一種基於無線網絡的地震監測系統及實現方法
2023-10-19 10:33:17 2
專利名稱：一種基於無線網絡的地震監測系統及實現方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信系統，尤其涉及一種基於無線網絡的地震監測系統及實 現方法。
背景技術：
現有的地震監測系統中多採用有線的方式傳輸數據，而在有些偏遠的地區，電網 沒有到達，導致外界無法監測此區域的地震信息和及時得到有關地震數據。在地震發生的 時候，外界的指揮中心迫切需要得到現場的圖像，語音以及相關重要數據，以增強抗震救災 的反應能力，但因為有線的基礎通信設施對傳輸介質的依賴性比較高，而在地震中傳輸介 質容易被破壞，有線的基礎通信設施被摧毀後，外界難以得到信息，增加了抗震救災的難 度。基於以上內容，因此有必要提供一種基於無線網絡的地震監測系統，無線網絡的 數據傳輸不受線路介質的影響，可以在沒有電網的情況下實現數據傳輸，在3G網絡中，還 可以實現數據、語音和視頻信號的傳輸，便於外界及時掌握地震現場的信息，安排抗震救災 方案。
發明內容
在地震時，有線的基礎通信設施被摧毀，而在有線的基礎通信設施未被恢復，外界 又迫切需要掌握地震現場的數據，便於了解地震信息和安排合理的救援措施，有必要提供 一種基於3G無線網絡的地震監測系統及實現方法。本發明提供一種基於無線網絡的地震監測系統，該系統包括地震監測裝置，所述 地震監測裝置分別設置於不同地震監測點以監測對應的地震監測點的地殼震動；地震監測 分站，接收地震監測裝置數據並將數據通過無線網絡傳輸給地震監測主站；控制中心，分 析、處理主站接收的數據；其特徵在於該系統還進一步包括定位裝置，每個地震監測裝置 均連接有一定位裝置，每個定位裝置中安裝位移感應器，所述定位裝置用於監測地殼震動， 所述分站和主站通過3G無線通信網絡進行通信，可傳輸數據、語音和視頻信號。每個監測裝置包括垂直和水平方向的傳感器，安裝在監測點的水平方向和垂直方 向，水平方向分為X軸和Y軸兩個方向，垂直方向為Z軸，分別獲得水平震動和垂直震動的 信號。當有位移發生時，傳感器採集到來水平X軸、水平Y軸和垂直方向Z軸的信號，傳感 器將輸出的信號通過IKHz的低通濾波器，濾除參雜在信號中的高頻幹擾；然後將濾波後的 信號傳送給放大器，放大器將輸入的信號放大到lVpp，送到ARM板進行轉換，由於採集到的 信號為模擬信號，此時，ARM上的AD轉換功能，將模型信號轉換成數位訊號，並傳送給數據 處理中心，同時，安裝在ARM板上的報警裝置，如LED燈光報警裝置和蜂鳴器聲音報警裝置 同時工作，產生報警功能。ARM板使用模式轉換工具進行內核驅動，使ARM板支持通用串行 總線模式。為了使地面控制中心和位移監測點能夠精確定位並具有同頻同相的同步時鐘信號，本發明中增加了 GPS定位和授時裝置。該裝置利用GPS系統所製造的GPS授時系統，以 GPS衛星為時間源，組合了現代計算機技術和GPS衛星接受技術，可實現精確授時，從而實 現遠距離設備的精確同步。監測裝置的電源由太陽能供電設備提供，太陽能供電設備由太陽能電池板、太陽 能控制器、蓄電池等三大部分組成。太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，其作用 是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或直接推動負載工作。太陽能 控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，並對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作 用。在溫差較大的地方，控制器還具備溫度補償的功能。蓄電池為鉛酸電池，解決了電能貯 存問題蓄電池將日照充足時系統發出的多餘電能，保留在夜間或無風的陰雨天使用，解決 了發電與用電時間不一致的問題。該設備工作原理是，在白天有日照的時候，太陽能電池板 負責接收太陽光，把光能轉換成電能，經過電池充放電保護晶片後送入DC-DC轉換晶片給 地震監測設備供電，同時把用不完的電能送給蓄電池蓄電。在夜晚或陰雨天等沒有日照或 日照很少時，蓄電池把存儲的電能通過電池保護晶片送入DC-DC轉換晶片給地震監測設備 供電。電路中電池保護晶片負責實時監控太陽能電池板及蓄電池的工作電壓，同時監控負 載電流，在出現異常時，切斷太陽能電池板、蓄電池及負載之間的通路，保護各電路部件安 全，待異常現象消失時，再恢復之間的連接。優選地地震監測裝置還連外部數據採集裝置，外部數據採集裝置視頻採集器、計 算機、傳真和/或電話採集數據和信號後，將數據和信號通過3G無線網絡傳輸給數據中心。本發明通過在監測點安裝水平和垂直方向的位移感應器，精確感應地殼在水平和 垂直方向上的震動，並通過GPS定位和授時裝置進行定位和授時，將監測到的準確地震信 息通過3G無線網絡發送給控制中心，不受傳輸介質限制準確及時傳輸地震信息，地震監測 裝置的電源由太陽能供電設備提供，不受電力基礎設施限制。地震監測裝置還可以連接視 頻採集器、計算機、傳真和/或電話，可以將相關數據通過3G無線網絡傳輸給數據中心。
圖1是基於無線網絡的地震實時監測系統原理框圖； 圖2是太陽能供電裝置原理圖3是位移傳感器工作原理圖； 圖4是移動3G無線網絡上網流程原理框圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖，具體說明本發明的實施方式。如圖1所示的基於無線網絡的地震實時監測系統原理框圖，該系統包括地震監 測裝置，所述地震監測裝置分別設置於不同地震監測點以監測對應的地震監測點的地殼震 動；地震監測分站，接收地震監測裝置數據並將數據通過無線網絡傳輸給地震監測主站； 控制中心，分析、處理主站接收的數據；其特徵在於該系統還進一步包括定位裝置，每個 地震監測裝置均連接有一定位裝置，每個定位裝置中安裝位移感應器，所述定位裝置用於 監測地殼震動，所述分站和主站通過3G無線通信網絡進行通信，可傳輸數據、語音和視頻 信號。每個地震監測裝置還連接視頻採集器、計算機、傳真和/或電話，並將相關數據和信號通過3G無線網絡傳輸給數據中心。每個監測點連接一 GPS定位、授時系統，GPS定位、授時系統該，以GPS衛星為時間 源，組合了現代計算機技術和GPS衛星接受技術，可實現精確授時，從而實現遠距離設備的 精確同步。本發明裝置所採用的GPS授時系統頻率可以為20ΜΗΖ、40ΜΗζ、60ΜΗζ、80ΜΗζ，所 使用的頻率越高，則精度越高。如圖2所示的太陽能供電裝置原理圖，每個監測點連接一太陽能供電設備提供， 太陽能供電設備由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池等三大部分組成。太陽能電池板是 太陽能發電系統中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中 存儲起來，或直接推動負載工作。太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，並對蓄 電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，控制器還具備溫度補償的功 能。蓄電池為鉛酸電池，解決了電能貯存問題蓄電池將日照充足時系統發出的多餘電能， 保留在夜間或無風的陰雨天使用，解決了發電與用電時間不一致的問題。該設備工作原理 是，在白天有日照的時候，太陽能電池板負責接收太陽光，把光能轉換成電能，經過電池充 放電保護晶片後送入DC-DC轉換晶片給地震監測設備供電，同時把用不完的電能送給蓄電 池蓄電。在夜晚或陰雨天等沒有日照或日照很少時，蓄電池把存儲的電能通過電池保護芯 片送入DC-DC轉換晶片給地震監測設備供電。電路中電池保護晶片負責實時監控太陽能電 池板及蓄電池的工作電壓，同時監控負載電流，在出現異常時，切斷太陽能電池板、蓄電池 及負載之間的通路，保護各電路部件安全，待異常現象消失時，再恢復之間的連接。如圖3所示的位移傳感器工作原理圖，每個監測點採用三個傳感器，安裝在監測 點的水平方向和垂直方向，水平方向分為X軸和Y軸兩個方向，垂直方向為Z軸，分別獲得 水平震動和垂直震動的信號。其原理圖如圖2所示，當有位移發生時，傳感器採集到來水平 X軸、水平Y軸和垂直方向Z軸的信號，傳感器將輸出的信號通過IKHz的低通濾波器，濾除 參雜在信號中的高頻幹擾；然後將濾波後的信號傳送給放大器，放大器將輸入的信號放大 到1 Vpp，送到ARM板進行轉換，由於採集到的信號為模擬信號，此時，ARM上的AD轉換功能， 將模型信號轉換成數位訊號，並傳送給數據處理中心，同時，安裝在ARM板上的LED燈光報 警裝置和蜂鳴器聲音報警裝置同時工作，產生報警功能。如圖4所示的移動3G無線網絡上網流程原理框圖，其包含以下方式 (1) USB_ Mode switch 編譯
工具:USB_ Mode switc-1. 0. 2. tar. bz2 禾口 libusb-0. 1. 12. tar. gz 首先，編譯libusb-0. 1. 12. tar. gz,解壓並進入libusb-0. 1. 12目錄，建立子目錄 install用於存放最後生存的庫文件與頭文件。配置並生成Make file文件
./configure —build=i686_linux —host=arm_linux —prefix=/ libusb-0. 1. 12/ install
修改install路徑
make
make install
完成後會在install目錄下生成的lib庫和include的頭文件庫和頭文件拷貝到交叉 編譯器的lib和include目錄下。然後交叉編譯USB _ mode switch修改Make file文件 修改STRIP和CC選項為 STRIP = arm-χχχ-Ιinux-strip CC = arm-χχχ-Ιinux-gcc
Make以後生成的可執行文件USB _ mode switch和相關的庫文件，將該文件下載 到ARM開發板中，在ARM板的終端上或者在PC機的串口終端下運行再執行USB _ mode switch - W，轉換成功。轉換後不在dev下自動創建響應的medom節點和找不到gprs驅動，則需要重新進 行內核的編譯和下載到arm板。在驅動編譯的時候「在內核源碼包中找到USB的3G驅動文件driver/usb/ serial/option, c 在其中加入 3G 卡片的 HUATOI_VEND0R_ID 0xl2Dl 和 HUATOI_PR0DUCT_ E1750 0x1446。然後修改Kconf ig將option編譯成模塊。」這步，可以用華為的huawei_ product_el436 0x1436 改為 huawei_product_el436 Oxldal 艮口可。在內核中添加usb-modem-support選項，選中*,編譯進內核當中，在usb-support 下，然後重新編譯內核並下載到ARM板子。轉換完成測試
cdc__acm1--13.1:ttyACMO:USBACMdevicecdc__acm1--13.3:ttyACMl:USBACMdevicecdc__acm1--13.5:ttyACM2:USBACMdevice
(2)編譯安裝
在編譯配置內核Linux2. 6. 32時，加載對PPP的支持，配置編譯內核在-> Device Drivers -> Network device support -> PPP (point-to-point protocol) 中，選中所 有PPP選項，退出保存配置，執行make zlmage，將zlmage下載到開發板上重啟系統。解壓進入源碼目錄，執行configure。完成後，執行make，這裡要進行交叉編譯， 旨胃 CC 為 arm gcc,為 make CC=arm-linux-gcc
編譯完成後，進入PPPd目錄，將生成的PPPd可執行文件拷貝到mini2440文件系統的 /usr/sbin下，運行pppd，如果出現亂碼，則Pppd工作正常。(3) PPP 腳本
腳本撥號的方案主要有3個腳本，ppp-on、ppp-on-dialer和ppp-off，ppp-on腳本主 要用於初始化參數和啟動PPPd, ppp-on-dialer主要用於AT測試串口和聯通到行動網路的 腳本，而ppp-off則為斷開連接的腳本，三個腳本的源碼 ΡΡΡ-0Ν: #！/bin/sh
TELEPH0NE=*99_1#
#ACC0UNT=13417591635
ACC0UNT=foo
#PASSW0RD=33881155
PASSWORD=""
LOCAL IP=O. 0. 0. 0#L0CAL_IP=10. 91. 106. 94
REM0TE_IP=0. 0. 0. 0
#REM0TE_IP=192. 200. 1. 21
NETMASK=255. 255. 255. 255
export TELEPHONE ACCOUNT PASSWORD
DIALER_SCRIPT=/root/Desktop/pppsh/ppp-on-dialer
exec /usr/sbin/pppd debug modem nocrtscts /dev/ttyACMO 460800 \
asyncmap 2800000 kdebug 7 persist $L0CAL_IP:$REM0TE_IP \
noipdefault netmask $NETMASK defaultroute connect $DIALER_SCRIPT
#exec /usr/sbin/pppd connect $DIALER_SCRIPT
PPP-ON-DIALER:
#！/bin/sh
exec chat ~v\
TIMEOUT 3\
ABORT』\nBUSY\r'\
ABORT』\nN0 ANSWER\r'\
ABORT』\nRINGING\r\n\r\nRINGING\r' \
，，\rAT\
，0K-+++\c-0K' ATHO\
TIMEOUT 30\
OK ATDT*9 腫\
CONNECT ，，
#login:—login: $ACC0UNT\
#password: $PASSW0RD
#sername foo PPP-OFF:
#！/bin/sh
######################################################################
if [= 」」 ] ； then
DEVICE=ppp0
else
DEVICE=$1 fi
######################################################################
#
if [ -r /var/run/$DEVICE. pid ]； then
kill -INT "cat /var/run/$DEVICE. pidif [ ！"$ "= "0" ]； then
rm -f /var/run/$DEVICE. pidecho "ERROR Removed stale exit 1
fi
#
#Success. Let pppd clean up its own junk.
echo "PPP link to $DEVICE terminated." exit 0
fi
#
echo "ERROR: PPP link is not active on $DEVICE" exit 1
(4) PPPD撥號參數
配置完成PPP腳本，要接入外網，還需要配置Linux作業系統的PPPD撥號參數，接入廣 域網的DNS，還要包括PAP和CHAP的握手協議。
PPPD撥號參數配置文件在options裡 defaultroute noipdefault user foo usepeerdns lock
配置DNS文件在resolv. conf文件中 nameserver 211.136.192.6 nameserver 211.139.163.6 PAP握手協議
#client server #"13417591635" #"13417591635" #"13417591635"
foo氺"「氺
CHAP握手協議
#client server #"13417591635" #"13417591635" #"13417591635"
secret
"pppO" "None"
*〃None〃
*"33881155'
secret
"pppO" "None"
*〃None〃
*"33881155'
IP addresses
IP addresses
#13417591635 * 33881155 *
IOO 氺 氺
以上的文件全部配置好之後，交叉編譯chat，在pppd目錄下並下載到arm中的bin目錄。
^tc/ppp 巨錄下 options pap-secrets resolv. conf chap-secrets/etc目錄下resolv. conf和上面那個一樣的 /root/Desktop/pppsh 目錄下 ppp-on ppp-off ppp-on-dialer CP過以後，就直接在ppp-on的文件裡運行·/ppp-on即可撥號上網。
修改在mini2440的系統下的/etc/init. d/rcS腳本為自啟動腳本，修改後的文件 如下
#! /bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:
runlevel=S
prevlevel=N
umask 022
export PATH runlevel prevlevel #
#Trap CTRL-C &c only in this shell so we can interrupt subprocesses.
#
trap 〃" INT QUIT TSTP
/bin/hostname FriendlyARM
/bin/mount _n _t proc none /proc
/bin/mount _n _t sysfs none /sys
/bin/mount _n _t usbfs none /proc/bus/usb
/bin/mount _t ramfs none /dev
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev _s
/bin/hotplug
# mounting file system specified in /etc/fstab mkdir -p /dev/pts mkdir -p /dev/shm
/bin/mount -n -t devpts none /dev/pts _o mode=0622
/bin/mount _n _t tmpfs /bin/mount _n _t ramfs /bin/mount _n _t ramfs mkdir -p /var/empty mkdir -p /var/log mkdir -p /var/lock mkdir -p /var/run mkdir -p /var/tmp /sbin/hwclock _s syslogd
/etc/rc. d/init. d/netd start echo 〃
tmpfs /dev/shm none /tmp none /var
> /dev/ttylecho "Starting networking... sleep 1
/etc/rc. d/init. d/httpd start echo 〃
echo "Starting web server... sleep 1
/etc/rc. d/init. d/leds start echo 〃
> /dev/ttyl
「> /dev/ttyl > /dev/ttyl
> /dev/ttyl
echo ,,Starting Ieds service. . . ^ > /dev/ttyl
1 」 」
echo
sleep 1
/sbin/ifconfig Io 127.0.0.1 /etc/init. d/ifconfig-ethO #This is added sleep 1
/sbin/ifconfig Io down sleep 1
echo 〃ifconfig Io down. . . 〃 > /dev/ttyl sleep 1
/sbin/ifconfig ethO down sleep 1
echo 〃ifconfig ethO down· ·· 〃 > /dev/ttyl sleep 1
rm -rf /etc/resolv. conf sleep 1
echo 〃rm -rf /etc/resolv. conf. .. 〃 > /dev/ttyl sleep 1
cp /etc/ppp/resolv. conf /etc/ sleep 1
echo cp /etc/ppp/resolv. conf /etc/. > /dev/ttyl sleep 1
/etl28/usb—modeswitch -W sleep 1
echo 〃/etl28/usb—modeswitch -W…〃 > /dev/ttyl sleep 5 /pppsh/ppp-on sleep 1
echo 7pppsh/ppp-on. · · ,, > /dev/ttyl sleep 5echo "start 3G network, if no seccess，please start it in order…〃 > /dev/
ttyl
sleep 1 #added end /bin/qtopia &
echo 〃〃 > /dev/ttyl
echo ^Starting Qtopiaj please waiting. . . ^ > /dev/ttyl
本發明通過在監測點安裝水平和垂直方向的位移感應器，精確感應地殼在水 平和垂直方向上的震動，並通過GPS定位和授時裝置進行定位和授時，將監測到的準確地 震信息通過3G無線網絡發送給控制中心，不受傳輸介質限制準確及時傳輸地震信息，地震 監測裝置的電源由太陽能供電設備提供，不受電力基礎設施限制。地震監測裝置還可以連 接視頻採集器、計算機、傳真和/或電話，可以將相關數據通過3G無線網絡傳輸給數據中 心。 本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
一種基於無線網絡的地震監測系統，其特徵在於該系統包括地震監測裝置，所述地震監測裝置分別設置於不同地震監測點以監測對應的地震監測點的地殼震動；地震監測分站，接收地震監測裝置數據並將數據通過3G無線網絡傳輸給地震監測主站；控制中心，分析、處理地震監測主站接收的數據；定位裝置，每個地震監測裝置均連接有定位裝置，所述定位裝置中安裝位移感應器，所述定位裝置用於監測地殼震動，所述分站和主站通過3G無線通信網絡進行通信；ARM板，所述ARM板安裝於地震監測裝置中；衛星定位與授時裝置，所述衛星定位與授時裝置安裝於地震監測裝置中。
2.如權利要求1所述的地震監測系統，其特徵在於所述地震監測裝置還包括位移感應 器，所述位移感應器安裝在定位裝置的水平和垂直方向，分別獲得水平和垂直方向的震動。
3.如權利要求1所述的地震監測系統，其特徵在於所述地震監測系統還包括報警裝 置，所述ARM板連接報警裝置。
4.如權利要求1所述的地震監測系統，其特徵在於所述地震監測裝置連接有包括太陽 能電池板、太陽能控制器和蓄電池組的太陽能供電裝置。
5.如權利要求1或2或3或4所述的地震監測系統，其特徵在於所述地震監測系統還 包括外部數據採集裝置，所述外部數據採集裝置連接地震監測裝置，所述外部數據採集裝 置包括視頻採集器、計算機、傳真和/或電話。
6.如權利要求2所述的地震監測系統的實現方法，其特徵在於所述位移感應器感應地 殼震動，並將震動數據傳輸給所述分站，同時將衛星定位與授時數據傳輸給分站，分站通過 3G無線通信網絡將數據傳輸給主站，主站接收數據後存儲數據並將數據傳遞給控制中心。
7.如權利要求6所述的地震監測系統的實現方法，其實現步驟為所述位移感應器接 收水平和垂直方向的地殼震動，當有位移發生時，傳感器採集到來水平X軸、水平Y軸和垂 直方向Z軸的信號，傳感器將輸出的信號通過lKHz的低通濾波器，然後將濾波後的信號傳 送給放大器，放大器將輸入的信號放大到lVpp，ARM板將採集到的模擬信號轉換為數字信 號，並傳送給數據處理中心。
8.如權利要求6所述的地震監測系統的實現方法，其特徵在於在監測到位移感應器的 位移後，安裝在ARM板上的報警裝置同時工作。
9.如權利要求6所述的地震監測系統的實現方法，其特徵在於在有日照的時候，太陽 能電池板接收太陽光，把光能轉換成電能，經過電池充放電保護晶片後送入DC-DC轉換芯 片給地震監測裝置供電，把剩餘電能傳送給蓄電池蓄電；在沒有日照或日照很少時，蓄電池 把存儲的電能通過電池保護晶片送入DC-DC轉換晶片給地震監測設備供電。
10.如權利要求6所述的地震監測系統的實現方法，其特徵在於外部數據採集裝置視 頻採集器、計算機、傳真和/或電話採集數據和信號後，將數據和信號通過3G無線網絡傳輸 給數據中心。
全文摘要
本發明公開一種基於無線網絡的地震監測系統，該系統包括地震監測裝置，所述地震監測裝置分別設置於不同地震監測點以監測對應的地震監測點的地殼震動；地震監測分站，接收地震監測裝置數據並將數據通過3G無線網絡傳輸給地震監測主站；控制中心，分析、處理地震監測主站接收的數據；定位裝置，每個地震監測裝置均連接有定位裝置，所述定位裝置中安裝位移感應器，所述定位裝置用於監測地殼震動，所述分站和主站通過3G無線通信網絡進行通信；ARM板，所述ARM板安裝於地震監測裝置中；衛星定位與授時裝置，所述衛星定位與授時裝置安裝於地震監測裝置中。本發明通過在監測點安裝水平和垂直方向的位移感應器，精確感應地殼在水平和垂直方向上的震動，並通過GPS定位和授時裝置進行定位和授時，將監測到的準確地震信息通過3G無線網絡發送給控制中心，不受傳輸介質限制準確及時傳輸地震信息，地震監測裝置的電源由太陽能供電設備提供，不受電力基礎設施限制。地震監測裝置還可以連接視頻採集器、計算機、傳真和/或電話，可以將相關數據通過3G無線網絡傳輸給數據中心。
文檔編號G01V1/18GK101988968SQ20101027015
公開日2011年3月23日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者何戎遼, 倪國超, 劉鐵華, 吳偉林, 張龍, 王勇, 王小玲, 王維軍 申請人:成都林海電子有限責任公司