一種監測植物傾斜狀態的報警系統及方法與流程
2023-06-05 18:40:36 2
本發明涉及植物監測領域，特別涉及一種監測植物傾斜狀態的報警系統及方法。
背景技術：
珍稀植物具有重要的經濟文化價值，當前我國對珍稀植物的生態保護意識愈來愈強烈，特別是針對暴雨、大風等極端天氣對珍稀植物造成的傾倒破壞和安全隱患，以及非法盜採、盜伐尤其重視。目前，珍稀植物的防破壞監管主要採用的是視頻監控結合人員巡檢的辦法，其主要的缺點在於：
1)大範圍的視頻監測存在盲區，需要配合人工巡查，耗費額外的人力物力；
2)植物受到外力破壞出現傾斜或者傾覆時，無法及時地給出報警。
3)缺少在暴雨、大風等極端天氣或外力作用下，植物出現搖擺晃動甚至劇烈搖擺等情況後，在一定時間內可恢復原姿態或接近原姿態的正常狀態的判定和報警自動解除方法。
技術實現要素：
為此，需要提供一種可監測植物傾倒狀態，減少監測盲區、人力巡查，節約人力物力，能夠及時報警的監測植物傾斜狀態的報警系統及方法。
為實現上述目的，發明人提供了方案一種監測植物傾斜狀態的報警系統，包括：傾斜檢測裝置、監控平臺和攝像裝置；
所述傾斜檢測裝置包括mems陀螺儀、主控器、電源模塊和無線通信模塊，所述mems陀螺儀連接主控器的輸入端，所述無線通信模塊連接與主控器的輸出端，所述無線通信模塊用於與攝像裝置或監控平臺建立通信連接；
所述傾斜檢測裝置安裝於植物的樹幹上，所述傾斜檢測裝置用於檢測植物的傾斜數據，通過傾斜數據判斷植物的傾斜損傷狀態，激活攝像裝置，並向監控平臺發送傾斜損傷狀態的預警信息；
所述攝像裝置用與捕獲植物的現場照片，並發送至監控平臺；
所述監控平臺包括報警監控裝置、資料庫和通信監控裝置，所述報警監控裝置用於監控植物的傾斜數據、現場照片數據，並根據植物的傾斜損傷狀態進行報警，所述資料庫用於存儲植物的身份信息，所述通信監控裝置用於在線監控現場設備的數據通信狀態，排查報警過程關鍵數據的通信異常。
進一步優化，所述主控器用於獲取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜速度和自身加速度，通過積分計算得到傾斜角度θ，根據傾斜角度θ向監控平臺發送傾斜損傷狀態的預警信息。
進一步優化，所述主控器用於計算得到傾斜角度θ大於5°且小於15°，判定為不是損傷性傾斜，則向監控平臺發出「輕微傾斜報警」的預警信息；
若檢測到傾斜角度θ大於15°且小於45°，則進一步判定是否為損傷性傾斜，若判定為損傷性傾斜，則向監控平臺發出「損傷性傾斜報警」的預警信息，並同時激活攝像裝置獲取現場照片，否則向監控平臺發出「輕中度傾斜報警」的預警信息；
若檢測到傾斜角度θ大於45°，則並向監控平臺發出「中重度傾斜或傾倒報警」的預警信息。
進一步優化，所述主控器用於若一段時間內，傾斜角度θ的均值持續落在15°到45°之間，則判定為損傷性傾斜。
進一步優化，所述主控器用於當檢測到mems陀螺儀自身加速度大於g/2，g為重力加速度，則向監控平臺發出「傾斜裝置遭外力破壞」的預警信息。
進一步優化，所述通信裝置包括一組通信監控組件，所述通信監控組件包括攝像驅動激活組件、數據讀入組件、報警計算組件和數據輸出組件；
所述攝像驅動激活組件用於激活攝像裝置，使攝像裝置處於啟動運行狀態；
所述數據讀入組件用於讀取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜速度和自身角速度，並將所述傾斜數據存儲於資料庫；
所述報警計算組件用於所述傾斜數據的雲端並報警條件的判斷；
所述數據輸出組件用於向監控平臺輸出所述傾斜數據。
進一步優化，所述報警計算組件還用於當傾斜檢測裝置以△t為周期向監控平臺發送傾斜損傷狀態的提示，記錄當前傾斜檢測裝置上報的所有異常數據序列，所述異常數據序列為對應△t時間內的傾斜數據，若監控平臺從t+△t開始到t+3△t時間均未收到報警信息，則判斷在t時間內傾斜數據是否恢復或接近正常數據，如果是，則通過數據輸出組件使監控平臺自動解除報警提示。
進一步優化，所述無線通信模塊為nbiot、2g、3g、4g、zigbee、wifi或gprs通信模塊。
為實現上述目的，發明人還提供了另一個方案一種監測植物傾斜狀態的報警方法，包括以下步驟：
獲取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜數度和自身加速度，通過積分計算獲得傾斜角度；
判定傾斜數據是否達到預警條件，是則進一步判定是否為損傷性傾斜；
判定是否為損傷性傾斜，是則自動激活攝像裝置，並捕獲現場照片，同時向監控平臺發送指定的預警信息，否則直接向監控平臺發送指定的預警信息；
監控平臺收到預警信息，從資料庫中自動提取所監測的植物的身份信息，並進行傾斜報警提示；
通過通信監控裝置在線監控現場設備的數據通信狀態，排查報警過程關鍵數據的通信異常。
進一步優化，所述「判定是否為損傷性傾斜，是則自動激活攝像裝置，並捕獲現場照片，同時向監控平臺發送指定的預警信息，否則直接向監控平臺發送指定的預警信息」具體包括：
若mems陀螺儀檢測到傾斜角度θ大於5°且小於15°，判定為不是損傷性傾斜，則主控器向監控平臺發出「輕微傾斜報警」的預警信息；
若檢測到傾斜角度θ大於15°且小於45°，則進一步判定是否為損傷性傾斜，若判定為損傷性傾斜，則向監控平臺發出「損傷性傾斜報警」的預警信息，並同時激活攝像裝置獲取現場照片，否則向監控平臺發出「輕中度傾斜報警」的預警信息；
若檢測到傾斜角度θ大於45°，則並向監控平臺發出「中重度傾斜或傾倒報警」的預警信息。
進一步優化，所述「損傷性判斷」為通過評估時間域t內傾斜角度θ的波動情況進行判定的；若一段時間內，傾斜角度θ的均值持續落在15°到45°之間，則判定為損傷性傾斜。
進一步優化，所述「判定是否為損傷性傾斜，是則自動激活攝像裝置，並捕獲現場照片，同時向監控平臺發送指定的預警信息，否則直接向監控平臺發送指定的預警信息」還包括：
若檢測到mems陀螺儀自身加速度大於g/2，g為重力加速度，則向監控平臺發出「傾斜裝置遭外力破壞」的預警信息。
進一步優化，通過檢測平臺的通信監控裝置監控現場設備的數據通信狀態，所述信裝置包括一組通信監控組件，所述通信監控組件包括攝像驅動激活組件、數據讀入組件、報警計算組件和數據輸出組件。
進一步優化，所述「通過檢測平臺的通信監控裝置監控現場設備的數據通信狀態」具體包括：
通過數據讀入組件獲取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜速度和自身角速度，並將所述傾斜數據存儲於資料庫；
通過報警計算組件所述傾斜數據的運算並對報警條件的判斷；
根據報警條件通過攝像驅動激活組件進行激活攝像裝置獲取植物的現場照片；
通過數據輸出組件向報警監控裝置發送傾斜損傷狀態。
進一步優化，所述「通過報警計算組件所述傾斜數據的運算並對報警條件的判斷」具體包括：
當傾斜檢測裝置以△t為周期向監控平臺發送傾斜損傷狀態的提示，通過報警計算組件記錄當前傾斜檢測裝置上報的所有異常數據序列，所述異常數據序列為對應△t時間內的傾斜數據，若監控平臺從t+△t開始到t+3△t時間均未收到報警信息，則判斷在t時間內傾斜數據是否恢復或接近正常數據，如果是，則通過數據輸出組件使監控平臺自動解除報警提示。
區別於現有技術，上述技術方案利用mems陀螺儀在線檢測植物的傾斜角度，通過對傾斜損傷狀態的評估，自動激活攝像裝置捕獲現場照片，並通過無線通信模塊向監控平臺發送預警信息，減少監測盲區、人力巡查，節約人力物力，能夠及時報警的監測植物傾斜狀態。通過通信監控裝置組件的方式能夠直觀、高效地獲悉報警系統各項關鍵數據的通信是否異常，特別是對惡劣天氣條件下，報警系統異常狀態的監控和故障排查十分有利。有助於識別報警異常數據的來源，方便故障追蹤，提高植物的監測管理水平。
附圖說明
圖1為具體實施方式所述監測植物傾斜狀態的報警系統的一種結構示意圖；
圖2為具體實施方式所述通信監控裝置的一種結構示意圖；
圖3為具體實施方式所述監測植物傾斜狀態的報警方法的一種流程示意圖；
圖4為具體實施方式所述通信監控裝置的一種工作流程示意圖。
具體實施方式
為詳細說明技術方案的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合具體實施例並配合附圖詳予說明。
請參閱圖1，本實施例一種監測植物傾斜狀態的報警系統，包括：傾斜檢測裝置、監控平臺和攝像裝置；
所述傾斜檢測裝置包括mems(micro-electro-mechanicalsystem，微機電系統)陀螺儀、主控器、電源模塊和無線通信模塊，所述mems陀螺儀連接主控器的輸入端，所述mems陀螺儀為六軸陀螺儀，其內置有ad轉換器；所述無線通信模塊連接與主控器的輸出端，所述無線通信模塊用於與攝像裝置或監控平臺建立通信連接；所述無線通信模塊有nbiot、2g、3g、4g、zigbee、wifi或gprs通信模塊等，其中優選nbiot通信模塊。nbiot(narrowbandinternetofthings，基於蜂窩的窄帶物聯網)通信模塊，構建於蜂窩網絡，只消耗大約180khz的帶寬，可直接部署於gsm網絡、umts網絡或lte網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。
所述傾斜檢測裝置安裝於植物的樹幹上，所述傾斜檢測裝置用於檢測植物的傾斜數據，通過傾斜數據判斷植物的傾斜損傷狀態，激活攝像裝置，並向監控平臺發送傾斜損傷狀態的預警信息；
所述攝像裝置用與捕獲植物的現場照片，並發送至監控平臺；
所述監控平臺包括報警監控裝置、資料庫和通信監控裝置，所述報警監控裝置用於監控植物的傾斜數據、現場照片數據，並根據植物的傾斜損傷狀態進行報警，所述資料庫用於存儲植物的身份信息，所述通信監控裝置用於在線監控現場設備的數據通信狀態，排查報警過程關鍵數據的通信異常。
通過mems陀螺儀在線檢測植物的傾斜角度；判斷傾斜角度或者陀螺儀自身加速度是否超出預設的預警條件時，是則進一步判斷是否為損傷性傾斜；若判定為損傷性傾斜，系統則將自動激活攝像裝置捕獲現場照片，連同預警信息一同發送至監控平臺，否則直接向監控平臺發送預警信息。能夠直觀地觀測現場植物的傾斜狀態。同時通過監控平臺的通信監控裝置在線監控現場設備的數據通信狀態，包括攝像裝置、傾斜檢測裝等的通信狀態，排查報警過程中的傾斜數據，判斷植物是否因為受到如大風、暴雨等天氣的影響而晃動，當晃動停止後，對監控平臺的報警提示進行修正，有助於識別報警異常數據的來源，方便故障追蹤，提高植物的監測管理水平。
其中，所述主控器用於獲取mems陀螺儀的傾斜速度和自身加速度，通過積分計算得到傾斜角度θ，根據傾斜角度θ發出傾斜損傷狀態的提示。
若mems陀螺儀檢測到傾斜角度θ大於5°且小於15°，則主控器向監控平臺發出「輕微傾斜報警」的預警信息；若檢測到傾斜角度θ大於15°且小於45°，則進一步判定是否為損傷性傾斜，若判定為損傷性傾斜，則向監控平臺發出「損傷性傾斜報警」的預警信息，並自動激活攝像裝置捕獲現場照片，否則向監控平臺發出「輕中度傾斜報警」的預警信息；若檢測到傾斜角度θ大於45°，則並向監控平臺發出「中重度傾斜或傾倒報警」的預警信息；若檢測到陀螺儀自身加速度大於g/2，g為重力加速度，則向監控平臺發出「傾斜裝置遭外力破壞」的預警信息；其中，所述損傷性傾斜是通過評估時間域t內傾斜角度θ的波動情況進行判定的；若一段時間內，傾斜角度θ的均值持續落在15°到45°之間，則判定為損傷性傾斜。
當監控平臺接收到預警信息後，可從資料庫中自動提取所監測的植物的身份信息；通過使工作人員可以結合當地氣象部門發送的實時天氣數據(如風力和雨量等級)、傾斜報警提示，以及所捕獲的現場照片，進一步確定植物現場損傷的情況，並可通過監控平臺上登記報警情況處理流程，如手動解除報警信息、指派巡檢人員、啟動攝像裝置重新拍照等。
在線監測植物的傾斜狀態，對其異常傾斜狀態做出及時預警，根據情境自動觸發攝像裝置啟動工作，使得監管人員可以通過傾斜數據、報警提示、植物身份信息以及現場照片等信息快速、有效地評估現場植物的損傷情況。
特別的對於珍稀植物，在遇到暴雨、大風等極端的天氣時，通過本系統對其進行監測，通過傾斜檢測裝置監測珍稀植物是否出現傾斜損傷，並通過攝像裝置能夠獲取現場照片，對珍稀植物的現場情況進行查看，通過監控平臺的報警監控裝置進行對珍稀植物出現傾斜損傷進行預警，而通過通信監控裝置監控現場的設備的通信情況，並對在極端天氣中珍稀植物出現晃動而造成通信異常進行修正，能夠自動解除報警，能夠加強對珍稀植物監控管理。
請參閱圖2，為了有助於識別異常數據的來源，方便故障追蹤。所述監控平臺還包括通信監控裝置，所述通信裝置包括一組通信監控組件，用於在線監控現場設備的數據通信狀態。所述通信監控組件包括攝像驅動激活組件、數據讀入組件、報警計算組件和數據輸出組件；每個組件均可顯示組件的運行狀態數據。通過通信監控裝置實現對硬體驅動的激活、數據讀取和傳輸，有助於識別異常數據的來源，方便故障追蹤，提高監測系統的管理水平。
所述攝像驅動激活組件用於激活攝像裝置，使攝像裝置處於啟動運行狀態；攝像驅動激活組件激活攝像裝置的驅動程序，使攝像裝置處於啟動運行狀態，能夠捕獲植物的現場照片。正常情況下，攝像驅動激活組件處於關閉狀態，當接收到來自報警計算組件指定的報警信號時，將發送激活指令至攝像裝置的驅動程序中，使攝像裝置開啟運行。
所述數據讀入組件用於讀取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜速度和自身角速度，並將所述傾斜數據存儲於資料庫；數據讀入組件可通過配置內存地址參數完成數據的存儲，實現與傾斜裝置的數據通信。
所述報警計算組件用於所述傾斜數據的雲端並報警條件的判斷；報警計算組件通過配置邏輯運算參數或報警參數完成計算。在在暴雨、大風等極端天氣或外力作用下，植物可能出現搖擺晃動甚至劇烈搖擺等情況，傾斜監測裝置以△t為周期結合傾斜損傷狀態向監控平臺發送報警提示，報警計算組件記錄當前傾斜監測裝置上報的所有異常數據序列，該序列對應在這一段時間t內的樹木搖擺晃動狀態，若監控平臺從t+△t開始到t+3△t時間均未收到報警信息，則報警計算組件對異常數據序列進行計算，判斷在t時間內植物是否已恢復原姿態或接近原姿態的正常狀態，如果可判定植物已恢復正常狀態，則監控平臺自動解除報警提示，並將該事件列入報警自動解除列表中供工作人員隨時查看。數據上報周期△t參數可由監控平臺通過通信網絡下發到傾斜監測裝置中。
所述數據輸出組件用於輸出所述傾斜數據。且可通過配置內存地址參數完成指定數據的提取，供報警監控裝置關聯調用。
通過通信監控裝置組件的方式能夠直觀、高效地獲悉報警系統各項關鍵數據的通信是否異常，特別是對惡劣天氣條件下，由植物的晃動而造成監控平臺的報警監控裝置的報警異常狀態的監控和故障排查十分有利。有助於識別報警異常數據的來源，方便故障追蹤，提高植物的監測管理水平。關鍵數據的通信異常主要包括傾斜數據讀取異常、報警數據獲取異常、攝像裝置啟動異常。
請參閱圖3，在另一個實施例中，一種監測植物傾斜狀態的報警方法，包括以下步驟：
步驟s310：獲取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜數度和自身加速度，通過積分計算獲得傾斜角度θ。通過主控器獲取植物樹幹上mems陀螺儀的傾斜速度和自身加速度，並經過積分計算得到傾斜角度θ。
步驟s320：判定傾斜數據是否達到預警條件，是則進一步判定是否為損傷性傾斜。根據mems陀螺儀檢測到傾斜角度θ小於5°，則判定傾斜數據未達到預警條件，不進行下一步動作。當mems陀螺儀檢測到傾斜角度θ大於5°，則判定傾斜數據達到預警條件，進一步判定是否為損傷性傾斜。
步驟s330：判定是否為損傷性傾斜，是則自動激活攝像裝置，並捕獲現場照片，同時向監控平臺發送指定的預警信息，否則直接向監控平臺發送指定的預警信息。
若mems陀螺儀檢測到傾斜角度θ大於5°且小於15°，判定為不是損傷性傾斜，則主控器向監控平臺發出「輕微傾斜報警」的預警信息；若檢測到傾斜角度θ大於15°且小於45°，則進一步判定是否為損傷性傾斜，若判定為損傷性傾斜，則向監控平臺發出「損傷性傾斜報警」的預警信息，並同時激活攝像裝置獲取現場照片，否則向監控平臺發出「輕中度傾斜報警」的預警信息；其中，所述損傷性傾斜是通過評估時間域t內傾斜角度θ的波動情況進行判定的；若一段時間內，傾斜角度θ的均值持續落在15°到45°之間，則判定為損傷性傾斜；若檢測到傾斜角度θ大於45°，則並向監控平臺發出「中重度傾斜或傾倒報警」的預警信息；若檢測到陀螺儀自身加速度大於g/2，g為重力加速度，則向監控平臺發出「傾斜裝置遭外力破壞」的預警信息。
步驟s340：監控平臺收到預警信息，從資料庫中自動提取所監測的植物的身份信息，並進行傾斜報警提示。監控平臺接收到預警信息後，可從資料庫中自動提取所監測的植物的身份信息；同時，工作人員也可結合當地氣象部門發送的實時天氣數據(如風力和雨量等級)、傾斜報警提示，以及所捕獲的現場照片，進一步確定植物現場損傷情況,並可在監控平臺上登記報警情況處理流程，如手動解除報警信息、指派巡檢人員、啟動攝像頭重新拍照等。傾斜報警提示為對預警信息的內容進行提示。
不僅可以在線監測植物的傾斜狀態，對其異常傾斜狀態做出及時預警，還可根據情境自動觸發攝像裝置啟動工作，使得監管人員可以通過傾斜數據、報警提示、植物身份信息以及現場照片等信息快速、有效地評估現場植物的損傷情況。
步驟s350：通過檢測平臺的通信監控裝置監控現場設備的數據通信狀態，排查報警過程關鍵數據的通信異常。。所述信裝置包括一組通信監控組件，所述通信監控組件包括攝像驅動激活組件、數據讀入組件、報警計算組件和數據輸出組件。每個組件均可顯示組件的運行狀態數據。通過通信監控裝置實現對硬體驅動的激活、數據讀取和傳輸，有助於識別異常數據的來源，方便故障追蹤，提高監測系統的管理水平。
請參閱圖4，步驟s350具體包括：
步驟351：通過數據讀入組件獲取mems陀螺儀的傾斜數據，所述傾斜數據包括傾斜速度和自身角速度，並將所述傾斜數據存儲於資料庫；數據讀入組件可通過配置內存地址參數完成數據的存儲，實現與傾斜裝置的數據通信。
步驟352：通過報警計算組件所述傾斜數據的運算並對報警條件的判斷；報警計算組件通過配置邏輯運算參數或報警參數完成計算。在在暴雨、大風等極端天氣或外力作用下，植物可能出現搖擺晃動甚至劇烈搖擺等情況，傾斜監測裝置以△t為周期結合傾斜損傷狀態向監控平臺發送報警提示，報警計算組件記錄當前傾斜監測裝置上報的所有異常數據序列，該序列對應在這一段時間t內的樹木搖擺晃動狀態，若監控平臺從t+△t開始到t+3△t時間均未收到報警信息，則報警計算組件對異常數據序列進行計算，判斷在t時間內植物是否已恢復原姿態或接近原姿態的正常狀態，如果可判定植物已恢復正常狀態，則監控平臺自動解除報警提示，並將該事件列入報警自動解除列表中供工作人員隨時查看。數據上報周期△t參數可由監控平臺通過通信網絡下發到傾斜監測裝置中。
步驟353：根據報警條件通過攝像驅動激活組件進行激活攝像裝置獲取植物的現場照片；攝像驅動激活組件激活攝像裝置的驅動程序，使攝像裝置處於啟動運行狀態，能夠捕獲植物的現場照片。正常情況下，攝像驅動激活組件處於關閉狀態，當接收到來自報警計算組件指定的報警信號時，將發送激活指令至攝像裝置的驅動程序中，使攝像裝置開啟運行。
步驟354：通過數據輸出組件向報警監控裝置發送傾斜損傷狀態。且可通過配置內存地址參數完成指定數據的提取，供報警監控裝置關聯調用。
通過通信監控裝置組件的方式能夠直觀、高效地獲悉報警系統各項關鍵數據的通信是否異常，特別是對惡劣天氣條件下，報警系統異常狀態的監控和故障排查十分有利。有助於識別報警異常數據的來源，方便故障追蹤，提高植物的監測管理水平。關鍵數據的通信異常主要包括傾斜數據讀取異常、報警數據獲取異常、攝像裝置啟動異常。
儘管已經對上述各實施例進行了描述，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利保護範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍之內。