一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置.pdf

本发明涉及了一种大型山体滑坡数据采集与传输的装置，应用于滑坡数据监测技术领域；装置连接一远程的服务端，其中包括：采集管理单元，包括多个数据采集接口，分别对应连接传感单元，并分别通过数据采集接口获取相应的传感单元采集得到的传感数据；控制单元，连接采集管理单元，用于控制采集管理单元采集传输数据的方式，并获取采集管理单元传输的传感数据；通信单元，分别连接控制单元以及远程的服务端，控制单元将采集得到的传输数据通过通信单元发送至服务端。上述技术方案的有益效果是：整合多类型传感器，能够处理不同类型传感器采集得到的不同类型的数据，保证监测的便捷性；同时保证数据实时传输。

权利要求书
1.  一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置，其特征在于，集成多个不同类型的传感单元，每个所述传感单元用于感应并采集一类相应的传感数据；
所述装置连接一远程的服务端；
所述装置上包括：
采集管理单元，包括多个数据采集接口，每个所述数据采集接口对应连接一个所述传感单元，所述采集管理单元分别通过所述数据采集接口获取相应的所述传感单元采集得到的所述传感数据；
控制单元，连接所述采集管理单元，用于控制所述采集管理单元采集所述传输数据的方式，并获取所述采集管理单元传输的所述传感数据；
通信单元，分别连接所述控制单元以及远程的所述服务端，所述控制单元将采集得到的所述传输数据通过所述通信单元发送至所述服务端。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集接口包括：
第一接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的模拟信号；和/或
第二接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的数字信号和/或脉冲信号；和/或
第三接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的振弦信号。

3.  如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采集管理单元还包括：
模数转换模块，连接所述第一接口，用于将通过所述第一接口采集得到的所述模拟信号转换成相应的数据信号。

4.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括：
并行采集模块，通过相应的所述数据采集接口控制多个所述传感单元并行采集所述传感数据；
排序采集模块，其中预设有对应每个所述传感单元的优先级参数，所述排序采集模块通过相应的所述数据采集接口控制多个所述传感单元按照预设的所述优先级参数排序采集所述传感数据。

5.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括：
第一调整模块，用于调整相应的所述数据采集接口的采集频率，以获得相应的所述传感单元采集得到的所述传感数据；
第二调整模块，用于调整相应的所述数据采集接口的采集周期。

6.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
输入单元，分别连接所述采集管理单元和所述控制单元，供使用者向所述采集管理单元和/或所述控制单元输入相应的控制指令。

7.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信单元包括：
第一传输模块，通过GPRS传输方式向所述服务端传输所述传感数据；和/或
第二传输模块，通过无线传输方式向所述服务端传输所述传感数据；和/或
第三传输模块，通过紫蜂传输方式向所述服务端传输所述传感数据。

8.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信单元还包括：
显示接口模块，供所述采集系统接入一外部的可移动显示装置，并在所述可移动显示装置上显示所述传感数据。

9.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信单元还包括：
校准模块，用于对所述采集系统进行实时定位，并校准所述采集系统的实时时间。

10.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
数据存储单元，连接所述控制单元，用于存储所述传感数据。

11.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
供电单元，用于对所述装置供电。

12.  一种采集板，其特征在于，包括如权利要求1-11所述的装置。

说明书一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置
技术领域
本发明涉及滑坡监测技术领域，尤其涉及一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置。
背景技术
现有技术中，为了监测预报山体滑坡，需要在容易发生山体滑坡的山区设置多种类型的传感器，根据传感器传回来的数据进行综合分析，并最终对山体滑坡进行监测预报。
现有技术中，通常通过人工设置传感器的方式对山体滑坡现象进行监测预报。但是由于山区的特殊地形，人工设置传感器不仅危险性较高，劳动强度也比较大，同时由于山体滑坡发生的突然性，人工测量周期太长可能得不到想要的数据。同时滑坡的复杂性导致其致灾因子众多，仅靠一种、两种传感器进行监测难以发现滑坡形成的内在机理。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，现提供一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置的技术方案，具体包括：
一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置，其中，装置集成多个不同类型的传感单元，每个所述传感单元用于感应并采集一类相应的传感数据；
所述装置连接一远程的服务端；
所述装置上包括：
采集管理单元，包括多个数据采集接口，每个所述数据采集接口对应连接一个所述传感单元，所述采集管理单元分别通过所述数据采集接口获取相应的所述传感单元采集得到的所述传感数据；
控制单元，连接所述采集管理单元，用于控制所述采集管理单元采集所 述传输数据的方式，并获取所述采集管理单元传输的所述传感数据；
通信单元，分别连接所述控制单元以及远程的所述服务端，所述控制单元将采集得到的所述传输数据通过所述通信单元发送至所述服务端。
优选的，该装置，其中，所述数据采集接口包括：
第一接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的模拟信号；和/或
第二接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的数字信号和/或脉冲信号；和/或
第三接口，供所述采集管理单元获取相应的所述传感单元采集得到的振弦信号。
优选的，该装置，其中，所述采集管理单元还包括：
模数转换模块，连接所述第一接口，用于将通过所述第一接口采集得到的所述模拟信号转换成相应的数字信号。
优选的，该装置，其中，所述控制单元包括：
并行采集模块，通过相应的所述数据采集接口控制多个所述传感单元并行采集所述传感数据；
排序采集模块，其中预设有对应每个所述传感单元的优先级参数，所述排序采集模块通过相应的所述数据采集接口控制多个所述传感单元按照预设的所述优先级参数排序采集所述传感数据。
优选的，该装置，其中，所述控制单元还包括：
第一调整模块，用于调整相应的所述数据采集接口的采集频率，以获得相应的所述传感单元采集得到的所述传感数据；
第二调整模块，用于调整相应的所述数据采集接口的采集周期。
优选的，该装置，其中，所述装置还包括：
输入单元，分别连接所述采集管理单元和所述控制单元，供使用者向所述采集管理单元和/或所述控制单元输入相应的控制指令。
优选的，该装置，其中，所述通信单元包括：
第一传输模块，通过GPRS传输方式向所述服务端传输所述传感数据；和/或
第二传输模块，通过无线传输方式向所述服务端传输所述传感数据；和/ 或
第三传输模块，通过紫蜂传输方式向所述服务端传输所述传感数据。
优选的，该装置，其中，所述通信单元还包括：
显示接口模块，供所述采集系统接入一外部的可移动显示装置，并在所述可移动显示装置上显示所述传感数据。
优选的，该装置，其中，所述通信单元还包括：
校准模块，用于对所述采集系统进行实时定位，并校准所述采集系统的实时时间。
优选的，该山体滑坡数据采集系统，其中，所述装置还包括：
数据存储单元，连接所述控制单元，用于存储所述传感数据。
优选的，该装置，其中，所述装置还包括：
供电单元，用于对所述装置供电。
优选的，该装置，其中，还包括：
数据中转端，连接在所述装置与所述服务端之间；
所述装置通过所述通信单元将所述传感数据通过所述数据中转端传输至所述服务端。
一种采集板，其特征在于，包括上述的用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置中的所述装置。
上述技术方案的有益效果是：集成了山体滑坡监测所需的多种类型的传感器，能够处理不同类型传感器采集得到的不同类型的数据，保证监测的便捷性；同时保证传感数据的实时传输，避免传输通道的堵塞。
附图说明
图1-4是本发明的较佳的实施例中，一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置的结构示意图；
图5-8是本发明的较佳的实施例中，用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置进行数据传输时的数据格式构成示意图。
具体实施方式
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
现有技术中，通常需要多种类型的传感器采集数据支持对山体滑坡现象的监测和预测。但是受限于山区的复杂地形，人工设置传感器的数量以及类型都会受到限制，并且传感器分散设置，使得安装传感器的危险性加大，同样加大了安装者的工作强度。而且由于所设置的传感器的数量和类型均受到限制，因此可能导致感应传回的数据量不足以分析出可能的山体滑坡现象，或者导致分析结果出现偏差，最终都有可能造成山体滑坡的监测、预测失败。
基于现有技术中存在的上述问题，本发明的较佳的实施例中，提供一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置。
如图1所示，上述装置1中具体包括：
集成有多个不同类型的传感单元11。本发明的较佳的实施例中，传感单元11的类型以信号类型划分，例如被划分为采集模拟信号的模拟信号传感单元，采集数字信号的数据信号传感单元以及脉冲信号传感单元，以及采集振弦信号的真线信号传感单元。
进一步地，本发明的较佳的实施例中，上述模拟信号传感单元可以为电压型或者电流型传感单元。
本发明的较佳的实施例中，上述数字信号传感单元可以为雨量计或者脉冲计等。
本发明的较佳的实施例中，上述振弦信号传感单元可以为高精度的振弦传感器。
本发明的较佳的实施例中，如图1所示，上述装置1中包括：
采集管理单元12。如图2所示，本发明的较佳的实施例中，采集管理单元12上集成有多个数据采集接口121。每个数据采集接口121对应一个相应的传感单元11。因此，本发明的较佳的实施例中，每一类数据采集接口121 对应于一类相应的传感单元11，例如：
数据采集接口121被划分为三类：第一接口121a、第二接口121b以及第三接口121c。
本发明的较佳的实施例中，上述第一接口121a供采集管理单元获取相应的传感单元采集得到的模拟信号，例如电流型传感器或者电压型传感器等；
本发明的较佳的实施例中，由于从上述第一接口121a获得的为模拟信号，因此需要在第一接口a处连接一模数转换模块122(如图2所示)。本发明的较佳的实施例中，模数转换模块122可以将获得的模拟信号转换成相应的数字信号。
本发明的较佳的实施例中，上述模数转换模块可以为一高速的模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)。
本发明的较佳的实施例中，上述第一接口可以为一多路模拟电路接口，该模拟电路具有滤波和信号放大的功能，同时提供了较大的输入阻抗用以适应不同的传感单元。
本发明的较佳的实施例中，第二接口121b供采集管理单元获取相应的传感单元采集得到的数字信号和/或脉冲信号；
本发明的较佳的实施例中，上述第二接口121b所连接的传感单元11可以为数字信号传感单元，和/或脉冲信号传感单元，例如雨量计和/或脉冲计等。
本发明的较佳的实施例中，由于第二接口121b直接获得数字信号，因此不需要连接额外的模数转换模块。
本发明的较佳的实施例中，上述第二接口121b可以为一宽范围高速接入电路接口。
本发明的较佳的实施例中，通过第二接口121b采集脉冲信号时，通过多相位测量技术，可以使测量脉宽的精度达到10ns以上，因此采集到小于2.5ns的波形，精度可以达到0.01Hz。
本发明的较佳的实施例中，第三接口121c供采集管理单元获取相应的传感单元采集得到的振弦信号。
本发明的较佳的实施例中，上述第三接口121c所连接的传感单元11可以为振弦信号传感单元，例如振弦传感器。
本发明的较佳的实施例中，上述第三接口121c可以为一多通道高精度振弦传感器调理采集电路接口。
本发明的较佳的实施例中，根据上述设置的三个数据采集接口121，分别将相应的传感单元11连接至装置1上。
本发明的较佳的实施例中，上述关于接口的列举式描述为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，并非因此限定本发明的保护范围。则本发明的其他实施例中，于装置上可以包括其他类型的数据采集接口，以连接其他类型的传感单元。装置上同一类型的数据采集接口也可以包括多个，从而尽可能多地接入相应的传感单元，以保证足够的传感数据量来进行山体滑坡的监测和预测。
本发明的较佳的实施例中，采集管理单元12中还可以包括其他扩展型接口(未示出)，例如数字信号扩展接口等，用于接入其他潜在的传感单元，并获取相应的传感数据。
本发明的较佳的实施例中，上述采集管理单元12可以集成于一现场可编程门阵列芯片(Field－Programmable Gate Array，FPGA)中，即采用FPGA芯片管理上述多个数据采集接口，并获取采集得到的传感数据。FPGA芯片内部的锁相回路部分(Phase Locked Loop，PLL)能够提供较高的数字信号处理速度。
本发明的较佳的实施例中，如图1所示，上述装置1上还包括：
控制单元13，连接上述采集管理单元12。本发明的较佳的实施例中，控制单元13用于控制采集管理单元采集传输数据的方式，并获取采集管理单元传输的传感数据。
进一步地，本发明的较佳的实施例中，如图3所示，上述控制单元13包括：
并行采集模块131。本发明的较佳的实施例中，并行采集模块131用于控制采集管理单元12并行采集多个传感单元11得到的传感数据。进一步地，本发明的较佳的实施例中，以上述采集管理单元12为FPGA芯片为例。芯片为64*64数据分配矩阵的设计，每个数据节点连接一行或一列，每个行列都可以单独实现操作。因此，通过向FPGA芯片发送相应的控制指令，可以实现通过相应的数据采集接口121控制多个传感单元11并行采集数据的采集 方案。
排序采集模块132。本发明的较佳的实施例中，排序采集模块132中预设有对应每个传感单元11的优先级参数。则本发明的较佳的实施例中，排序采集模块132通过相应的数据采集接口121控制多个传感单元11按照预设的优先级参数排序采集传感数据。
本发明的较佳的实施例中，通过上述排序采集模块132，可以发送相应的指令至采集管理单元12，以对相应的数据采集接口121赋予优先级参数，并根据优先级参数进行排序，根据排序确定每个数据采集接口121对应的传感单元11采集数据的顺序。
本发明的较佳的实施例中，仍然如图3所示，上述控制单元13还包括：
第一调整模块133，用于调整相应的数据采集接口的采集频率，以获得相应的传感单元采集得到的传感数据；例如，若需要采集模拟信号，则可以将采集频率调整到最高(例如1KHz以上)，若需要采集振弦信号，则可以将采集频率调整到3Hz以上。
第二调整模块134，用于调整相应的数据采集接口的采集周期。
本发明的较佳的实施例中，采集周期可以根据不同需求自行进行设置或者调节。第二调整模块134发出相应的调整指令，以控制采集管理单元12调整相应数据采集接口121的采集周期。
本发明的较佳的实施例中，上述控制单元13可以集成于一CPU芯片上。
本发明的较佳的实施例中，上述CPU芯片可以集成单循环乘法累计算法、经过优化的单指令多数据流算法、饱和运算指令以及可选择的单精度浮点算法等，可以大幅提升传感数据的处理速度。
本发明的较佳的实施例中，如图1所示，上述装置1上还包括：
输入单元14，分别连接上述采集管理单元12和控制单元13。本发明的较佳的实施例中，输入单元14供使用者向上述采集管理单元12和/或控制单元13输入相应的编码指令，以向采集管理单元13和/或控制单元13下发相应的控制指令。
因此，本发明的较佳的实施例中，上述装置允许使用者进行自定义编码，以定义其他相应的功能，例如定义数据采集的方式等。
本发明的较佳的实施例中，上述装置1上还包括：
通信单元15，连接上述控制单元13。本发明的较佳的实施例中，装置1通过通信单元15连接一远程的服务端2。进一步地，本发明的较佳的实施例中，装置1通过通信单元15将采集得到的传感数据发送至远程的服务端中进行相应分析。
本发明的较佳的实施例中，由于装置1本身处于地形复杂的山区中，网络信号可能较差。为了保证数据传输的连续性和实时性，采用多种通信方式进行数据传输，因此，本发明的较佳的实施例中，如图4所示，通信单元15具体包括：
第一传输模块151。本发明的较佳的实施例中，第一传输模块151采用通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)进行传感数据的传输。
第二传输模块152。本发明的较佳的实施例中，第二传输模块152采用无线网络传输方式进行传感数据的传输。具体地，本发明的较佳的实施例中，第二传输模块152采用433m无线模块传输数据。
第三传输模块153。本发明的较佳的实施例中，第三传输模块153采用紫蜂技术(Zigbee)传输传感数据。
本发明的较佳的实施例中，一个传输模块即为一个通信网络接口。
本发明的其他实施例中，还可以采用其他网络传输技术进行传感数据的传输。因此，上文中所列举的网络传输方式仅为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，并非因此限制本发明的保护范围。
本发明的较佳的实施例中，如图4所示，上述通信单元15中还包括：
显示接口模块154。本发明的较佳的实施例中，显示接口模块154可以为一手持设备(Personal Digital Assistant，PDA)连接接口。本发明的较佳的实施例中，PDA接口用于接入外部相应的手持设备，并可将采集得到的传感数据显示于手持设备的显示屏上。
本发明的较佳的实施例中，如图4所示，上述通信单元15中还包括：
校准模块155。本发明的较佳的实施例中，由于应用环境为地形复杂的山区，通信信号可能较差，因此装置1的时间系统可能会紊乱，从而造成一些按照时间采集的传感数据出现偏差或丢包现象。因此，本发明的较佳的实施例中，采用校准模块155对装置1的时间系统进行校准。
本发明的较佳的实施例中，校准模块155可以为一全球定位模块(Global Position System，GPS)，通过GPS模块，不仅可以实时定位装置1的位置，还可以实时校准装置1的时间系统。
本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述装置1还包括：
数据存储单元16，连接上述控制单元13。本发明的较佳的实施例中，数据存储单元16用于保存上述采集得到的传感数据。
本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述装置1中还包括：
供电单元17。本发明的较佳的实施例中，供电单元17用于对装置1供电。
本发明的较佳的实施例中，由于山区地形复杂，经常会发生断电现象，因此于装置1中设置独立的供电单元17，可以对装置1进行独立供电，而不用担心突然断电会对装置1的正常工作造成影响。
本发明的较佳的实施例中，上文中所述的装置1可以集成于一采集板中。
本发明的较佳的实施例中，由于山区地形复杂，虽然如上文中所述在通信单元15中设置有多种网络传输方式，在一种网络传输方式无法使用时可以切换至其他能用的网络传输方式继续保证数据传输的实时性和完整性。但是有时候恶劣的通信环境下，长距离的网络传输可能并不通畅，这时候需要在距离装置1较近的位置搭建一个中转站，并通过该中转站进行传输。
因此，本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述装置1还远程连接：
数据中转端3。本发明的较佳的实施例中，数据中转端3连接在上述装置1和远程的服务端2之间。具体地，本发明的较佳的实施例中，数据中转端3与装置1之间通过通信单元连接，并且数据中转端3自身通过相应的通信单元与远程的服务端2连接。
本发明的较佳的实施例中，数据中转端3需要搭建在距离装置1较近的位置，同时数据中转端3所处的位置也必须是可以跟服务端2进行正常通信的位置。例如：
装置1设置于山区中采集传感数据，数据中转端3可以设置于山脚下通信环境良好的村落中，服务端2可以设置于较远的中心城市中。装置1可以与数据中转端3之间无线连接，数据中转端3可以与服务端2之间实现GPRS 连接。则传感数据经由装置1采集得到，并发送至数据中转端3，随后数据中转端3将传感数据发送至远程的服务端2，从而形成一个完整的数据传输链路。
上述示例仅为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，并非因此限定本发明保护范围。
由于采用GPRS传输方式进行传感数据的传输时，由于传输数据量较大，有可能会造成传输通道堵塞、数据传输丢包等问题，从而导致数据传输的质量下降。针对上述问题，本发明的较佳的实施例中，采用定长的通信协议，通过GPRS传输方式进行数据传输。简言之，本发明的较佳的实施例中，根据每个传感单元经过处理后的传感数，针对其特点，以占用字节数最小且不丢失数据的原则定制相应的数据格式。例如：对于一个预设的传感单元A而言，其采集得到的传感数据，以帧头-数据长度-主板ID-传感器通道ID-数据的格式进行传输。
例如：
如图5所示，为每个传感器所对应的ID以及相应的数据类型和格式，图2中的传感器包括双轴倾角传感器(14通道传感器)、土壤湿度传感器(2通道传感器)、雨量计、振弦传感器1、振弦传感器2、温度传感器(10通道传感器)、时间以及经纬度位置信息以及电流型传感器等。
则以双轴倾角传感器的传感数据封装为例，其数据格式如图6所示，可以为：
0X5AA5(帧头)+0xx(数据长度)+0X01(主板ID)+0X30(通道ID)+DDMMYY(日月年)+HHMMSSS(时分秒)+-509(通道1A数据)+1200(通道1B数据)+-1200(通道2A数据)+*****+1200(通道7B数据)。
本发明的较佳的实施例中，时间戳由上文中所述的日月年和时分秒组成，其数据格式如图7所示，总共包括7个字节，每个字节8位。其中由于毫秒表示需要用到小数，因此占用两个字节，例如用3039(十六进制)表示12.345秒(十进制)。
因此，本发明的较佳的实施例中，仍然以上述双轴倾角传感器为例，其传感数据的数据格式如图8所示，其中有用数据的数据长度总共占37个字节，包括7字节的时间戳信息，28字节的的14通道传感数据，1字节的通道ID 信息以及1字节的主板ID信息。
本发明的较佳的实施例中，采用上述定长的数据格式进行传感数据的传输，可以有效防止GPRS通道传输大容量数据时发生通道堵塞或者数据丢包的现象。
综上所述，本发明的目的在于：通过于一块采集板上整合多个不同类型的传感单元，形成用于大型滑坡多传感器集成数据采集的综合装置，能够有效避免因需要人工放置不同传感器带来的较高的危险性和较大的劳动强度，并且对山体滑坡现象进行全方面的有效监测，使得检测结果更精确，能够以大量的量测数据全面支持山体滑坡现象的预测。同时，采用多网络传输方式并存以及数据中转等方式进行远程的数据传输，能够保证数据传输的实时性和完整性，最大限度降低山区恶劣的通信环境对数据量测产生的影响。
本发明的较佳的实施例中，还提供一种采集板，其中包括上述装置，即上述装置集成于该采集板中。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。