无人机抛投安装的危岩姿态监测仪及其方法技术

本发明专利技术提供一种无人机抛投安装的危岩姿态监测仪及其方法。无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，包括铁块、太阳能电池板、电路板、电池、外壳、尖型固定脚和装有粘合剂的橡胶球，所述铁块、电路板和电池设置在外壳内部，所述太阳能电池板设置在外壳的外表面，所述尖型固定脚和装有粘合剂的橡胶球设置在外壳的下端。本发明专利技术采用无人机抛投的方式进行安装，相比传统人工安装方式降低了安装的难度、成本以及周期；本发明专利技术采用以波动灵敏度为导向的自适应变频采集方法，相比于传统等间隔采集方法，降低了设备的功耗和成本；本发明专利技术具有一定的普适性，适用于应急救灾情形下针对危岩体的快速布设监测，具有广泛的推广应用价值。具有广泛的推广应用价值。具有广泛的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
无人机抛投安装的危岩姿态监测仪及其方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害监测预警领域，尤其涉及一种无人机抛投安装的危岩姿态监测仪。

技术介绍

[0002]在地质灾害监测预警领域，危岩体的姿态监测是一项十分重要的任务。危岩体通常指的是倾角较陡，表层岩体极为破碎，形成了不利于岩体稳定的结构面，这类岩体极易失稳引发地质灾害，造成一定的经济损失，因此危岩体的监测预警对地质灾害防治而言十分的重要。
[0003]危岩体引发的地质灾害是属于过程性的，倾角、加速度等能反应危岩体姿态的物理参数对危岩体成灾机理分析而言是十分重要的。危岩体的成灾过程虽具有突发性，但其孕育期相对较长，当我们查明危岩体的形状大小后，需要通过相应的监测手段对其观察。倾角可以反应危岩体在变形过程中随时间的推移其角度变化的程度，进一步的得到危岩体重心偏移的程度，而危岩体重心的偏移极易引发失稳从而引发地质灾害，因此倾角对危岩体的监测而言十分的重要。加速度可以反应危岩体的变形活跃程度，危岩体在变形过程中容易形成在某个方向上瞬时变形速度的变化，通过加速度传感器可以捕获到这一变化程度，从而反映出危岩体变形活跃的程度，若岩体在一定的时间范围内其活跃度高，意味着其失稳的概率将大幅的增加，因此加速度传感器对危岩体的监测十分的重要。
[0004]当前地质灾害监测预警领域，针对危岩体姿态的监测在安装方式上仍然停留于人工安装，在数据采集方法上仍停留于定频采集，其主要缺陷如下：1)对于危岩体监测设备而言，采用人工安装的方式难度较大，现场的施工条件导致安装的周期过长、成本过高，不利于应急救灾条件下对危岩体引发的地质灾害进行快速的防治。2)数据采集方式为等间隔，即定频采集方式，其采集手段如三维激光、图像等异常的复杂，导致系统总体功耗和成本的增加，促使设备不利于普适性地质灾害监测预警。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无人机抛投安装的危岩姿态监测仪及其方法。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，包括铁块、太阳能电池板、电路板、电池、外壳、尖型固定脚和装有粘合剂的橡胶球，所述铁块、电路板和电池设置在外壳内部，所述太阳能电池板设置在外壳的外表面，所述尖型固定脚和装有粘合剂的橡胶球设置在外壳的下端。
[0007]所述铁块用于抛投吊装，无人机上的电磁铁在开启的情形下产生磁场，铁块在该磁场的作用下与无人机上的电磁铁吸附在一起，进而实现无人机抛投吊装；所述太阳能电池板用于将太阳能转换为电能，以助于弥补系统运行时所消耗的电能；所述电路板用于实现危岩姿态监测的核心功能；所述隔离盖板用于固定电池，隔离盖板将电池固定在外壳内
部的下壁，避免电池在颠簸的情形下跟随设备一起颠簸；导向柱设置在电路板与隔离盖板之间，避免电路板与隔离盖板直接接触，且用于在电路板和隔离盖板之间形成一定的空间，方便在电路板底层布设元件；所述电池用于存储太阳能产生的电能以及为系统提供直流供电电源；所述外壳用于保护内部部件免遭雨水、紫外线等侵蚀；所述尖型固定脚用于在抛投时刺破盛有粘合剂的橡胶球从而释放粘合剂，同时还能让设备更好的抓地；所述盛有粘合剂的橡胶球用于盛放粘合剂，在抛投时会被尖型固定脚刺破释放粘合剂，释放的粘合剂用于将设备固定在投放点上。
[0008]无人机抛投安装的危岩姿态监测仪的监测方法，该方法包括以下步骤：1)对传感器、预设参数进行初始化操作；2)对拔码开关的状态进行检测，若拨码状态为“001”则挂载的通信模组为北斗短报文通信模组，若拨码状态为“010”则挂载的通信模组为移动通信模组，若拨码状态为“011”则挂载的通信模组为LoRa组网通信模组；3)进行加速度传感器数据获取，并对获取到的加速度传感器数据进行波动值计算且与当前波动灵敏度进行比较，若计算的结果小于当前波动灵敏度则继续下一个加速度传感器数据采集操作，若计算的结果大于当前波动灵敏度则发起一次倾角传感器数据采集操作；4)获取倾角传感器数据结束后，对获取到的一组倾角传感器数据进行数字滤波；5)进行倾角相对波动值的比较，若倾角波动无异常则进入下一次循坏，若倾角波动异常，则将数据进行上传与存储；6)计算出新的波动灵敏度后并进行更新。
[0009]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用无人机抛投的方式进行安装，相比传统人工安装方式降低了安装的难度、成本以及周期；本专利技术采用以波动灵敏度为导向的自适应变频采集方法，相比于传统等间隔采集方法，降低了设备的功耗和成本；本专利技术具有一定的普适性，适用于应急救灾情形下针对危岩体的快速布设监测，具有广泛的推广应用价值。
附图说明
[0010]图1是本专利技术的结构示意图；
[0011]图2是本专利技术的电路板工作原理示意图；
[0012]图3是本专利技术的无线通信网络拓扑示意图；
[0013]图4是本专利技术的监测方法逻辑示意图；
[0014]图5是本专利技术的软件工作原理示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0016]如图1所示，本专利技术的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪包括固定条1、铁块2、太阳能电池板3、电路板4、隔离盖板5、导向柱6、电池7、外壳8、尖型固定脚9和装有粘合剂的橡胶球10，所述固定条1用于固定铁块2，固定条1将上述铁块2固定在外壳8内部的上壁，避免设备颠簸时铁块2在没有施加磁场的情形下跟随颠簸从而影响其它部件正常工作；所述铁块2用于吸附无人机上的电磁铁，当需要抛投安装危岩姿态监测仪时，无人机首先启动电磁铁产生磁场与铁块2吸附在一起，然后将设备通过吊装的方式运输至指定投放地点，最后无人机关闭电磁铁使产生的磁场消失，导致铁块2不再受磁场的作用进而从无人机脱离开始下落，完成抛投动作，所述铁块2最好是条形的，如图1所示，以便于固定；所述太阳能电池板
3贴合在设备外壳8上用于将太阳能转换为电能，以助于弥补系统运行时所消耗的电能；所述电路板4用于实现危岩姿态监测的核心功能；所述隔离盖板5用于固定电池7，避免电池7在颠簸的情形下发生过度移动影响其它部件；所述导向柱6用于在电路板4和隔离盖板5之间形成一定的空间，避免电路板4与隔离盖板5直接接触，方便在电路板4底层布设元件；所述电池7用于存储太阳能电池板3转换产生的电能并为系统提供直流供电电源，同时电池7还能增加设备重量让设备的重心处于设备的底部；所述外壳8用于保护内部部件免遭雨水、冰冻、紫外线等外部环境因素对内部部件造成的过度侵蚀；所述尖型固定脚9用于在设备抛投时刺破装有粘合剂的橡胶球10从而释放粘合剂，同时当设备落地时尖型固定脚9将与粘合剂粘附在一起增加抓地能力；所述装有粘合剂的橡胶球10用于盛放粘合剂，在抛投落地时提供设备与危岩体之间的粘合剂，落地时尖型固定脚9将刺破装有粘合剂的橡胶球10并释放粘合剂，释放的粘合剂用于将设备固定在投放点上。
[0017]电路板4用于危岩姿态的监测，电路板4的工作原理如图2所示，电路板4包括MPPT充电电路、电量检测电路、LED运行指示电路、低功耗微控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，包括铁块(2)、太阳能电池板(3)、电路板(4)、电池(7)、外壳(8)、尖型固定脚(9)和装有粘合剂的橡胶球(10)，所述铁块(2)、电路板(4)和电池(7)设置在外壳(8)内部，所述太阳能电池板(3)设置在外壳(8)的外表面，所述尖型固定脚(9)和装有粘合剂的橡胶球(10)设置在外壳(8)的下端。2.如权利要求1所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，还包括固定条(1)，所述固定条(1)将铁块(2)固定在外壳(8)内部的上壁。3.如权利要求1所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，还包括导向柱(6)和隔离盖板(5)，所述隔离盖板(5)将电池(7)固定在外壳(8)内部的下壁，所述导向柱(6)设置在电路板(4)与隔离盖板(5)之间，避免电路板(4)与隔离盖板(5)直接接触。4.如权利要求1所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，所述电池(7)用于存储太阳能电池板(3)转换产生的电能并为整个系统提供直流供电电源。5.如权利要求1所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，所述尖型固定脚(9)用于抛投落地时刺破装有粘合剂的橡胶球(10)。6.如权利要求1所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，所述电路板包括MPPT充电电路、电量检测电路、LED运行指示电路、低功耗微控制器、无线通信模组、倾角传感器、加速度传感器、SD卡和拔码开关，所述MPPT充电电路将太阳能电池板(3)输出的电能转换为电池(7)所需的充电电压；所述电量检测电路获取当前电池电量并通过模数转换的方式反馈至低功耗微控制器；所述LED运行指示电路受低功耗微控制器的GPIO控制用于指示当前系统的运行状态；所述低功耗微控制器实现危岩姿态监测功能；所述无线通信模组将获取的传感器数据和上传时间信息传输至其它终端设备；所述倾角传感器获取危岩体变形产生的倾角物理量并通过SPI协议反馈至低功耗微控制器，且倾角传感器受低功耗微控制器的命令控制；所述加速度传感器获取危岩体变形产生的加速度物理量并通过SPI协议反馈至低功耗微控制器，且加速度传感器受低功耗微控制器的命令控制；所述SD卡连接至低功耗微控制器的GPIO，用于存储传感器和电量数据；所述拔码开关选择当前挂载的无线通信模组类型。7.如权利要求6所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，所述无线通信模组共三种类型，若拔码状态为“001”表示系统当前挂在北斗短报文通信模组；若拔码状态为“010”表示系统当前挂在移动通信模组；若拔码状态为“011”表示系统当前挂在LoRa组网通信模组。8.如权利要求6所述的无人机抛投安装的危岩姿态监测仪，其特征在于，所述低功耗微控制器通过内部运行程序，可划分相对波动等级和波动灵敏度，可驱动加速度和倾角传感器进行相应数据采集，可驱动无线通信模组对数据进行上传，可驱动电量检测电路获取电池电量信息，可驱动LED运行指示电路进行LED的亮灭控制，可驱动SD卡存储与获取数据，可获取拨码开关的状态信息以确定当前挂载的通信模组，可将计算得到的加速度传感器数据波动值与波动灵敏度进行比较进而改变加速度传感器数据的采集密度，可遵照下式对采集的加速度传感器数据进行数据波动值计算：
上式中n表示滑动窗口的尺度大小，其取值为[1,2,3,
…
,n]，表示前一次的算术平均值，表示当前算术平均值，表示当前...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈定斌，朱星，高强，彭涛，巨能攀，杨柳，解明礼，
申请(专利权)人：国能大渡河流域水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：