一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置及系统

1.一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置，包括：
用于采集现场数据的12V供电的传感器模块和5V供电的传感器模块；
用于将现场数据转换为数字信号的AD转换器；
用于将数字信号发送给数据传输模块的CPU；
其特征在于，所述装置还包括：
用于将数字信号发送的数据传输模块，所述数据传输模块包括无线数据传输模块XTend OEM和北斗卫星模块UM330；
用于为现场监控设备供电的CPU供电模块、AD供电模块、5V供电模块和12V供电模块。
2.根据权利要求1所述的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置，其特征在于，所述
12V供电的传感器模块包括雨量传感器、钻孔倾斜仪、含水率传感器和水位传感器。
3.根据权利要求1所述的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置，其特征在于，所述
5V供电的传感器模块包括位移传感器和泥水位监测传感器。
4.一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控系统，其特征在于，包括远程监控子系统和现场监控设备，所述现场监控设备设置有如权利要求1至3任意一项所述的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置；
所述现场监控设备用于采集监测点的现场数据，并将采集的现场数据进行AD转换后通过卫星信号发送给远程监控子系统；
所述远程监控子系统用于接收并保存所述现场数据，并且当将所述现场数据表明相应的监测点出现异常时发送预警信号，并提示工作人员。
5.根据权利要求4所述的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控系统，其特征在于，所述远程监控子系统以IPSTAR作为卫星计入网络端口，通过Web服务器提供给客户远程的实时现场数据。

一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置及系统，属于地质安全监测技术领域。\n背景技术\n[0002] 现有的山洪泥石流远程监测方法主要是通过标准电话线、网络、移动宽带、ISDN数据线或直接连接，并能够控制云台/镜头、存储视频监控图像，从而将远方活动场景传送到观看者的电脑屏幕上，并具备当报警触发时向接收端反向拨号报警功能。但是山洪泥石流通常发生在边远林区和野外，很多通讯设备因信号较差或无持续电源等问题都无法正常使用。\n发明内容\n[0003] 本发明为解决现有的山洪泥石流远程监测技术中存在的通讯设备因信号较差或无持续电源而无法正常使用的问题，进而提供了一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置及系统。为此，本发明提供了如下的技术方案：\n[0004] 一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置，包括：\n[0005] 用于采集现场数据的12V供电的传感器模块和5V供电的传感器模块；\n[0006] 用于将现场数据转换为数字信号的AD转换器；\n[0007] 用于将数字信号发送给数据传输模块的CPU；\n[0008] 用于将数字信号发送的数据传输模块；\n[0009] 用于为所述现场监控设备供电的CPU供电模块、AD供电模块、5V供电模块和12V供电模块。\n[0010] 一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控系统，包括远程监控子系统和现场监控设备；\n[0011] 所述现场监控设备用于采集监测点的现场数据，并将采集的现场数据进行AD转换后通过卫星信号发送给远程监控子系统；\n[0012] 所述远程监控子系统用于接收并保存所述现场数据，并且当将所述现场数据表明相应的监测点出现异常时发送预警信号，并提示工作人员。\n[0013] 本发明提供了一种比较通用的、实用的远程监控系统的网络结构。采用卫星通讯完成数据的传输，采用分区供电的原则，在不需要工作的时间可以切断电源以最大限度的降低功耗。将通过卫星信号将视频远程监控系统引入地质环境监测领域，解决了部分地区无法传输监测数据的问题。\n附图说明\n[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0015] 图1是本发明的具体实施方式提供的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置的结构示意图；\n[0016] 图2是本发明的具体实施方式提供的CPU供电模块的电路结构示意图；\n[0017] 图3是本发明的具体实施方式提供的AD供电模块的电路结构示意图；\n[0018] 图4是本发明的具体实施方式提供的5V供电模块的电路结构示意图；\n[0019] 图5是本发明的具体实施方式提供的12V供电模块的电路结构示意图；\n[0020] 图6是本发明的具体实施方式提供的频率量接口和激励源输出通道的电路结构示意图；\n[0021] 图7是本发明的具体实施方式提供的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控系统的结构示意图。\n具体实施方式\n[0022] 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。\n[0023] 本发明的具体实施方式提供了一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置，如图\n1所示，包括：\n[0024] 用于采集现场数据的12V供电的传感器模块1和5V供电的传感器模块2；\n[0025] 用于将现场数据转换为数字信号的AD转换器3；\n[0026] 用于将数字信号发送给数据传输模块5的CPU4；\n[0027] 用于将数字信号发送的数据传输模块5；\n[0028] 用于为所述现场监控设备供电的CPU供电模块6、AD供电模块7、5V供电模块8和\n12V供电模块9。\n[0029] 具体的，采集现场数据的设备需要连接的传感器类型比较多，并且都是有源类型，\n12V供电的传感器模块1可以包括雨量传感器、钻孔倾斜仪、含水率传感器和水位传感器，\n5V供电的传感器模块2可以包括位移传感器和泥水位监测传感器，其中一些传感器工作时电流比较高，考虑到这些因素，在对整体功耗设计时，按照分区供电的原则，哪个传感器工作就为哪个传感器供电，在不工作的时间彻底切断电源以最大限度的降低功耗。在本具体实施方式中分为CPU供电模块6、AD供电模块7、5V供电模块8和12V供电模块9，在选择外部电源系统时，采用12V供电的太阳能电源系统，下面按分区供电说明。\n[0030] CPU供电模块6的电路结构如图2所示，CPU4采用的嵌入式处理器PIC24F16KA102是3.3V供电，12V的输入电压必须进行DC降压处理。DC降压是比较损耗功率的，相当于把部分电能转化为热能，有很多仪器为降低功耗采用的CPU内核工作电压可以低到1.8V，同样电源也不能用DC降压，经常是直接采用与CPU电压相近的电池，采集传输仪由于需要兼顾为传感器供电，必须使用12V的外部供电，因此选用了一个自身功耗非常低的DC模块LTC3631，LTC3631的静态电流是12微安，在3.3V电压下最大输出电流可以达到100毫安，在采集传输仪中，LTC3631只需要向CPU供电，这些指标是符合要求的。采用正常工作模式全速运行消耗电流是3.4毫安，整机功耗不过0.04瓦，目前选用的太阳能供电系统太阳能板是20瓦，电池是电压12V容量19安时的铅酸充电电池，如果发生长期阴雨导致太阳能板无法供电，单靠电池容量，按照理论计算，可以保持232天连续工作。在CPU的正常工作模式下，仪器对于外部中断(比如雨量数据的采集)和IO电流采集(断线溃坝监测)等时间敏感的监测二作可以达到零延迟，完全处于实时状态。在分区供电的模式下，仪器的整个运行周期内，除非到了定时采集传输数据时间或发生突发事件，绝大部分时间只需要向CPU供电即可，在不用分区供电的情况下，整机电流在20毫安，这意味着整体功耗下降了6倍，对功耗的降低是决定性的。\n[0031] AD供电模块7的电路结构如图3所示，可采用LP3878芯片。LP3878芯片是一款低压差线性稳压器(LDO)，最大可以输出800毫安的电流，输出噪声的典型值是18微伏，适用于作为高精度AD转换器的基准电源，在图3中，8脚是使能端，连接PIC24的IO脚，采集数据时在PIC24的控制下使能为AD供电，完成后关断停止供电。\n[0032] 5V供电模块8的电路结构如图4所示，可采用LM2596S芯片。LM2596S芯片是一款降压开关稳压器，最大输出3安电流，可以为一些功耗较大的传感器供电，在图4中，5脚是开关，受到PIC24的IO脚控制，在通常情况下关断，工作时打开，以便最大限度的降低功耗。\n[0033] 12V供电模块9的电路结构如图5所示，可采用G6E-134P芯片。G6E-134P芯片是一款欧姆龙的继电器，最大支持3A电流，可以为一些功耗较大的传感器供电，PIC24的IO脚通过三极管控制继电器的通断，继电器工作电流为43毫安，不过考虑到一般情况下工作时间很短，所以对整体功耗的降低影响不大。\n[0034] AD转换器3可采用ADS1256型AD转换器，该AD转换器是一种24位的AD转换器。\n目前设计的电路已经达到了16位精度，满足了设计的要求，目前连接的电压型传感器所要求的精度都低于它的实际转换精度。在可预见的将来，一些电压型传感器可以提供更高的数据分辨率，虽然还没有具体的数字指标，但是设计工作要做一定的超前性研究，在采集电路方面主要是做一些微调，包括对AD的基准电源的外围器件的参数进行调整，采用一些新的元件，更改一些电路板的布线，以降低基准电源自身的噪声水平，进一步提高AD采集转换的精度。\n[0035] 数据传输模块5可以包括无线数据传输模块XTend OEM和北斗卫星模块UM330。\n无线数传模块在野外工作时采用杆型天线效果要好于鞭型天线，在布设时如果天线之间保持无遮挡，那么传输的效果就非常好，此外与当地的地形、天气等的关系也比较紧密，基于无线数传模块更需要在现场布设时注意当地情况。北斗卫星模块UM330是由分离式模块组成，功耗相对较大，比较适用于车载方面使用本具体实施方式采用的RDDS四合一模块将芯片、低噪声放大器、射频、基带整合在一个芯片上，只需要再配上天线系统即可组成整机，各项指标都获得了一定的提升，比较重要的首次捕获时间小于2秒，失锁重捕时间小于1秒，可以应用于-250～+700的环境。\n[0036] 另外，在本具体实施方式提供的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置上还可以增加频率量接口和激励源输出通道，以方便连接频率型传感器(比如用于监测崩塌的钢弦式应力传感器等)，相应的电路结构如图6所示，激励信号可以根据不同的传感器编制不同的程序产生。\n[0037] 本具体实施方式还提供了一种山洪泥石流宽带卫星视频远程监控系统，如图7所示，包括远程监控子系统71和现场监控设备72，现场监控设备72设置有如上实施例所述的山洪泥石流宽带卫星视频远程监控装置；\n[0038] 现场监控设备72用于采集监测点的现场数据，并将采集的现场数据进行AD转换后通过卫星信号发送给远程监控子系统71；\n[0039] 远程监控子系统71用于接收并保存所述现场数据，并且当将所述现场数据表明相应的监测点出现异常时发送预警信号，并提示工作人员。\n[0040] 具体的，远程监控子系统71采用卫星接入服务器完成数据的传输，以IPSTAR作为卫星计入网络端口，同时采ZigBee技术，通过Web服务器提供给客户远程的实时现场数据。\n[0041] 现场监控设备72安装在选择的监测点上对相应地点的各项指标进行监测，在监测的过程中主要对监测点的雨量、地声、泥水位等物理量进行采集，并将采集的数据通过卫星信号进行发送。远程监控子系统71通过卫星信号接收现场监控设备72采集的现场数据，并对数据进行分析处理和记录。通过远程监控子系统71可实现对监测点的远程监控，及时了解相关监测点的各项监测指标；还可以对各监测点的雨量、地声、泥水位等物理量以及报警信息进行记录和分析，这些记录和分析的数据可作为相关研究的重要依据。\n[0042] 现场监控设备72由于布置在野外环境中，通常环境较为恶劣，不具备市电等条件，所以可采用太阳能进行供电，利用200-400MHz的电磁波信号进行数据传输，并且根据实际耗电情况进行分区供电；远程监控子系统71作为监控的上位机必须实现对各个监测点的实时状态监测和完整数据的收集与处理，所以需要24小时不问断工作，并且配备完善的UPS备用供电系统以及可靠的冗余系统，避免数据的丢失。\n[0043] 采用本具体实施方式提供的技术方案，通过采用卫星通讯完成数据的传输，采用分区供电的原则，在不需要工作的时间可以切断电源以最大限度的降低功耗。将通过卫星信号将视频远程监控系统引入地质环境监测领域，解决了部分地区无法传输监测数据的问题。\n[0044] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。