在土石體中滲透快慢的能力。其安裝在下座內(nèi)，其包括位于下座內(nèi)部的加熱、導(dǎo)熱金屬片，和位于下座外部的散熱環(huán)，加熱、導(dǎo)熱金屬片上粘貼有數(shù)個(gè)溫度傳感器，上表面和下表面為隔熱保溫材料，保證大部分熱量必須經(jīng)由散熱環(huán)散發(fā)。其測(cè)量過(guò)程為：被加熱的金屬片經(jīng)由散熱環(huán)向四周擴(kuò)散熱量，當(dāng)周圍的滲透水沒(méi)有流動(dòng)時(shí)，向四周拆散的熱量是均勻的，若周圍水是在流動(dòng)的，則在迎水面流失的熱量高于背水面流失的熱量，熱量流失的速率與外界水流速度有關(guān)，滲流方向會(huì)直接影響到發(fā)熱金屬板上等溫線的形狀，通過(guò)布置于金屬板上的多個(gè)陣列排列的溫度傳感器來(lái)進(jìn)行反向計(jì)算，即可同時(shí)獲得滲壓水的流速和流向。

此外，測(cè)量傳感器還可以包括測(cè)量當(dāng)前筒體20是否移動(dòng)的位移傳感器、測(cè)量當(dāng)前筒體移動(dòng)方向的電子羅盤方位監(jiān)測(cè)傳感器和測(cè)量當(dāng)前筒體20承受的滑體應(yīng)力的應(yīng)力傳感器。

該控制模塊用于控制各部件工作，包括處理器和接發(fā)信號(hào)的無(wú)線模塊，在 筒體20上設(shè)置有與控制模塊連接的磁感應(yīng)按鍵。處理器用于控制或計(jì)算各測(cè)量傳感器的測(cè)量參數(shù)，并利用無(wú)線模塊將結(jié)果發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控站，和接收遠(yuǎn)程監(jiān)控站的指令。采用磁感應(yīng)按鍵操作控制模塊，可以解決機(jī)械式按鍵帶來(lái)的密封隱患問(wèn)題。

如圖3所示，該供電模塊包括為各個(gè)部件提供運(yùn)行電力的蓄電池，和在用電單元需要相應(yīng)電壓的電量時(shí)提供滿足其要求電量的電能儲(chǔ)存器。供電模塊還包括依次與蓄電池連接的MOS開(kāi)關(guān)管電路，和將電量輸出至用電單元的電源輸出接口，接收外部指令的接口電路，在MOS開(kāi)關(guān)管電路和受控電源輸出接口之間串聯(lián)有RTC電路；該RTC電路設(shè)置有后備電池，和為該后備電池充電的與受控電源輸出接口連接的充電電路。此外，該蓄電池還連接有外部電量輸入接口，以在蓄電池沒(méi)有電力時(shí)進(jìn)行電力補(bǔ)充。RTC電路為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并具有在預(yù)定時(shí)間輸出中斷信號(hào)控制MOS開(kāi)關(guān)管接通蓄電池的功能。MOS開(kāi)關(guān)管電路具有電平信號(hào)開(kāi)啟、按鍵開(kāi)啟、以及來(lái)自接口電路的數(shù)字信號(hào)開(kāi)啟關(guān)閉功能，同時(shí)也具有開(kāi)機(jī)主控源檢測(cè)功能，可檢測(cè)是何種原因?qū)е碌拈_(kāi)機(jī)。RTC電路可接收來(lái)自接口電路的指令，修改當(dāng)前日期時(shí)間，修改下次中斷開(kāi)機(jī)的時(shí)間。RTC電路通過(guò)后備電池可以在MOS開(kāi)關(guān)管電路斷開(kāi)狀態(tài)下仍能保持RTC電路計(jì)時(shí)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而充電電路可以在每次開(kāi)機(jī)后向后備電池充電。接口電路包含按鍵接口和RTC通訊接口，以接收外部指令。

該能量收集裝置包括收集芯片和充電管理模塊，用于收集控制模塊和供電模塊的冗余電量，并輸送給電能儲(chǔ)存器。其中的電量收集芯片可以是德州儀器的bq25570、bq25505、TPS62740等芯片，而電能儲(chǔ)存器則是相應(yīng)的電容。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在間斷工作的過(guò)程中，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)斷電(或部分功能模塊斷電)時(shí)，其電路內(nèi)尚有十分可觀的電量，在斷電期間，這些電量逐漸在PCB基板或潮濕的空氣中流失，這些電量基本上存儲(chǔ)于電路中的多個(gè)電容里，通過(guò)能量收集裝置可以對(duì)這些電量回收，較沒(méi)有應(yīng)用此種技術(shù)的相同設(shè)備，對(duì)電能的利用至少提高50％，大大延長(zhǎng)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在有限能量下的工作時(shí)長(zhǎng)。

該無(wú)線模塊可以包括藍(lán)牙模塊、對(duì)講模塊、射頻433MHz模塊、GSM/GPRS模塊，藍(lán)牙模塊可與手持智能終端連接完成測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)配置、運(yùn)行狀態(tài)查看等功能。對(duì)講模塊可監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域預(yù)警廣播(需要對(duì)應(yīng)的對(duì)講報(bào)警器共同完成)。射頻433MHz模塊可以完成現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)域數(shù)字信息報(bào)警(需要對(duì)應(yīng)的射頻接收器共同完成)。GSM/GPRS模塊可以實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控站進(jìn)行終端數(shù)據(jù)交互、報(bào)警等功能。上述模塊可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況，選擇部分或全部進(jìn)行安裝。

進(jìn)一步地，還可以在筒體20內(nèi)安裝GPS模塊，以確定當(dāng)前測(cè)量系統(tǒng)的安裝位置，根據(jù)安裝位置的不同來(lái)區(qū)分是具體地點(diǎn)。此外；當(dāng)筒體20安裝在一些具有大位移變形的被測(cè)體上時(shí)(如泥石流)，還可以用于監(jiān)測(cè)大位移變形。

本實(shí)施例中，筒體20通過(guò)相互卡合的筒節(jié)21結(jié)構(gòu)，即方便調(diào)整具備不同測(cè)量功能的筒節(jié)21位置，又可以方便連接針對(duì)特定地質(zhì)條件測(cè)量的多個(gè)筒節(jié)21。整個(gè)筒體20安裝方式為完全埋入(需要雨量參數(shù)時(shí)，紅外雨量計(jì)需要露出地面)，安裝方法極其簡(jiǎn)單，不破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境，不占用安裝點(diǎn)土地，沒(méi)有常規(guī)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)需要的外置蓄電池、儀器箱等附屬裝置。

本實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)集成度高且超低功耗，專門針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用特點(diǎn)，集成多種預(yù)警方式，結(jié)構(gòu)上整體性強(qiáng)、防護(hù)等級(jí)高，特別適用于土石混合體結(jié)構(gòu)的邊坡地質(zhì)災(zāi)害，如露天礦開(kāi)采形成的邊坡、高速鐵路、公路修建形成的邊坡等，也可應(yīng)用于其它具有類似變形特質(zhì)的安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

進(jìn)一步地，為及時(shí)將地質(zhì)災(zāi)害信息通知到周圍群眾。本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，該報(bào)警裝置可以包括本地聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)送模塊，以及設(shè)置在警戒區(qū)域內(nèi)接收遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)送模塊信號(hào)的區(qū)域報(bào)警裝置，區(qū)域報(bào)警裝置包括報(bào)警燈、報(bào)警喇叭和顯示信息的接收終端。

在現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)監(jiān)測(cè)方式中，一般是重監(jiān)測(cè)、輕預(yù)警，大量專業(yè)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已投入使用，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要么長(zhǎng)期擱置，要么一少部分用于后期科學(xué)研究，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)預(yù)警的情況少之又少。大量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有預(yù)警功能或沒(méi)有可靠的預(yù)警機(jī)制。而且目前采用的臨災(zāi)預(yù)警流程一般是災(zāi)害體->無(wú)線網(wǎng)絡(luò)->數(shù)據(jù)中心->災(zāi)害體負(fù)責(zé)人->災(zāi)害體受威脅人員，這種信息流通方式與群測(cè)群防相比，具有信息實(shí)時(shí)性高的優(yōu)勢(shì)，但就信息流通路徑來(lái)看，還存在較強(qiáng)的間接預(yù)警特點(diǎn)，信息流通環(huán)節(jié)較多且為串行鏈路，依賴于設(shè)備可靠性、依賴于網(wǎng)絡(luò)是否暢通、依賴于數(shù)據(jù)中心軟件系統(tǒng)是否正常、依賴于數(shù)據(jù)中心管理人員責(zé)任心，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生異常就會(huì)導(dǎo)致預(yù)警失??；另一方面，這種預(yù)警方式是站站串行傳遞方式，無(wú)法迅速的使大部分受威脅人員獲知預(yù)警信息，預(yù)警的實(shí)效性存在較大隱患，嚴(yán)重時(shí)可能因?yàn)楸転?zāi)信息不及時(shí)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果。

而本實(shí)施例的報(bào)警預(yù)警理念是：將預(yù)警信息最先告知災(zāi)害影響區(qū)域內(nèi)的群體，其次才是應(yīng)急指揮中心。報(bào)警裝置利用無(wú)線模塊將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去。具體報(bào)警的方式包括現(xiàn)場(chǎng)廣播預(yù)警、小范圍射頻預(yù)警信息廣播、APP預(yù)警信息推送。

現(xiàn)場(chǎng)廣播預(yù)警為：在測(cè)量系統(tǒng)一定范圍內(nèi)(如：5KM)，安裝大功率聲、 光報(bào)警裝置，報(bào)警裝置內(nèi)置了對(duì)講接收模塊、音頻功放、大功率喇叭、光電報(bào)警器，可同步廣播由本測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)對(duì)講模塊發(fā)來(lái)的音頻，實(shí)現(xiàn)本區(qū)域直接預(yù)警功能。而在測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)的在居民家中安裝小型聲、光報(bào)警器，用于在緊急情況時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，特別是強(qiáng)降雨及深夜災(zāi)害信息。該預(yù)警方式可以最直接的方式向最需要預(yù)警信息的群體發(fā)出預(yù)警信號(hào)，效率最高，減少了中間環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了預(yù)警效率。

小范圍射頻預(yù)警信息廣播：以文字方式，將具體的報(bào)警內(nèi)容通過(guò)射頻模塊發(fā)送到本區(qū)域內(nèi)的射頻接收模塊，接收方可通過(guò)屏幕或與接收模塊連接的計(jì)算機(jī)獲取報(bào)警具體信息。

APP預(yù)警信息推送則是在用戶智能終端預(yù)安裝安全監(jiān)測(cè)預(yù)警APP軟件，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)信息推送方式將預(yù)警信息一次性向所有智能終端發(fā)送。

進(jìn)一步地，為方便獲取筒體20內(nèi)的測(cè)量信息，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，可以在筒節(jié)上設(shè)置與控制模塊連接的防水航空插頭和顯示屏。防水航空插頭可以直接利用手持式數(shù)據(jù)接收設(shè)備與測(cè)量系統(tǒng)形成交互。而顯示屏可以直接顯示當(dāng)前位置處土壤的測(cè)量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，為提高測(cè)量效果，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)筒體20以串聯(lián)的方式分別埋在地表下的不同深度處，各筒體20之間可以通過(guò)錨索或錨桿相互連接，為提高連接強(qiáng)度該筒體20的底部可以相應(yīng)的密封板，在密封板上設(shè)置相應(yīng)的連接接口。此外，錨桿和錨索也可以作為單獨(dú)筒體20的固定部件，如將筒體20以一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)連接，以避免筒體20移動(dòng)，具體地穩(wěn)定點(diǎn)可以是相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域的石塊或山崖。此外，為了解當(dāng)前筒體20承受的拉力，可以在筒體20內(nèi)設(shè)置檢測(cè)錨桿或錨索拉力的拉力應(yīng)變片。

現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一般遠(yuǎn)行規(guī)則是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)的物理量發(fā)生改變時(shí)，即自動(dòng)執(zhí)行其固定的監(jiān)測(cè)手段，或根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行自動(dòng)化控制，然后將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。顯然，若被監(jiān)測(cè)的物理量長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有變化時(shí)，重復(fù)的發(fā)送相同或相近的數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。本實(shí)用新型采用適時(shí)發(fā)送的管理模式：結(jié)合被監(jiān)測(cè)物理量的變化總量及變化速率，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)值超出了預(yù)定的數(shù)值時(shí)才啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或遠(yuǎn)程發(fā)送。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從功耗消耗上來(lái)分析，對(duì)電能消耗最大的是無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，平均約使用全部電能的80％以上，基于上述應(yīng)用特點(diǎn)，本實(shí)用新型的適時(shí)啟動(dòng)管理模式可以根據(jù)無(wú)線模塊工作狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行適時(shí)關(guān)閉，來(lái)節(jié)省用電量。當(dāng)需要獲取某種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或?qū)崿F(xiàn)某種功能時(shí)，再接通無(wú)線模塊的功率開(kāi)關(guān)，完成操 作后再斷開(kāi)功率開(kāi)關(guān)。

適時(shí)啟動(dòng)的總體思路是：當(dāng)被測(cè)物理量處于無(wú)變化狀態(tài)時(shí)，不斷延長(zhǎng)設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)間間隔，當(dāng)檢測(cè)到被測(cè)物理量的變化量超出預(yù)定值或預(yù)定速率時(shí)恢復(fù)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)為一個(gè)較小的值。如，當(dāng)此次監(jiān)測(cè)到的變化量相當(dāng)上次監(jiān)測(cè)到的變化量沒(méi)有變化，或是幅度在一個(gè)預(yù)定范圍內(nèi)，則延長(zhǎng)下一次的監(jiān)測(cè)啟動(dòng)時(shí)間，如下一次監(jiān)測(cè)到的變化量還是未發(fā)生變化，則再次延長(zhǎng)下下一次的監(jiān)測(cè)啟動(dòng)時(shí)間。相反地，如當(dāng)前的變化量超出了預(yù)期，則下次監(jiān)測(cè)啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)縮短。

上述工作方式可視為“定時(shí)啟動(dòng)模式”，若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的物理量要求實(shí)時(shí)在線時(shí)，則監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能斷開(kāi)電源，此時(shí)，上述方法同樣適用，不同的是，此時(shí)調(diào)整的不再是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功率開(kāi)關(guān)時(shí)間，而是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身對(duì)各模塊的功率開(kāi)關(guān)控制，通過(guò)不斷調(diào)整對(duì)物理量的掃描頻率，即可解決實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備功耗之間的矛盾。

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是間斷工作的基礎(chǔ)上，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)斷電(或部分功能模塊斷電)時(shí)，其電路內(nèi)尚有十分可觀的電量，在斷電期間，這些電量逐漸在PCB基板或潮濕的空氣中流失，這些電量基本上存儲(chǔ)于電路中的多個(gè)電容里，通過(guò)能量收集裝置對(duì)這些電量回收，較沒(méi)有應(yīng)用此種技術(shù)的相同設(shè)備，對(duì)電能的利用顯著，至少提高至少50％，大大延長(zhǎng)提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在有限能量下的工作時(shí)長(zhǎng)。

電容電量計(jì)算：C＝Q/U；

C為電容單位，單位為F；Q為電量，單位庫(kù)侖；U為電壓，單位V。

電容存儲(chǔ)的電量：Q＝C*U；

也可以用總功來(lái)表示：W＝1/2*CU²；

經(jīng)驗(yàn)估算，1F的電容所存儲(chǔ)的電量，約等效于一個(gè)0.83mAH的電池。

設(shè)電路中總的電容量約為：1000uF，則相當(dāng)于0.80uAH，若掃描頻率為5分鐘，則一天中總的電容流失電量約為0.8uAH*300次＝2.4mAH的電池，可全天為設(shè)備提供0.1mA的電量，而以5分鐘掃描一次、120分鐘存儲(chǔ)一次、24小時(shí)發(fā)送一次計(jì)算，設(shè)備平均電流消耗為0.08mA(忽略電容充電能量損失的理想狀態(tài))。

前面所說(shuō)的電容電量回收是一種100％理想回收的情況，實(shí)際應(yīng)用中，可以將能夠收集的能量按70％來(lái)計(jì)算，則回收與否導(dǎo)致的設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)至少相差1倍，或可以說(shuō)不進(jìn)行電容電量回收是談不上超低功耗的。

具體地，本實(shí)用新型的能量收集裝置收集冗余電量的方法如下：

步驟100，通過(guò)控制模塊獲取當(dāng)前各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作方式；

這里獲取的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作方式包括：該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的用電部件的啟動(dòng)頻率、每次啟動(dòng)時(shí)的工作時(shí)間，每次工作消耗的電量。

一般情況下，即使是全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也不是無(wú)時(shí)無(wú)刻保持?jǐn)?shù)據(jù)更新的，尤其是永久性監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，人們只需要每隔一段時(shí)間獲取一次數(shù)據(jù)即可，或者有“實(shí)時(shí)”獲取的需求，但這種實(shí)時(shí)也是相對(duì)的，比如1秒次、1分鐘一次甚至是1小時(shí)一次，電子設(shè)備的特點(diǎn)是，獲取某物理量參數(shù)或輸出某種控制信號(hào)，所用時(shí)間一般是極短的(ms級(jí)甚至是us、ns)，這樣，在大部分時(shí)間里，可以讓這些檢測(cè)、控制電路處于斷電狀態(tài)，可以大幅度的提高有限電能的利用率，這即是本步驟的目的。

步驟200，通過(guò)供電模塊檢測(cè)所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，用電部件的電能儲(chǔ)存器的用電狀況和用電標(biāo)準(zhǔn)；

本步驟需要了解當(dāng)前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電能儲(chǔ)存器本身的儲(chǔ)存量是多少，一次啟動(dòng)用電部件需要的最低電量是多少，當(dāng)前電能儲(chǔ)存器的電量是多少，一次可以補(bǔ)充多少電量等信息，以根據(jù)上述信息確定管理整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的用電和充電方式。同時(shí)，供電模塊還需要控制能量收集裝置的電量充入電能儲(chǔ)存器的過(guò)程。

具體的電量獲取方式可以是設(shè)置相應(yīng)的能量記錄模塊，該能量記錄模塊對(duì)應(yīng)于各電能儲(chǔ)存器，對(duì)電能儲(chǔ)存器的使用狀態(tài)進(jìn)行記錄，如AD7755、LTC2942芯片模塊等。

在本步驟中，能量記錄模塊不但記錄電能儲(chǔ)存器向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸出能量，同時(shí)還記錄向電能儲(chǔ)存器輸入的能量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能儲(chǔ)存器剩余電量的監(jiān)控。電能儲(chǔ)存器可以是電池或超級(jí)電池。

當(dāng)檢測(cè)到剩余電量不足以供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成一次工作時(shí)，則直接斷開(kāi)其充電電路，這一處理方法可有效延長(zhǎng)電能儲(chǔ)存器壽命，和節(jié)省電量收集裝置的電能。

此外，通過(guò)能量記錄模塊還可以確認(rèn)當(dāng)前電能儲(chǔ)存器是否有故障，當(dāng)控制模塊檢測(cè)到電能儲(chǔ)存器充電過(guò)程完成(已充滿)時(shí)的剩余電量與理論電量相減較大時(shí)，則可判斷此電能儲(chǔ)存器已經(jīng)損壞，可通過(guò)用戶接口輸出電池故障信息。

步驟300，根據(jù)所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作方式，僅在所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)相應(yīng)信息時(shí)或接發(fā)外部信息時(shí)才為所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行提供充分電力，在其余狀態(tài)下所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)僅提供基本電力；

本步驟即是對(duì)當(dāng)前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)定工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅在工作時(shí)才進(jìn)行通電操作，而平時(shí)都處于維持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在休眠狀態(tài)。

具體的監(jiān)控過(guò)程可以是：根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的獲取外界信息的時(shí)間間隔， 如10秒，在時(shí)間到來(lái)前的一秒對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相應(yīng)部件通電，使其能夠正常工作，當(dāng)其工作完畢后，再及時(shí)斷開(kāi)其相應(yīng)部件的供電，循環(huán)重復(fù)上述方式，以避免待機(jī)耗電。

步驟400，在所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)下時(shí)，收集所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的冗余電量，并在收集的冗余電量達(dá)到預(yù)定量時(shí)，輸送給所述電能儲(chǔ)存器。

此步驟是為了收集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)剛剛工作完畢后，還留存在其各個(gè)電容中的電量，以避免無(wú)謂的散失。通過(guò)一次或多次收集電量的累積，可以在滿足充電標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電能儲(chǔ)存器進(jìn)行電量補(bǔ)充，使電能儲(chǔ)存器中的電量可以持續(xù)不斷的得到補(bǔ)充，進(jìn)而延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用時(shí)間。

具體的回收時(shí)機(jī)可以是在斷開(kāi)功率電源前一刻，監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電容陣列的能量收集裝置在控制模塊的控制下開(kāi)始工作，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)冗余電量進(jìn)行回收。在任意時(shí)刻，可以通過(guò)接口電路來(lái)控制能量收集裝置開(kāi)始工作。

本實(shí)施例可對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有限電力能源合理利用，最大限度的節(jié)省能量資源，保障設(shè)備的正常運(yùn)行，并減少環(huán)境惡化，特別適合自主供電的無(wú)人值守式自動(dòng)化電子監(jiān)控設(shè)備。

本實(shí)施例中的控制模塊可以采用MCU控制器，如LPC2368，用于完成觸發(fā)源檢測(cè)、設(shè)置定時(shí)啟動(dòng)時(shí)間、剩余電量計(jì)算、電能儲(chǔ)存器類型設(shè)置、運(yùn)行日志存儲(chǔ)、用戶接口通訊等操作。同時(shí)，為方便中間數(shù)據(jù)的保存和運(yùn)行，該MCU控制器可以設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件，如FLASH存儲(chǔ)器。

進(jìn)一步地，為方便接收不同能量源輸入的信號(hào)，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，該能量收集裝置可以通過(guò)多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)向電能儲(chǔ)存器充電，能量收集裝置中的每個(gè)能量收集器分別與多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)的一個(gè)觸點(diǎn)連接，而多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)的輸出端通過(guò)功率開(kāi)關(guān)與電能儲(chǔ)存器連接。在控制模塊的控制下，當(dāng)任一個(gè)能量收集器收集的電量滿足要求時(shí)，即可向多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)接通，從而向預(yù)定的電能儲(chǔ)存器進(jìn)行電量補(bǔ)充。

多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)由一系列電平觸發(fā)輸入結(jié)點(diǎn)及“或”門電路、功率開(kāi)關(guān)組成。多路觸發(fā)開(kāi)關(guān)與電能儲(chǔ)存器、測(cè)量傳感器、MCU控制器連接，觸發(fā)條件滿足后，將電能儲(chǔ)存器的電能經(jīng)由自身功率開(kāi)關(guān)傳輸給測(cè)量傳感器。功率開(kāi)關(guān)閉合后，MCU控制器接管功率開(kāi)關(guān)，MCU控制器根據(jù)工作邏輯在適當(dāng)時(shí)間點(diǎn)控制斷開(kāi)功率開(kāi)關(guān)。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實(shí)用新型的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，仍 可根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本實(shí)用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。