一种用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测终端及监测方法与流程

1.本发明涉及地质灾害监测领域，尤其涉及一种用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测终端及监测方法。


背景技术：

2.降雨是诱发滑坡失稳的主要诱因，通过对滑坡隐患点安装雨量监测设备，可以对隐患点进行降雨监测。一方面，雨量传感监测设备可用于对滑坡隐患点的雨情动态监测，降雨量结合其他监测物理量综合分析可在一定程度上反应此时的滑坡发生的可能性程度；另一方面，雨量监测值可用于多因素综合预警中，通过云服务器计算中心进行数据处理，为滑坡预警提供更有效的判据。
3.目前，嵌入式雨量监测终端在动态监测过程中，终端向云服务器上传的主要降雨因素为单次监测所得的雨量值，而云服务器往往需要将单次雨量值进行处理，计算降雨的累计雨量、雨强等参数，并进一步用于滑坡隐患点的监测预警系统中。这在高并发的物联网应用场景下，这些数据处理流程对于服务器资源是一笔不小的开销，同时这一步流程也增加了预警过程中的数据延迟，降低了预警的及时性。虽然市场上部分监测终端会在上传单次雨量值的同时，上传日累计雨量值，但是如果能将日累计雨量值进一步区分，将每一场雨识别开来，统计出每一场降雨的累积雨量值、同时在嵌入式终端实现预警等级判定生成对应预警信息，并实时上传，将会进一步有助于滑坡隐患点的预警分析。
4.为进一步降低滑坡隐患点监测预警过程中的数据延迟，同时为预警分析过程中提供更加准确有效的信息，需要提出一种新的嵌入式雨量监测终端。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种可降低滑坡隐患点监测预警过程中的数据延迟，并同时为预警分析过程中提供更加准确有效信息的用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测终端及监测方法。
6.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测终端，包括：雨量传感模块、数据处理模块、多级预警分析模块、多级声光报警模块、数据传输模块，所述雨量传感模块用于收集雨水并在雨水达到一定量后触发产生高电平信号；所述数据处理模块用于接收所述雨量传感模块产生的高电平信号，并进一步将电平信号处理为雨量信息、识别出降雨场次、按照降雨场次统计出累积雨量值；所述多级预警分析模块根据预警模型结合当前监测数据判定当前预警等级并生成预警信息，包括声光报警触发信号和预警短信内容；所述多级声光报警模块由声光报警触发信号触发，播报生成的预警内容；所述数据传输模块将单次测量所得的雨量值、与每一场雨的累计雨量值以及预警信息根据对应的协议整合为符合协议要求的数据包，并将数据传输至云服务器，用于后续的监测预警流程。
7.进一步地，所述雨量传感模块包括雨水收集漏斗、异物杂质过滤器、雨水导流装
置、雨水承接装置、单位雨量信号触发装置；所述雨水收集漏斗用于收集降雨时产生的雨水，所述异物杂质过滤器位于所述雨水收集漏斗的底部，用于过滤降雨时落入漏斗中的泥土、小石子等异物杂质；所述雨水导流装置将雨水导流至所述雨水承接装置；当所述雨水承接装置中的雨水达到一定量时，所述单位雨量信号触发装置将会产生高电平信号。
8.进一步地，所述数据处理模块承载于一块mcu控制电路板上，包括mcu控制单元、电源输入、直流供电单元、电平信号采集单元、通信电路模块。
9.进一步地，所述电平信号采集单元从电路板接线端子采集雨量高电平信号。
10.进一步地，所述直流供电单元为整块电路板提供稳定的直流电源。
11.进一步地，所述mcu控制单元包括雨量数据缓存单元、降雨场次识别单元、累计雨量统计单元；所述雨量数据缓存单元为数据缓存fifo，存储相关雨量值；所述降雨场次识别单元通过所述雨量数据缓存单元中缓存的数据计算识别出当前监测的雨量数据是否与前次数据属于同一场降雨；所述累计雨量统计单元根据所述降雨场次识别单元的识别结果对累计降雨量进行累加得到每一场降雨的累计降雨量。进一步地，所述多级预警分析模块承载于所述mcu控制电路板，包括雨量阈值多级预警单元、声光报警触发单元、预警信息发布单元；所述雨量阈值多级预警单元根据所述数据处理模块得到的雨量信息判定得到预警等级；所述声光报警触发单元根据预警等级产生声光报警触发信号；所述预警信息发布单元根据预警等级以及当前监测点信息生成对应预警等级的预警信息。
12.进一步地，所述雨量阈值多级预警单元，包括“蓝-黄-橙-红”四个预警等级，等级阈值判定当前雨量值所属预警等级范围。
13.所述多级声光报警模块包括灯光警示单元、预警信息播报单元；所述预警信息播报单元被所述声光报警触发单元产生的触发信号触发，读取所述预警信息发布单元与预警等级对应的预警信息，或是读取服务器下发的声光报警命令中的预警信息，进行语音播报。
14.进一步地，所述数据传输模块嵌入在所述mcu控制电路板上，包括传输协议处理单元以及通信电路模块；所述传输协议处理单元将雨量信息、预警信息处理为符合协议要求的数据格式，所述通信电路模块将所述传输协议处理单元处理后的数据传输至云端服务器。同时，也可接收由云服务器发布的控制命令实现监测终端远程控制。
15.本发明还提供一种基于上述的用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测方法，包括以下步骤：由所述雨量传感模块收集降雨时的雨水并触发产生高电平信号；由所述高电平信号触发所述数据处理模块进行相应的数据计算单次雨量值、识别出降雨场次、统计每场雨累计雨量值；由所述多级预警分析模块根据阈值预警模型判定当前预警等级，并生成声光报警
触发信号和预警信息；由所述多级声光报警模块在触发信号的作用下播报所述多级预警分析单元生成的预警信息进行现场预警，同时所述多级声光报警模块也可以受服务器的命令控制播报由服务器生成的预警信息；由所述单次雨量值、所述每场降雨累计雨量值、所述预警信息组成所述符合协议要求的数据格式的主要内容；由所述数据传输模块将数据传输至云服务器， 雨量数据可用于后续数据处理以及作为影响因素参与后续滑坡监测预警流程，预警信息可用于预警短信和预警信息发布等，进而实现监测终端和预警平台的协同预警。
16.本发明的有益效果是：本发明的嵌入式雨量监测终端及监测方法，通过雨量传感模块触发产生的高电平信号获取得到雨量相关信息，基于mcu控制单元实现数据的处理和传输，同时通过数据传输模块还可以与云服务进行通信从而执行相关命令，本发明的嵌入式雨量监测终端可以对滑坡隐患点进行智能监测、动态感知；本发明的数据处理模块将降雨的累计雨量统计计算过程以及预警模型从服务器下移至监测终端，提高了监测终端计算资源的利用效率，一定程度上降低了服务器的并发计算压力，释放了计算资源；数据计算与预警流程的下移使监测终端具备了现场预警能力，使得滑坡隐患点到服务器预警分析过程中的数据延迟进一步降低，在分秒必争的滑坡灾害处置过程中缩短了预警时间；本发明的嵌入式雨量监测终端及监测方法，由于可以对降雨场次进行识别，因此可以将一般的日累计雨量值进一步地替换为每一场雨的累计雨量值，将进一步有助于滑坡隐患点的预警分析，为预警等级的判别提供更为准确有利的预警判据。
附图说明
17.图1是本发明的嵌入式雨量监测终端的结构框图。
18.图2是本发明的雨量传感模块的结构示意图。
19.图3是本发明的mcu控制电路板的结构框图。
20.图4是本发明的嵌入式雨量监测终端的流程图。
21.其中，图中附图标记对应为：1-雨水收集漏斗、2-异物杂质过滤器、3-雨水导流装置、4-雨水承接装置、5-单位雨量信号触发装置、6-壳体、7-mcu控制电路板。
具体实施方式
22.如图1所示，本发明的用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测终端，包括：雨量传感模块、数据处理模块、多级预警分析模块、多级声光报警模块、数据传输模块，所述雨量传感模块用于收集雨水并在雨水达到一定量后触发产生高电平信号；所述数据处理模块用于接收所述雨量传感模块产生的高电平信号，并进一步将电平信号处理为雨量信息、识别出降雨场次、按照降雨场次统计出累积雨量值；所述多级预警分析模块根据预警模型结合当前监测数据判定当前预警等级并生成预警信息，包括多级声光报警触发信号和预警短信内容；所述多级声光报警模块由声光报警触发信号触发，播报生成的预警内容；所述数据传输模块将单次测量所得的雨量值、与每一场雨的累计雨量值以及预警信息根据对应的协议整合为符合协议要求的数据包，并将数据传输至云服务器，用于后续的监测预警流程。
23.如图2、图3所示，所述雨量传感模块包括雨水收集漏斗1、异物杂质过滤器2、雨水导流装置3、雨水承接装置4和单位雨量信号触发装置5，且上述雨水收集漏斗1、异物杂质过滤器2、雨水导流装置3、雨水承接装置4和单位雨量信号触发装置5都安装在壳体6内；所述雨水收集漏斗1用于收集降雨时产生的雨水，所述异物杂质过滤器2位于所述雨水收集漏斗1的底部，用于过滤降雨时落入漏斗中的泥土、小石子等异物杂质；所述雨水导流装置3将雨水导流至所述雨水承接装置4；当所述雨水承接装置4中的雨水达到一定量时，所述单位雨量信号触发装置5将会产生高电平信号。
24.数据处理模块承载于一块mcu控制电路板7上，可以是基于stm32的，也可以是基于树莓派等的微控处理电路。其包括mcu控制单元、直流供电单元、电平信号采集单元。
25.优选地，综合考虑成本、功耗等因素，基于stm32芯片设计了控制电路板。所述电平信号采集单元从电路板接线端子采集雨量高电平信号。所述直流供电单元为整块电路板提供稳定的直流电源。
26.所述mcu控制单元包括雨量数据缓存单元、降雨场次识别单元、累计雨量统计单元。所述雨量数据缓存单元为数据缓存fifo，存储相关雨量值。所述降雨场次识别单元通过所述雨量数据缓存单元中缓存的数据计算识别出当前监测的雨量数据是否与前次数据属于同一场降雨；所述累计雨量统计单元根据所述降雨场次识别单元的识别结果对累计降雨量进行累加得到每一场降雨的累计降雨量。
27.进一步地，所述多级预警分析模块同样承载于mcu控制电路板7上，包括雨量阈值多级预警单元、声光报警触发单元、预警信息发布单元；所述雨量阈值预警单元根据所述数据处理模块得到的雨量信息判定得到预警等级；所述声光报警触发单元根据预警等级产生声光报警触发信号；所述预警信息发布单元根据预警等级以及当前监测点信息生成对应预警等级的预警信息；进一步地，所述雨量阈值多级预警单元包括“蓝-黄-橙-红”四个预警等级，等级阈值判定当前雨量值所属预警等级范围。
28.所述多级声光报警模块，包括灯光警示单元、预警信息播报单元；所述预警信息播报单元被所述声光报警触发单元产生的触发信号触发，读取所述预警信息发布单元的与预警等级对应的预警信息，或是读取服务器下发的声光报警命令中的预警信息，进行语音播报。
29.进一步地，所述数据传输模块嵌入在所述mcu控制电路板7上，包括传输协议处理单元以及通信电路模块。
30.作为一种实施例，通信电路模块可以是基于gprs/3g/4g的通信模块、基于nb-iot通信模块、基于北斗卫星通信的通信终端。同时传输协议可以是tcp/ip协议、mqtt协议、http协议等任何通用的数据协议。
31.优选地，采用mqtt协议作为通信协议。
32.进一步地，所述传输协议处理单元将雨量信息和预警信息处理为符合协议要求的数据格式，所述通信电路模块将所述传输协议处理单元处理后的数据传输至云端服务器。
33.如图4所示，本发明的用于滑坡监测预警的嵌入式雨量监测方法，包括以下步骤：由所述雨量传感模块收集降雨时的雨水并触发产生高电平信号；由所述高电平信号触发所述数据处理模块进行相应的数据计算单次雨量值、识别出降雨场次、统计每场雨累计雨量值；
由所述多级预警分析模块根据阈值预警模型判定当前预警等级，并生成声光报警触发信号和预警信息；由所述多级声光报警模块在触发信号的作用下播报所述多级预警分析单元生成的预警信息进行现场预警，同时所述多级声光报警模块也可以受服务器的命令控制播报由服务器生成的预警信息；由所述单次雨量值、所述每场降雨累计雨量值、所述预警信息组成所述符合协议要求的数据格式的主要内容。
34.由所述数据传输模块将数据传输至云服务器，雨量数据可用于后续数据处理以及作为影响因素参与后续滑坡监测预警流程，预警信息可用于预警短信和预警信息发布等，进而实现监测终端和预警平台的协同预警。