CN212483880U

CN212483880U - Gnss与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***

Info

Publication number: CN212483880U
Application number: CN202021563858.6U
Authority: CN
Inventors: 杜军; 杜鹏宇; 彭军; 刘智
Original assignee: Jingqi Industry Hunan Co ltd
Current assignee: Jingqi Industry Hunan Co ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2030-07-31

Abstract

本实用新型提供一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，包括在监测点设置若干监测站，监测站包括定位监测桩和若干埋设在地面下的传感器，定位监测桩包括定位组件、桩体、控制组件，定位组件包括陀螺仪、GNSS天线以及电路板，电路板上包括OEM板卡和MEMS加速度计，GNSS天线连接OEM板卡接收卫星导航***的定位信息，控制组件包括蓄电池、数据采集前端、数据转换电路、MCU数据处理电路、通信模块，数据采集前端采集埋设在地面下的传感器、陀螺仪、MEMS加速度计和卫星导航***的定位信息，数据经通信模块发送给运算中心，运算中心计算监测结果，监控大屏显示现场监控结果，预警报警信息和预警地地理坐标信息发送给相关管理人员的终端设备。

Description

GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***

技术领域

本实用新型属于地质灾害监测技术领域，特别是涉及GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***技术领域。

背景技术

常见的地质灾害有地震、火山、滑坡、泥石流、底面塌陷、地面沉降、地裂缝、崩塌、煤岩和瓦斯***等。地质灾害监测运用各种技术和方法，测量、监视地质灾害活动以及各种诱发因素动态变化的工作。自动化监测技术涉及到的工程应用技术种类非常广泛，包括传感器技术、通信技术、互联网技术等。

全球卫星导航***（GNSS）目前包括美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO和我国北斗卫星导航***。随着北斗卫星导航***的发展，利用北斗卫星定位进行实时监测成为可能。北斗高精度地质灾害监测其中一个最基础关键的方面是现场状态的感知与数据采集，监测点的特点包括：被监测的结构物一般所处环境比较恶劣，地质体变形缓慢，地质灾害发生往往与降雨量有密切关系，监测地点没有市电接入，初始阶段需要对天线的定位精度进行校验，中国专利申请公布号CN103235328A的文献公开了一种GNSS与MEMS组合导航的方法，结合GNSS与MEMS的加速度计和陀螺仪数据，提高组合导航的精度，该方法可借鉴应用于地质灾害监测的监测点定位，GNSS定位具有高精度的特点，但不能确保定位导航服务的连续性，惯性导航技术（INS）具有短期高精度的特点，两者组合可以构件高精度、高可靠性的实时定位***。

针对以上问题，在利用北斗卫星定位***监测地质灾害时，GNSS与陀螺仪融合定位的高精度地质灾害监测装置和***需要进行合理的配置和结构设计，以满足地质灾害监测的使用需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，实现利用北斗卫星定位***高精度监测地质灾害的目的。

一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，包括在监测点设置若干监测站，所述监测站包括定位监测桩和若干埋设在地面下的传感器，所述定位监测桩包括定位组件、桩体、控制组件、第一电缆、第二电缆、桩体底板，所述定位组件包括陀螺仪、GNSS天线、以及电路板，所述电路板上包括OEM板卡和MEMS加速度计，所述GNSS天线连接OEM板卡，所述OEM板卡通过GNSS天线接收卫星导航***的定位信息，所述电路板上设置若干接头，所述陀螺仪连接电路板上的接头，所述第一电缆的一端连接电路板上的接头，另一端接入控制组件内，所述第二电缆的一端连接电路板上的接头，另一端穿出桩体连接埋设在地面下的传感器，所述控制组件包括蓄电池、数据采集前端、数据转换电路、MCU数据处理电路、通信模块，所述数据采集前端采集埋设在地面下的传感器、陀螺仪、MEMS加速度计数据和卫星导航***的定位信息，所述数据采集前端采集到数据后经数据转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号输入MCU数据处理电路处理和加密后，数据经通信模块发送给运算中心，运算中心运算处理计算埋设在地面下的传感器的监测结果和通过卫星导航***的定位信息与陀螺仪、MEMS加速度计数据融合计算监测桩处的滑坡监测数据，监控大屏显示现场监控结果，当发现预警报警信号时，将预警报警信息和预警地地理坐标信息发送给相关管理人员的终端设备。

进一步地，所述蓄电池配置电池电量计计量蓄电池剩余电量，所述数据采集前端采集电池电量计的数据，所述第一电缆和第二电缆内均包括电源线和数据线，所述蓄电池通过电源线为数据采集前端、陀螺仪、电池电量计、通信模块、数据转换电路、MCU数据处理电路以及埋设在地面下的传感器供电，所述运算中心同时监控蓄电池的电量数据，在蓄电池电量不足的情况下，通知地面巡检人员及时更换蓄电池。

进一步地，所述预警地地理坐标信息通过卫星导航***的定位信息确定。

进一步地，所述定位监测桩还包括太阳能发电板，所述太阳能发电板连接蓄电池。

进一步地，所述陀螺仪为非贴片式九轴陀螺仪。

进一步地，所述定位组件还包括安装板、安装架、安装螺栓、连接凸台、防水接头和圆顶形的玻璃钢罩，所述陀螺仪的上方设置弓形的安装支架，所述安装支架上部中央通过安装螺栓紧固连接GNSS天线，所述安装板底部一侧朝下连接安装防水接头，所述防水接头用于穿过第一电缆，所述安装板使用玻璃钢罩密封遮罩，所述玻璃钢罩与安装板的环形侧壁之间密封防水连接，所述安装板底部设置有连接凸台，所述桩体内部中空，所述连接凸台***桩体内，所述连接凸台上设置接线孔，所述接线孔用于穿过第二电缆。

进一步地，所述若干埋设在地面下的传感器包括倾斜仪、裂缝计、水位计、位移计、雨量计。

进一步地，所述控制组件设置在防水箱内，所述防水箱固定安装在桩体上。

进一步地，所述通信模块采用北斗短报文通信终端、4G通信模组的任意一种或两种结合使用。

进一步地，所述终端设备为手机、平板电脑或地质灾害监测预警专用手持终端。

本实用新型的优点是：提供一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，通过卫星导航***的定位信息与陀螺仪、MEMS加速度计数据融合计算监测桩处的滑坡监测数据实现高精度地质灾害监测，通过第二线缆连接设置在监测点的各类传感器，***结构合理，将地质灾害监测现场采集到的监测数据实时发送，将接收到的指定监测数据发送给运算中心，所述运算中心同时监控蓄电池的电量数据，确保监测***不停止监测，通过掌上APP通知地面巡检人员，所述运算中心通过平台大数据引擎通过清洗、提取、整合、存储，提供AI引擎实时监测分析结构物的形变数据，在发生重大险情前及时预警，通过全渠道推送***进行预警推送，相关负责人员进行及时掌上处置，保障人民生命财产安全，为GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***的实现提供一个优选的解决方案。

附图说明

图1为一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***结构示意图；

图2为一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***定位监测桩结构示意图；

图3为一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***定位组件内部结构示意图；

图中：监测站1、定位监测桩10、定位组件11、桩体12、控制组件13、第一电缆14、第二电缆15、桩体底板16、太阳能发电板17、安装板111、陀螺仪112、安装架113、安装螺栓114、GNSS天线115、连接凸台116、防水接头117。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明，以便于本领域技术人员理解本实用新型。

本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，本说明书未详述的部分均可采用现有技术实现。

实施例1：如附图1~3所示，为一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，包括：在监测点设置若干监测站1，所述监测站1包括定位监测桩10和若干埋设在地面下的各类传感器，所述定位监测桩10内包括定位组件11、桩体12、控制组件13、第一电缆14、第二电缆15、桩体底板16、太阳能发电板17，所述定位组件11包括安装板111、陀螺仪112、安装架113、安装螺栓114、GNSS天线115、连接凸台116、防水接头117和圆顶形的玻璃钢罩以及电路板，所述电路板上包括OEM板卡和MEMS加速度计，所述陀螺仪112为非贴片式九轴陀螺仪，所述陀螺仪112的上方设置弓形的安装支架113，所述安装支架113上部中央通过安装螺栓114紧固连接GNSS天线115，所述GNSS天线115连接OEM板卡，所述OEM板卡通过GNSS天线115接收卫星导航***的定位信息，所述电路板上设置若干接头，所述陀螺仪112连接电路板上的接头，所述安装板111底部一侧朝下连接安装防水接头116，所述防水接头116用于穿过第一电缆14，所述第一电缆14的一端连接电路板上的接头，另一端穿出防水接头116接入控制组件13内，所述安装板111使用玻璃钢罩密封遮罩，所述玻璃钢罩与安装板111的环形侧壁之间密封防水连接，所述安装板111底部设置有连接凸台116，所述桩体12内部中空，所述连接凸台116***桩体12内，所述连接凸台116上设置接线孔，所述接线孔用于穿过第二电缆15，所述第二电缆15的一端连接连接电路板上的接头，另一端穿出桩体12连接埋设在地面下的各类传感器，包括但不限于倾斜仪、裂缝计、水位计、位移计、雨量计等，所述控制组件13设置在防水箱内，所述防水箱固定安装在桩体12上，所述控制组件13包括蓄电池、电池电量计、数据采集前端、数据转换电路、MCU数据处理电路、通信模块等功能模块，所述蓄电池配置电池电量计计量蓄电池剩余电量，所述数据采集前端采集埋设在地面下的各类传感器、陀螺仪、MEMS加速度计、电池电量计的数据和卫星导航***的定位信息，所述数据采集前端采集到数据后经数据转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号输入MCU数据处理电路运算处理和加密后，数据经通信模块发送，所述通信模块可采用北斗短报文通信终端、4G通信模组等可以结合使用，其中一种实现方式如图1所示，采用北斗通信中断发送数据，数据经北斗卫星转发后，由北斗地面接收机接收后，发送给运算中心，进一步地，所述第一电缆14和第二电缆15内均包括电源线和数据线，所述蓄电池通过电源线为数据采集前端、陀螺仪、电池电量计、北斗通信终端、数据转换电路、MCU数据处理电路等以及倾斜仪、裂缝计、水位计、位移计、雨量计等供电，所述电池电量计、陀螺仪、倾斜仪、裂缝计、水位计、位移计、雨量计等的监测数据通过数据线一起被数据采集前端采集，经过数据转换和数据处理后，通过北斗通信终端经过北斗卫星传输，通过北斗地面接收机接收，运算中心运算处理，一是计算各类传感器的监测结果，二是通过GNSS与陀螺仪、MEMS加速度计数据融合计算监测桩10的附近的滑坡监测数据，计算方法参照CN 108828644 A中所述GNSS/MEMS紧组合导航***中动态突变识别方法计算监测桩10处的动态突变，结合各类传感器的监测结果分析判断滑坡发生的概率，实现地质灾害事故的预先识别和报警，监控大屏显示现场监控结果，当发现预警报警信号时，将预警报警信息发送给相关管理人员的终端设备，所述运算中心同时监控蓄电池的电量数据，所述北斗通信终端同时发送监测点的地理位置坐标信息，在连续阴雨天蓄电池电量不足的情况下，通过北斗通信终端发送的定位信息确定预警地地理坐标，给出监测桩10所在地理位置的经纬度信息，通过掌上APP（具体可以采用手机、平板电脑、地质灾害监测预警专用手持终端等，形式包括微信、钉钉、邮件、短信、电话、QQ、APP等方式）通知地面巡检人员及时更换蓄电池，确保监测***不停止监测，所述运算中心4通过平台大数据引擎通过清洗、提取、整合、存储，提供AI引擎实时监测分析结构物的形变数据，在发生重大险情前及时预警，通过全渠道推送***进行预警推送，相关负责人员进行及时掌上处置，保障人民生命财产安全。

以上实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式，而不是用于限定本实用新型，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型所要求的保护范围。

Claims

1.一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，包括在监测点设置若干监测站，所述监测站包括定位监测桩和若干埋设在地面下的传感器，所述定位监测桩包括定位组件、桩体、控制组件、第一电缆、第二电缆、桩体底板，所述定位组件包括陀螺仪、GNSS天线、以及电路板，所述电路板上包括OEM板卡和MEMS加速度计，所述GNSS天线连接OEM板卡，所述OEM板卡通过GNSS天线接收卫星导航***的定位信息，所述电路板上设置若干接头，所述陀螺仪连接电路板上的接头，所述第一电缆的一端连接电路板上的接头，另一端接入控制组件内，所述第二电缆的一端连接电路板上的接头，另一端穿出桩体连接埋设在地面下的传感器，所述控制组件包括蓄电池、数据采集前端、数据转换电路、MCU数据处理电路、通信模块，所述数据采集前端采集埋设在地面下的传感器、陀螺仪、MEMS加速度计数据和卫星导航***的定位信息，所述数据采集前端采集到数据后经数据转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号输入MCU数据处理电路处理和加密后，数据经通信模块发送给运算中心，运算中心运算处理计算埋设在地面下的传感器的监测结果和通过卫星导航***的定位信息与陀螺仪、MEMS加速度计数据融合计算监测桩处的滑坡监测数据，监控大屏显示现场监控结果，当发现预警报警信号时，将预警报警信息和预警地地理坐标信息发送给相关管理人员的终端设备。

2.根据权利要求1所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述蓄电池配置电池电量计计量蓄电池剩余电量，所述数据采集前端采集电池电量计的数据，所述第一电缆和第二电缆内均包括电源线和数据线，所述蓄电池通过电源线为数据采集前端、陀螺仪、电池电量计、通信模块、数据转换电路、MCU数据处理电路以及埋设在地面下的传感器供电，所述运算中心同时监控蓄电池的电量数据，在蓄电池电量不足的情况下，通知地面巡检人员及时更换蓄电池。

3.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述定位监测桩还包括太阳能发电板，所述太阳能发电板连接蓄电池。

4.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述陀螺仪为非贴片式九轴陀螺仪。

5.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述定位组件还包括安装板、安装架、安装螺栓、连接凸台、防水接头和圆顶形的玻璃钢罩，所述陀螺仪的上方设置弓形的安装支架，所述安装支架上部中央通过安装螺栓紧固连接GNSS天线，所述安装板底部一侧朝下连接安装防水接头，所述防水接头用于穿过第一电缆，所述安装板使用玻璃钢罩密封遮罩，所述玻璃钢罩与安装板的环形侧壁之间密封防水连接，所述安装板底部设置有连接凸台，所述桩体内部中空，所述连接凸台***桩体内，所述连接凸台上设置接线孔，所述接线孔用于穿过第二电缆。

6.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述若干埋设在地面下的传感器包括倾斜仪、裂缝计、水位计、位移计、雨量计。

7.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述控制组件设置在防水箱内，所述防水箱固定安装在桩体上。

8.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述通信模块采用北斗短报文通信终端、4G通信模组的任意一种或两种结合使用。

9.根据权利要求1或2所述一种GNSS与陀螺仪融合的高精度地质灾害监测***，其特征在于，所述终端设备为手机、平板电脑或地质灾害监测预警专用手持终端。