一种岩溶塌陷水气压力远程监测预警系统的制作方法

本发明涉及地质监测，具体涉及到一种岩溶塌陷水气压力远程监测预警系统。

背景技术：

1、岩溶塌陷(karstcollapse)是一种突发性地质灾害，是指岩溶洞穴、上覆沉积物及地下水，构成固体、液体及气体三相力学平衡体系，地下水位变动达到一定幅度，平衡破坏，上覆松散沉积物突然塌落，形成上大下小的圆锥形塌陷坑。而地下水的流动及其水动力条件的改变是岩溶塌陷形成的最主要动力因素，地下水径流集中和强烈的地带，最易产生塌陷。岩溶塌陷为人们的生产生活带来了极大的危害，为了预防和减轻岩溶塌陷地质灾害的危害，开展岩溶塌陷监测预警研究工作显得十分必要。目前的岩溶塌陷监测预警系统主要通过三维激光扫描、光纤应变监测、土体内部变形监测和动力条件监测的方式进行岩溶塌陷监测，但缺乏分析不同的岩溶塌陷区地质条件以及气压力监测的需求，也不能根据需要远程控制，进行监测布局优化，以及数据精确分析、检测元件回收和人员管理，导致存在检测误差、监测成本较高和管理安全的问题。

2、综上所述，如何克服上述缺陷，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种岩溶塌陷水气压力远程监测预警系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种岩溶塌陷水气压力远程监测预警系统，包括：现场数据采集端和远程预警管理平台，所述现场数据采集端通过无线传输方式与所述远程预警管理平台相连接；

3、所述现场数据采集端设置在监测站点，所述现场数据采集端包括信号采集装置和数据处理装置，所述信号采集装置用于探入监测钻孔内采集岩溶管道裂隙中水气压力的变化信息，并发送至所述数据处理装置，所述数据处理装置用于对检测的变化信息进行异常标记，并将异常标记结果和采集的监测数据发送至所述远程预警管理平台；

4、所述远程预警管理平台用于接收所述现场数据采集端发送的检测信息，并对所述检测信息进行分析判断预警等级，以及进行紧急调度管理和对监测站点进行布局优化。

5、进一步地，所述信号采集装置设置在岩溶洞穴现场，所述信号采集装置包括传感元件和保护传感元件的护管，所述传感元件包括水气压传感器和孔隙水压力传感器，所述水气压传感器和所述孔隙水压力传感器均通过连接电缆与所述数据处理装置电连接。

6、更进一步地，所述数据处理装置包括数据计算模块、数据比较模块、信息通讯模块和预警指示模块；

7、所述数据计算模块用于计算预设时间段内采集的三次水气压力变化数据的平均值，并将平均值记为本采集时间段的监测参数数据，所述数据比较模块与所述数据计算模块相连接，所述数据计算模块将所述监测参数数据传输至所述数据比较模块；

8、所述数据比较模块将所述监测参数数据与阈值进行比较，当所述监测参数数据超过阈值时，将所述监测参数数据标记为异常状态数据；

9、所述信息通讯模块与所述数据比较模块相连接，所述信息通讯模块包括数据加密模块和数据收发模块，所述数据加密模块采集数据加密算法对采集的监测数据和异常标记结果进行加密处理，并将加密数据发送至所述数据收发模块，所述数据收发模块将加密数据进行打包发送送至所述远程预警管理平台；

10、所述预警指示模块用于接收所述远程预警管理平台发送的预警信息，所述预警指示模块包括指示匹配模块和预警模块，所述指示匹配模块用于根据接收到的预警信息等级匹配控制参数列表，所述预警模块用于依据所述控制参数列表控制led指示灯组和蜂鸣报警装置进行预警指示，所述预警信息等级包括初级、中级和高级。

11、更进一步地，所述依据所述控制参数列表控制led指示灯组和蜂鸣报警装置进行预警指示包括：

12、获取预警信息等级n；

13、根据获取预警信息等级n匹配对应的控制参数列表ym,所述控制参数列表ym包括灯光亮度、数量、闪烁频率和照明时间以及蜂鸣报警装置的音量、频率；

14、根据控制参数列表ym生成控制电信号，依据控制电信号控制led指示灯组和蜂鸣报警装置进行预警指示。

15、更进一步地，所述数据处理装置还包括太阳能追踪供电模块，所述太阳能追踪供电模块用于为所述现场数据采集端提供所需电能，所述太阳能追踪供电模块包括光伏阵列、汇流箱、太阳能控制器、蓄电池组和角度调节模块；

16、所述光伏阵列通过所述汇流箱与所述太阳能控制器电连接，所述光伏阵列将太阳能转换为电能通过汇流箱输入所述太阳能控制器，由所述太阳能控制器对输出电压和蓄电池组的充放电进行控制；

17、所述角度调节模块包括角度传感器组、微型气象台和调节驱动模块，所述角度传感器组用于采集光伏阵列的水平俯仰角度和转动角度信息，所述微型气象台用于采集经纬度信息、日照信息，所述太阳能控制器根据检测到的角度信息和气象信息输出调节信号至所述调节驱动模块，所述调节驱动模块用于通过电机驱动器驱动调节电机转动，进而通过转动连接件带动光伏阵列进行俯仰和水平转动。

18、更进一步地,所述远程预警管理平台包括监测查询模块、预警提醒模块、后台管理模块和展示模块；

19、所述监测查询模块用于接收监测数据并存储，以及监测人员对存储数据进行查询、导出以及更新修改；

20、所述预警提醒模块用于根据接收的监测数据对监测点状态进行分析，判断异常监测点和非稳监测点对应的预警等级，并将判断结果发送至所述指示匹配模块；

21、所述后台管理模块用于统计用户访问量、进行日志管理、发布新闻公告信息和相关的预警信息以及对发布的信息进行维护管理；

22、所述展示模块用于进行地层三维模型可视化和监测点定位与相关信息展示。

23、更进一步地，所述预警提醒模块包括监控模块、分析模块和等级确认模块，所述监控模块用于从接收的监测数据中识别异常状态数据，并将所述异常状态数据对应的监测点状态标记为异常对象，所述分析模块用于将一个安全监测周期分为若干个监测时段，获取监测时段开始时间与结束时间监测点的数据参数信息并求取平均值得到监测时段的状态分析值，基于监测点在监测时段内的所有状态分析值进行方差计算得到稳定参数，将所述稳定参数与稳定阈值进行比较，若所述稳定参数小于稳定阈值，则判定监测点在监测周期内状态稳定，将对应的监测点标记为稳定对象；若稳定系数大于等于稳定阈值，则判定监测点在监测周期内状态不平稳，将对应的监测点标记为非稳对象，所述等级确认模块用于根据预设的等级范围阈值判断所述异常对象和所述非稳对象对应的预警等级，并将判断结果发送至所述指示匹配模块。

24、更进一步地，所述远程预警管理平台还包括监测站点布局优化模块、用户管理模块；所述监测站点布局优化模块用于采用基于信息熵的岩溶塌陷监测网优化方法对各监测点的布局进行优化筛选；所述用户管理模块用于为不同需求的用户分配不同的角色权限，并根据角色验证信息进行访问控制。

25、从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：

26、1、本发明通过数据处理装置以多次水气压力变化数据的平均值作为监测参数数据，提高了数据采集的稳定性，降低了误差率，同时由信息通讯模块对数据进行加密传输，防止了篡改风险，提高了数据安全性，并进行多组合模式的报警。采用灯光和蜂鸣报警可以提醒附近人员或者巡检人员注意塌陷危险程度，保证人员安全，降低伤害风险。

27、2、降低了监测成本，可对监测点进行远程集中监测和预警，并对监测布局进行优化，安全性高。

28、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。