一种地质灾害降雨量应急监测预警系统的制作方法

1.本发明涉及地质灾害监测预警技术领域，特别是涉及一种地质灾害降雨量应急监测预警系统。


背景技术：

2.目前，我国地质灾害的监测主要分为采用多种类型高精度仪器搭配使用的专业监测和以人工巡视监测为主的群测群防监测两类，对传统的崩塌、滑坡、泥石流灾害以及近年被广泛关注的矿山环境、地面塌陷和冰湖已经形成较为成熟的监测方法。近年来，突发性地质灾害日益增多，需要在地质灾害刚发生或有重大险情但还未发生状态下对灾害体进行快速监控，从而迅速制定避险、救灾等应急响应策略，现有的地质灾害群测群防和专业监测设备已经不能满足此应用场景下的需求。此外，目前的灾害报警方面也存在很多问题：如针对突发性地质灾害并无有效的预警效果；专业监测实时性不足，监测信息反馈流程较长；专业监测一般基于离散单点监测数据来分析地质灾害体整体稳定性状态，容易遗漏。因此，需要进一步完善地质灾害监测预警系统，提高预警效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种地质灾害降雨量应急监测预警系统，降雨量监测的覆盖面广、预警实时性强、信息化程度高、环境适应性强，能够及时提醒工作人员，提高地质灾害监测和临灾、抢险救灾阶段响应效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种地质灾害降雨量应急监测预警系统，包括：远程监控终端以及分布在多个监测点的降雨量监测设备，所述降雨量监测设备包括监测主机和快速安装支架，所述监测主机固定设置在所述快速安装支架的上方，所述快速安装支架用于将所述监测主机固定于监测点；所述监测主机包括微控制器以及与微控制器电性连接的雨量传感器、倾角传感器、位移传感器、无线通信模块、gps定位模块、供电模块和存储模块，所述雨量传感器用于监测降雨量，所述倾角传感器用于采集监测点的倾角数据，所述位移传感器用于采集监测点的位移数据，所述gps定位模块用于获取当前监测点位置，并传给所述微控制器，所述存储模块用于存储监测数据，所述供电模块用于为所述监测主机供电，所述微控制器通过无线通信模块与远程监控终端无线通信连接；
6.所述微控制器将监测到的降雨量数据、倾角数据、位移数据和对应的监测点位置信息发送到所述远程监控终端，所述远程监控终端包括服务器以及与服务器连接的显示屏，所述服务器还通过无线通信网络与工作人员的手机终端连接；所述服务器将接收到的降雨量数据与设定的安全阈值进行对比，如果超出安全阈值，则在显示屏上显示预警提示，并将预警信息以及对应的监测点位置信息发送至工作人员的手机终端，实现应急预警。
7.进一步的，所述快速安装支架包括固定顶板以及与固定顶板可拆卸连接的支架，所述固定顶板与所述监测主机通过磁吸方式可拆卸连接，所述支架用于与监测点固定连
接。
8.进一步的，所述监测主机外部罩设有外壳，整体采用abs材质，所述外壳的顶部预留开孔，用于安装所述雨量传感器的透明罩，所述外壳的底盖中心位置预留1/4-20unc螺孔，用于接驳标准快装板，底盖的两侧均采用贯通式镀锌铁片覆盖，所述固定顶板内嵌强磁铁，通过磁吸力吸附所述底盖上的镀锌铁片实现所述监测主机的固定。
9.进一步的，所述供电模块包括储电模块以及与储电模块连接的充电模块和放电控制电路，所述储电模块为锂电池，所述充电模块包括充电装置和充电控制器，所述充电装置主要采用5v薄膜太阳能板，贴敷于所述外壳侧壁及顶盖部分，所述充电装置连接所述充电控制器，所述充电控制器连接所述锂电池；所述放电控制电路连接微控制器、雨量传感器、无线通信模块和存储模块，用于控制各个模块的供电；所述充电控制器还连接有usb充电接口，用于接入外部电源，所述usb充电接口设置于所述底盖的一侧。
10.进一步的，所述支架为基岩型支架，用于将所述监测主机安装固定于表面坚硬的基岩体，所述基岩型支架包括安装底座、支撑杆，所述支撑杆的两端分别与所述安装底座和固定顶板螺纹连接，所述安装底座通过胶黏剂固定于基岩体表面。
11.进一步的，所述支架为插埋型支架，用于将所述监测主机安装固定于碎石、松散土覆盖层，所述插埋型支架采用套管型钢钎式结构，所述套管型钢钎式结构包括钢钎以及钢钎外套，所述钢钎外套的周壁设置有若干出胶孔，所述钢钎与钢钎外套通过胶黏剂连接，所述钢钎的顶部预留螺纹，用于与所述固定顶板螺纹连接。
12.进一步的，所述雨量传感器为光电式雨量计，所述存储模块采用tf卡。
13.进一步的，所述gps定位模块采用北斗双定位s1216模块。
14.进一步的，所述监测主机上还设置有避雷装置。
15.进一步的，所述胶黏剂为纳米硅酸盐改性聚氨酯材料制备专用胶黏剂。
16.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的地质灾害降雨量应急监测预警系统，通过在多个监测点分布降雨量监测设备，扩大降雨量监测覆盖范围，并可将采集到降雨量数据、位移数据、倾角数据等多要素信息发送到远程监控终端，实现地质灾害数据的及时分析，并及时将预警信息发送到工作人员的手机终端，提高预警实时性；此外，监测主机与快速安装支架可拆卸连接，快速安装支架采用固定顶板与支架可拆卸连接，上述结构采用分体式的安装结构，方便包装和携带，且具备拆装方便、小巧便携、使用简单的特点，还可以根据监测点条件的不同，快速安装支架可以采用不同的支架，环境适应性强。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。
18.图1为本发明实施例监测主机的结构示意图；
19.图2为本发明实施例监测主机的底盖结构示意图；
20.图3为本发明实施例基岩型支架的固定方式结构示意图；
21.图4为本发明实施例插埋型支架的固定方式结构示意图；
22.图5为本发明实施例套管型钢钎式结构的结构示意图；
23.图6为本发明实施例地质灾害降雨量应急监测预警系统的结构框图；
24.附图标记说明：1、外壳；2、底盖；201、1/4-20unc螺孔；202、镀锌铁片；203、sim卡槽以及usb充电接口设置部位；3、5v薄膜太阳能板；4、透明罩；5、固定顶板；501、强磁铁；6、支撑杆；7、安装底座；8、表贴材料；9、基岩体；10、套管型钢钎式结构；101、钢钎；102、钢钎外套；103、出胶孔；104、胶黏剂。
具体实施方式
25.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做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。
26.本发明提供的地质灾害降雨量应急监测预警系统，降雨量监测的覆盖面广、预警实时性强、信息化程度高、环境适应性强，能够及时提醒工作人员，提高地质灾害监测和临灾、抢险救灾阶段响应效率。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.如图1至图6所示，本发明实施例提供的地质灾害降雨量应急监测预警系统，包括：远程监控终端以及分布在多个监测点的降雨量监测设备，所述降雨量监测设备包括监测主机和快速安装支架，所述监测主机固定设置在所述快速安装支架的上方，所述快速安装支架用于将所述监测主机固定于监测点；所述监测主机包括微控制器以及与微控制器电性连接的雨量传感器、倾角传感器、位移传感器、无线通信模块、gps定位模块、供电模块和存储模块，所述雨量传感器用于监测降雨量，所述倾角传感器用于采集监测点的倾角数据，所述位移传感器用于采集监测点的位移数据，所述gps定位模块用于获取当前监测点位置，并传给所述微控制器，所述存储模块用于存储监测数据，所述供电模块用于为所述监测主机供电，所述微控制器通过无线通信模块与远程监控终端无线通信连接；
29.所述微控制器将监测到的降雨量数据、倾角数据、位移数据和对应的监测点位置信息发送到所述远程监控终端，所述远程监控终端包括服务器以及与服务器连接的显示屏，所述服务器还通过无线通信网络与工作人员的手机终端连接；所述服务器将接收到的降雨量数据与设定的安全阈值进行对比，如果超出安全阈值，则在显示屏上显示预警提示，并将预警信息以及对应的监测点位置信息发送至工作人员的手机终端，实现应急预警。
30.所述快速安装支架包括固定顶板5以及与固定顶板5可拆卸连接的支架，所述固定顶板5与所述监测主机通过磁吸方式可拆卸连接，所述支架用于与室外监测点固定连接。
31.所述监测主机外部罩设有外壳1，整体采用abs材质，所述外壳1的顶部预留开孔，用于安装所述雨量传感器的透明罩4，所述外壳的底盖2中心位置预留1/4-20unc螺孔201，用于接驳标准快装板，底盖2的两侧均采用贯通式镀锌铁片202覆盖，所述固定顶板5内嵌强磁铁501，通过磁吸力吸附所述底盖2上的镀锌铁片202实现所述监测主机的固定。
32.所述供电模块包括储电模块以及与储电模块连接的充电模块和放电控制电路，所
述储电模块主要用于存储电能，供监测装置长时间工作使用，采用瞬间放电能力强、容量密度大、安全性高的锂电池；所述充电模块包括充电装置和充电控制器，所述充电装置主要采用5v薄膜太阳能板3，贴敷于所述外壳1侧壁及顶盖部分，所述充电装置连接所述充电控制器，所述充电控制器连接所述锂电池；所述放电控制电路连接微控制器、雨量传感器、倾角传感器、位移传感器、gps定位模块、无线通信模块和存储模块，用于控制各个模块的供电。所述放电控制电路采用现有技术即可，用于对电池电压进行转换和稳压后，为降雨量监测设备供电，由磁簧开关控制其总体通断状态。
33.所述充电控制器还连接有usb充电接口，用于接入外部电源，所述usb充电接口设置于所述底盖2的一侧，充电控制器用于控制电池充放电电流，并对电池进行过充和过放保护，集成于主控电路板上，具有太阳能、usb两路充电功能。所述4g全网通模块连接的sim卡槽与所述usb充电接口均设置在sim卡槽以及usb充电接口设置部位203。
34.所述雨量传感器主要负责感知降雨，并将雨量信息转换为电信号输出。采用体积小、易维护的光电式雨量计进行整合。所述存储模块采用tf卡，实现监测数据的本地保存。所述gps定位模块采用北斗双定位s1216模块。所述监测主机上还设置有避雷装置。
35.在一个实施例中，如图3所示，所述支架为基岩型支架，用于将所述监测主机安装固定于表面坚硬的基岩体，所述基岩型支架包括安装底座7、支撑杆6，所述支撑杆6的两端分别与所述安装底座7和固定顶板5螺纹连接，所述安装底座7通过表贴材料8固定于基岩体9表面，所述表贴材料8为胶黏剂。支撑杆6通过螺纹与安装底座7和固定顶板5连接，用于抬升监测主机离地间隙，避免水浸；固定顶板5内嵌强磁铁，通过磁吸力吸附机壳底盖铁片实现监测主机的固定，固定的同时导通放电电路的磁簧开关，从而控制监测主机的开关机。
36.在另一个实施例中，如图4和图5所示，所述支架为插埋型支架，用于将所述监测主机安装固定于碎石、松散土覆盖层，所述插埋型支架采用套管型钢钎式结构10，所述套管型钢钎式结构10包括钢钎101以及钢钎外套102，所述钢钎外套102的周壁设置有若干出胶孔103，所述钢钎101与钢钎外套102通过胶黏剂连接，所述钢钎101的顶部预留螺纹，用于与所述固定顶板5螺纹连接。
37.本发明提供的地质灾害降雨量应急监测预警系统的工作原理为：
38.s1，对待监测区域进行调查，并根据成灾条件将待监测区域划分为多个监测点；
39.s2，在不同监测点，选择适合的支架，安装降雨量监测设备，以测量当前监测点位置的降雨量数据、倾角数据、位移数据；
40.s3，远程监控终端综合监测各个监测点的数据，当服务器判断雨量参数超过安全阈值时向外界发送报警信息。
41.此外，所述胶黏剂采用纳米硅酸盐改性聚氨酯材料制备专用胶黏剂，通过调整双组分配方，分为
①
低粘稠度、高流动型用于插埋式安装；
②
中等粘稠度、快速固结型用于基岩表贴式安装。
42.纳米硅酸盐改性聚氨酯由于其具有在水下固结不受水环境影响，不对水环境有污染，固结粘结强度、固结体压拉剪等力学强度高等优异特性，在水利水电工程、隧道地铁、矿山等地下工程中应用越来越广泛。纳米硅酸盐改性聚氨酯主要由两组份组成，一组分是纳米改性硅酸溶液，另一部分为聚合mdi与聚丙烯醇的预聚体复合液体，它的反应过程主要包括三个部分：聚合mdi和水反应生成胺基甲酸酯与二氧化碳、二氧化碳与硅酸钠反应生成二
氧化硅树状网络、碳酸钠分子及其复合水大分子晶体形成并镶嵌于无机和有机的树状网络之间。这三部分是同时进行又是各自独立的体系，且相互协同、相互促进、相互作用。固结物在形成过程中是无机和有机树状网络的互穿作用和耦合作用，生成的固结物具有优异的力学性能(压、拉、剪、粘结强度)。无机二氧化硅网状结构体贡献了固结物的硬度和强度、有机氨基甲酸树脂网状体贡献了固结物的韧性和粘结性、二氧化硅分子和碳酸钠分子具有与煤岩体表面极性相似的优异亲润性，比传统有机高分子较强，对煤岩体的粘结作用高。又由于无机树状网络是和有机树状网络互穿形成，使得固结物具有较好的韧性和变形性，比纯粹的无机物要优异的多。反应过程及机理如下所示：
43.1)有机高分子反应：
44.聚合mdi的异氰酸根基团与硅酸盐溶液中的水反应，生成胺基甲酸酯复合物和二氧化碳气体，如下所示：
45.h2o+r
1-n＝c＝o
→r1-nh2+co246.r
1-nh2+r
2-n＝c＝o
→r1-nh-co-nh-r2(聚脲聚氨酯)
47.其中，r1、r2为：r-conh-r
’‑
n＝c＝o(端异氰酸酯聚氨酯预聚体)
48.2)无机高分子反应：
49.二氧化碳气体与硅酸盐溶液中的硅酸盐微胶液反应，生成无机碳酸盐晶体与原硅酸高分子无机树状网络结构。如下所示：
50.co2+na2o
·
xsio2·
yh2o
→
na2co3+(sio2)x(h2o)y
51.本发明提供的地质灾害降雨量应急监测预警系统，通过在多个监测点分布降雨量监测设备，扩大降雨量监测覆盖范围，并可将采集到降雨量数据、位移数据、倾角数据等多要素信息发送到远程监控终端，实现地质灾害数据的及时分析，并及时将预警信息发送到工作人员的手机终端，提高预警实时性；此外，监测主机与快速安装支架可拆卸连接，快速安装支架采用固定顶板与支架可拆卸连接，上述结构采用分体式的安装结构，方便包装和携带，且具备拆装方便、小巧便携、使用简单的特点，还可以根据监测点条件的不同，快速安装支架可以采用不同的支架，环境适应性强。
52.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，包括远程监控终端以及分布在多个监测点的降雨量监测设备，所述降雨量监测设备包括监测主机和快速安装支架，所述监测主机固定设置在所述快速安装支架的上方，所述快速安装支架用于将所述监测主机固定于监测点；所述监测主机包括微控制器以及与微控制器电性连接的雨量传感器、倾角传感器、位移传感器、无线通信模块、gps定位模块、供电模块和存储模块，所述雨量传感器用于监测降雨量，所述倾角传感器用于采集监测点的倾角数据，所述位移传感器用于采集监测点的位移数据，所述gps定位模块用于获取当前监测点位置，并传给所述微控制器，所述存储模块用于存储监测数据，所述供电模块用于为所述监测主机供电，所述微控制器通过无线通信模块与远程监控终端无线通信连接；所述微控制器将监测到的降雨量数据、倾角数据、位移数据和对应的监测点位置信息发送到所述远程监控终端，所述远程监控终端包括服务器以及与服务器连接的显示屏，所述服务器还通过无线通信网络与工作人员的手机终端连接；所述服务器将接收到的降雨量数据与设定的安全阈值进行对比，如果超出安全阈值，则在显示屏上显示预警提示，并将预警信息以及对应的监测点位置信息发送至工作人员的手机终端，实现应急预警。2.根据权利要求1所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述快速安装支架包括固定顶板以及与固定顶板可拆卸连接的支架，所述固定顶板与所述监测主机通过磁吸方式可拆卸连接，所述支架用于与监测点固定连接。3.根据权利要求2所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述监测主机外部罩设有外壳，整体采用abs材质，所述外壳的顶部预留开孔，用于安装所述雨量传感器的透明罩，所述外壳的底盖中心位置预留1/4-20unc螺孔，用于接驳标准快装板，底盖的两侧均采用贯通式镀锌铁片覆盖，所述固定顶板内嵌强磁铁，通过磁吸力吸附所述底盖上的镀锌铁片实现所述监测主机的固定。4.根据权利要求3所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述供电模块包括储电模块以及与储电模块连接的充电模块和放电控制电路，所述储电模块为锂电池，所述充电模块包括充电装置和充电控制器，所述充电装置主要采用5v薄膜太阳能板，贴敷于所述外壳侧壁及顶盖部分，所述充电装置连接所述充电控制器，所述充电控制器连接所述锂电池；所述放电控制电路连接微控制器、雨量传感器、无线通信模块和存储模块，用于控制各个模块的供电；所述充电控制器还连接有usb充电接口，用于接入外部电源，所述usb充电接口设置于所述底盖的一侧。5.根据权利要求2所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述支架为基岩型支架，用于将所述监测主机安装固定于表面坚硬的基岩体，所述基岩型支架包括安装底座、支撑杆，所述支撑杆的两端分别与所述安装底座和固定顶板螺纹连接，所述安装底座通过胶黏剂固定于基岩体表面。6.根据权利要求2所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述支架为插埋型支架，用于将所述监测主机安装固定于碎石、松散土覆盖层，所述插埋型支架采用套管型钢钎式结构，所述套管型钢钎式结构包括钢钎以及钢钎外套，所述钢钎外套的周壁设置有若干出胶孔，所述钢钎与钢钎外套通过胶黏剂连接，所述钢钎的顶部预留螺纹，用于与所述固定顶板螺纹连接。7.根据权利要求1所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述雨量传
感器为光电式雨量计，所述存储模块采用tf卡。8.根据权利要求1所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述gps定位模块采用北斗双定位s1216模块。9.根据权利要求1所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述监测主机上还设置有避雷装置。10.根据权利要求5或6所述的地质灾害降雨量应急监测预警系统，其特征在于，所述胶黏剂为纳米硅酸盐改性聚氨酯材料制备专用胶黏剂。

技术总结
本发明公开了一种地质灾害降雨量应急监测预警系统，包括：远程监控终端以及分布在多个监测点的降雨量监测设备，降雨量监测设备包括监测主机和快速安装支架，快速安装支架用于将监测主机固定于监测点；监测主机包括微控制器以及与微控制器电性连接的雨量传感器、倾角传感器、位移传感器、无线通信模块、GPS定位模块、供电模块和存储模块，GPS定位模块用于获取当前监测点位置，并传给微控制器，微控制器通过无线通信模块与远程监控终端无线通信连接，远程监控终端将预警信息以及对应的监测点位置信息发送至工作人员的手机终端。本发明具有降雨量监测的覆盖面广、预警实时性强、信息化程度高、环境适应性强等特点。环境适应性强等特点。环境适应性强等特点。


技术研发人员：杨凯 吴悦 王茜 王晨辉 郭伟 孟庆佳
受保护的技术使用者：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2022/3/8