[发明专利]一种智能崩塌监测装置及其监测方法

权利要求书

1.一种智能崩塌监测装置，其特征在于，包括组合式传感器、监测预警终端、无线通信模块、声光报警模块、供电模块和云服务器，所述组合式传感器设置在崩塌源区，所述监测预警终端用于对所述组合式传感器测量的数据进行收集和处理并判断是否达到崩塌阈值，所述组合式传感器通过数据线接入所述监测预警终端，所述监测预警终端分别与声光报警模块和无线通信模块相连接，所述监测预警终端将达到预警的数据信号转化为报警信号发送到所述声光报警模块，所述监测预警终端将所收集和处理的数据通过所述无线通信模块发送到所述云服务器，所述云服务器对所述监测预警终端发送的数据进行详细处理并保存，所述供电模块用于给组合式传感器、监测预警终端和无线通信模块提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种智能崩塌监测装置，其特征在于，所述组合式传感器包括用于测量崩塌宏观位移量的位移传感器、用于测量崩塌倾斜变化的倾角传感器和用于测量崩塌内部损伤破坏产生次声波的次声传感器，位移传感器、倾角传感器和次声传感器分别连接监测预警终端。

3.根据权利要求2所述的一种智能崩塌监测装置，其特征在于，所述监测预警终端包括用于采集所述组合式传感器测量信息并转换为数字信号的ADC转换器和用于计算、处理比较、输出报警信号的微处理器以及用于将所述组合式传感器测量信息进行储存的存储器，所述ADC转换器与所述组合式传感器建立信号连接，所述存储器通过微处理器与ADC转换器建立信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能崩塌监测装置，其特征在于，所述无线通信模块为NB-IoT，所述无线通信模块连接所述监测预警终端和所述声光报警模块以及云服务器，所述无线通信模块将声光报警指令发及时发送到所述声光报警模块，所述无线通信模块将监测预警终端采集的原始数据每间隔半小时发送到所述云服务器。

5.根据权利要求4所述的一种智能崩塌监测装置，其特征在于，所述声光报警模块安装在崩塌现场，所述声光报警模块通过接受监测预警终端的指令来现场提醒，所述供电模块包括太阳能板、充电控制器和锂电池，所述供电模块为组合式传感器、监测预警终端和无线通信模块提供电力供应。

6.根据权利要求5所述的一种智能崩塌监测装置，其特征在于，所述云服务器为阿里云服务器，所述云服务器与所述无线通信模块通信连接，所述云服务器接收所述无线通信模块的数据并对其进行处理、保存，将处理的结果通过手机APP或PC电脑的方式显示出来，所述云服务器对数据的处理原理在保存微处理器方式的情况下，将位移加速度值、倾角加速度值和声波检测信号进行融合分析，处理结果供用户远程查看。

7.一种智能崩塌监测方法，其特征在于，包括利用如权利要求1-6中任一项所述的一种智能崩塌监测装置，其包括以下步骤：

S1，将多个组合式传感器分布安装在崩塌源区，由组合式传感器采集崩塌源区的测量信息；

S2，组合式传感器将采集的测量信息发送到监测预警终端，由监测预警终端对测量信息进行分析和处理；

S3，若监测预警终端接收到的测量信号达到崩塌阈值，则监测预警终端向声光报警模块发送报警信号，并由声光报警模块响应声光警报指令；

S4，监测预警模块将接收处理的信号按时序通过无线通信的方式传送到监测客户端，客户端对接收的信号供后端解算和预警，同时备份传送到云服务器进行保存。

8.根据权利要求7所述的一种智能崩塌监测方法，其特征在于，在S1中，组合式传感器以3m*3m的矩阵式排布安装在崩塌源区，组合式传感器通过位移传感器采集崩塌源区的宏观位移量、通过倾角传感器采集崩塌源区的倾斜变化、通过次声传感器采集崩塌源区内部损伤破坏产生的次声波信号，倾角传感器数据处理原理和位移传感器处理原理一致，次声传感器是捕捉崩塌内部情况，探测到声波变化则输出报警信号。

9.根据权利要求8所述的一种智能崩塌监测方法，其特征在于，在S2中，监测预警终端每秒采集组合式传感器的测量信息，通过ADC转换器变为数字信号，进行计算处理、存储、比较以及向现场的声光报警模块发送声光报警指令。

10.根据权利要求9所述的一种智能崩塌监测方法，其特征在于，在S3中，所述微处理器为内部嵌入具有内部基准、采样保持和自动扫描功能的12位ADC转换器的MSP430单片机，其对数据处理的原理为：

位移传感器第一次采集的数值记为h₁，采集时间记为t₁；第二采集的数值记为h₂，采集时间记为t₂；第三次采集的数值记为h₃，采集时间记为t₃。第四次采集的数值记为h₄，采集时间记为t₄。计算第一次采样间隔的平均速度为v₁为：

第二次采样间隔的平均速度为v₂为：

第三次采样间隔的平均速度为v₃为：

计算第一阶段内的加速度a₁为：

计算第二阶段内的加速度a₂为：

最后，使得差值记为a：

a＝a₂-a₁

当a的值大于阈值时，监测预警终端向声光报警模块发出报警指令。