专利名称：一种基于无线网络的地震监测系统及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统，尤其涉及一种基于无线网络的地震监测系统及实 现方法。
背景技术：
现有的地震监测系统中多采用有线的方式传输数据，而在有些偏远的地区，电网 没有到达，导致外界无法监测此区域的地震信息和及时得到有关地震数据。在地震发生的 时候，外界的指挥中心迫切需要得到现场的图像，语音以及相关重要数据，以增强抗震救灾 的反应能力，但因为有线的基础通信设施对传输介质的依赖性比较高，而在地震中传输介 质容易被破坏，有线的基础通信设施被摧毁后，外界难以得到信息，增加了抗震救灾的难 度。基于以上内容，因此有必要提供一种基于无线网络的地震监测系统，无线网络的 数据传输不受线路介质的影响，可以在没有电网的情况下实现数据传输，在3G网络中，还 可以实现数据、语音和视频信号的传输，便于外界及时掌握地震现场的信息，安排抗震救灾 方案。
发明内容
在地震时，有线的基础通信设施被摧毁，而在有线的基础通信设施未被恢复，外界 又迫切需要掌握地震现场的数据，便于了解地震信息和安排合理的救援措施，有必要提供 一种基于3G无线网络的地震监测系统及实现方法。本发明提供一种基于无线网络的地震监测系统，该系统包括地震监测装置，所述 地震监测装置分别设置于不同地震监测点以监测对应的地震监测点的地壳震动；地震监测 分站，接收地震监测装置数据并将数据通过无线网络传输给地震监测主站；控制中心，分 析、处理主站接收的数据；其特征在于该系统还进一步包括定位装置，每个地震监测装置 均连接有一定位装置，每个定位装置中安装位移感应器，所述定位装置用于监测地壳震动， 所述分站和主站通过3G无线通信网络进行通信，可传输数据、语音和视频信号。每个监测装置包括垂直和水平方向的传感器，安装在监测点的水平方向和垂直方 向，水平方向分为X轴和Y轴两个方向，垂直方向为Z轴，分别获得水平震动和垂直震动的 信号。当有位移发生时，传感器采集到来水平X轴、水平Y轴和垂直方向Z轴的信号，传感 器将输出的信号通过IKHz的低通滤波器，滤除参杂在信号中的高频干扰；然后将滤波后的 信号传送给放大器，放大器将输入的信号放大到lVpp，送到ARM板进行转换，由于采集到的 信号为模拟信号，此时，ARM上的AD转换功能，将模型信号转换成数字信号，并传送给数据 处理中心，同时，安装在ARM板上的报警装置，如LED灯光报警装置和蜂鸣器声音报警装置 同时工作，产生报警功能。ARM板使用模式转换工具进行内核驱动，使ARM板支持通用串行 总线模式。为了使地面控制中心和位移监测点能够精确定位并具有同频同相的同步时钟信号，本发明中增加了 GPS定位和授时装置。该装置利用GPS系统所制造的GPS授时系统，以 GPS卫星为时间源，组合了现代计算机技术和GPS卫星接受技术，可实现精确授时，从而实 现远距离设备的精确同步。监测装置的电源由太阳能供电设备提供，太阳能供电设备由太阳能电池板、太阳 能控制器、蓄电池等三大部分组成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用 是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或直接推动负载工作。太阳能 控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作 用。在温差较大的地方，控制器还具备温度补偿的功能。蓄电池为铅酸电池，解决了电能贮 存问题蓄电池将日照充足时系统发出的多余电能，保留在夜间或无风的阴雨天使用，解决 了发电与用电时间不一致的问题。该设备工作原理是，在白天有日照的时候，太阳能电池板 负责接收太阳光，把光能转换成电能，经过电池充放电保护芯片后送入DC-DC转换芯片给 地震监测设备供电，同时把用不完的电能送给蓄电池蓄电。在夜晚或阴雨天等没有日照或 日照很少时，蓄电池把存储的电能通过电池保护芯片送入DC-DC转换芯片给地震监测设备 供电。电路中电池保护芯片负责实时监控太阳能电池板及蓄电池的工作电压，同时监控负 载电流，在出现异常时，切断太阳能电池板、蓄电池及负载之间的通路，保护各电路部件安 全，待异常现象消失时，再恢复之间的连接。优选地地震监测装置还连外部数据采集装置，外部数据采集装置视频采集器、计 算机、传真和/或电话采集数据和信号后，将数据和信号通过3G无线网络传输给数据中心。本发明通过在监测点安装水平和垂直方向的位移感应器，精确感应地壳在水平和 垂直方向上的震动，并通过GPS定位和授时装置进行定位和授时，将监测到的准确地震信 息通过3G无线网络发送给控制中心，不受传输介质限制准确及时传输地震信息，地震监测 装置的电源由太阳能供电设备提供，不受电力基础设施限制。地震监测装置还可以连接视 频采集器、计算机、传真和/或电话，可以将相关数据通过3G无线网络传输给数据中心。
图1是基于无线网络的地震实时监测系统原理框图； 图2是太阳能供电装置原理图3是位移传感器工作原理图； 图4是移动3G无线网络上网流程原理框图。
具体实施例方式下面结合说明书附图，具体说明本发明的实施方式。如图1所示的基于无线网络的地震实时监测系统原理框图，该系统包括地震监 测装置，所述地震监测装置分别设置于不同地震监测点以监测对应的地震监测点的地壳震 动；地震监测分站，接收地震监测装置数据并将数据通过无线网络传输给地震监测主站； 控制中心，分析、处理主站接收的数据；其特征在于该系统还进一步包括定位装置，每个 地震监测装置均连接有一定位装置，每个定位装置中安装位移感应器，所述定位装置用于 监测地壳震动，所述分站和主站通过3G无线通信网络进行通信，可传输数据、语音和视频 信号。每个地震监测装置还连接视频采集器、计算机、传真和/或电话，并将相关数据和信号通过3G无线网络传输给数据中心。每个监测点连接一 GPS定位、授时系统，GPS定位、授时系统该，以GPS卫星为时间 源，组合了现代计算机技术和GPS卫星接受技术，可实现精确授时，从而实现远距离设备的 精确同步。本发明装置所采用的GPS授时系统频率可以为20ΜΗΖ、40ΜΗζ、60ΜΗζ、80ΜΗζ，所 使用的频率越高，则精度越高。如图2所示的太阳能供电装置原理图，每个监测点连接一太阳能供电设备提供， 太阳能供电设备由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池等三大部分组成。太阳能电池板是 太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中 存储起来，或直接推动负载工作。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄 电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，控制器还具备温度补偿的功 能。蓄电池为铅酸电池，解决了电能贮存问题蓄电池将日照充足时系统发出的多余电能， 保留在夜间或无风的阴雨天使用，解决了发电与用电时间不一致的问题。该设备工作原理 是，在白天有日照的时候，太阳能电池板负责接收太阳光，把光能转换成电能，经过电池充 放电保护芯片后送入DC-DC转换芯片给地震监测设备供电，同时把用不完的电能送给蓄电 池蓄电。在夜晚或阴雨天等没有日照或日照很少时，蓄电池把存储的电能通过电池保护芯 片送入DC-DC转换芯片给地震监测设备供电。电路中电池保护芯片负责实时监控太阳能电 池板及蓄电池的工作电压，同时监控负载电流，在出现异常时，切断太阳能电池板、蓄电池 及负载之间的通路，保护各电路部件安全，待异常现象消失时，再恢复之间的连接。如图3所示的位移传感器工作原理图，每个监测点采用三个传感器，安装在监测 点的水平方向和垂直方向，水平方向分为X轴和Y轴两个方向，垂直方向为Z轴，分别获得 水平震动和垂直震动的信号。其原理图如图2所示，当有位移发生时，传感器采集到来水平 X轴、水平Y轴和垂直方向Z轴的信号，传感器将输出的信号通过IKHz的低通滤波器，滤除 参杂在信号中的高频干扰；然后将滤波后的信号传送给放大器，放大器将输入的信号放大 到1 Vpp，送到ARM板进行转换，由于采集到的信号为模拟信号，此时，ARM上的AD转换功能， 将模型信号转换成数字信号，并传送给数据处理中心，同时，安装在ARM板上的LED灯光报 警装置和蜂鸣器声音报警装置同时工作，产生报警功能。如图4所示的移动3G无线网络上网流程原理框图，其包含以下方式 (1) USB_ Mode switch 编译
工具:USB_ Mode switc-1. 0. 2. tar. bz2 禾口 libusb-0. 1. 12. tar. gz 首先，编译libusb-0. 1. 12. tar. gz,解压并进入libusb-0. 1. 12目录，建立子目录 install用于存放最后生存的库文件与头文件。配置并生成Make file文件
./configure —build=i686_linux —host=arm_linux —prefix=/ libusb-0. 1. 12/ install
修改install路径
make
make install
完成后会在install目录下生成的lib库和include的头文件库和头文件拷贝到交叉 编译器的lib和include目录下。然后交叉编译USB _ mode switch修改Make file文件 修改STRIP和CC选项为 STRIP = arm-χχχ-Ιinux-strip CC = arm-χχχ-Ιinux-gcc
Make以后生成的可执行文件USB _ mode switch和相关的库文件，将该文件下载 到ARM开发板中，在ARM板的终端上或者在PC机的串口终端下运行再执行USB _ mode switch - W，转换成功。转换后不在dev下自动创建响应的medom节点和找不到gprs驱动，则需要重新进 行内核的编译和下载到arm板。在驱动编译的时候“在内核源码包中找到USB的3G驱动文件driver/usb/ serial/option, c 在其中加入 3G 卡片的 HUATOI_VEND0R_ID 0xl2Dl 和 HUATOI_PR0DUCT_ E1750 0x1446。然后修改Kconf ig将option编译成�？�。”这步，可以用华为的huawei_ product_el436 0x1436 改为 huawei_product_el436 Oxldal 艮口可。在内核中添加usb-modem-support选项，选中*,编译进内核当中，在usb-support 下，然后重新编译内核并下载到ARM板子。转换完成测试
cdc__acm1--13.1:ttyACMO:USBACMdevicecdc__acm1--13.3:ttyACMl:USBACMdevicecdc__acm1--13.5:ttyACM2:USBACMdevice
(2)编译安装
在编译配置内核Linux2. 6. 32时，加载对PPP的支持，配置编译内核在-> Device Drivers -> Network device support -> PPP (point-to-point protocol) 中，选中所 有PPP选项，退出保存配置，执行make zlmage，将zlmage下载到开发板上重启系统。解压进入源码目录，执行configure。完成后，执行make，这里要进行交叉编译， 旨胃 CC 为 arm gcc,为 make CC=arm-linux-gcc
编译完成后，进入PPPd目录，将生成的PPPd可执行文件拷贝到mini2440文件系统的 /usr/sbin下，运行pppd，如果出现乱码，则Pppd工作正常。(3) PPP 脚本
脚本拨号的方案主要有3个脚本，ppp-on、ppp-on-dialer和ppp-off，ppp-on脚本主 要用于初始化参数和启动PPPd, ppp-on-dialer主要用于AT测试串口和联通到移动网络的 脚本，而ppp-off则为断开连接的脚本，三个脚本的源码 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 肿\
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拨号参数
配置完成PPP脚本，要接入外网，还需要配置Linux操作系统的PPPD拨号参数，接入广 域网的DNS，还要包括PAP和CHAP的握手协议。
PPPD拨号参数配置文件在options里 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握手协议
#client server #"13417591635" #"13417591635" #"13417591635"
foo氺"“氺
CHAP握手协议
#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后，交叉编译chat，在pppd目录下并下载到arm中的bin目录。
^tc/ppp 巨录下 options pap-secrets resolv. conf chap-secrets/etc目录下resolv. conf和上面那个一样的 /root/Desktop/pppsh 目录下 ppp-on ppp-off ppp-on-dialer CP过以后，就直接在ppp-on的文件里运行·/ppp-on即可拨号上网。
修改在mini2440的系统下的/etc/init. d/rcS脚本为自启动脚本，修改后的文件 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
本发明通过在监测点安装水平和垂直方向的位移感应器，精确感应地壳在水 平和垂直方向上的震动，并通过GPS定位和授时装置进行定位和授时，将监测到的准确地 震信息通过3G无线网络发送给控制中心，不受传输介质限制准确及时传输地震信息，地震 监测装置的电源由太阳能供电设备提供，不受电力基础设施限制。地震监测装置还可以连 接视频采集器、计算机、传真和/或电话，可以将相关数据通过3G无线网络传输给数据中 心。 本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
一种基于无线网络的地震监测系统，其特征在于该系统包括地震监测装置，所述地震监测装置分别设置于不同地震监测点以监测对应的地震监测点的地壳震动；地震监测分站，接收地震监测装置数据并将数据通过3G无线网络传输给地震监测主站；控制中心，分析、处理地震监测主站接收的数据；定位装置，每个地震监测装置均连接有定位装置，所述定位装置中安装位移感应器，所述定位装置用于监测地壳震动，所述分站和主站通过3G无线通信网络进行通信；ARM板，所述ARM板安装于地震监测装置中；卫星定位与授时装置，所述卫星定位与授时装置安装于地震监测装置中。
2.如权利要求1所述的地震监测系统，其特征在于所述地震监测装置还包括位移感应 器，所述位移感应器安装在定位装置的水平和垂直方向，分别获得水平和垂直方向的震动。
3.如权利要求1所述的地震监测系统，其特征在于所述地震监测系统还包括报警装 置，所述ARM板连接报警装置。
4.如权利要求1所述的地震监测系统，其特征在于所述地震监测装置连接有包括太阳 能电池板、太阳能控制器和蓄电池组的太阳能供电装置。
5.如权利要求1或2或3或4所述的地震监测系统，其特征在于所述地震监测系统还 包括外部数据采集装置，所述外部数据采集装置连接地震监测装置，所述外部数据采集装 置包括视频采集器、计算机、传真和/或电话。
6.如权利要求2所述的地震监测系统的实现方法，其特征在于所述位移感应器感应地 壳震动，并将震动数据传输给所述分站，同时将卫星定位与授时数据传输给分站，分站通过 3G无线通信网络将数据传输给主站，主站接收数据后存储数据并将数据传递给控制中心。
7.如权利要求6所述的地震监测系统的实现方法，其实现步骤为所述位移感应器接 收水平和垂直方向的地壳震动，当有位移发生时，传感器采集到来水平X轴、水平Y轴和垂 直方向Z轴的信号，传感器将输出的信号通过lKHz的低通滤波器，然后将滤波后的信号传 送给放大器，放大器将输入的信号放大到lVpp，ARM板将采集到的模拟信号转换为数字信 号，并传送给数据处理中心。
8.如权利要求6所述的地震监测系统的实现方法，其特征在于在监测到位移感应器的 位移后，安装在ARM板上的报警装置同时工作。
9.如权利要求6所述的地震监测系统的实现方法，其特征在于在有日照的时候，太阳 能电池板接收太阳光，把光能转换成电能，经过电池充放电保护芯片后送入DC-DC转换芯 片给地震监测装置供电，把剩余电能传送给蓄电池蓄电；在没有日照或日照很少时，蓄电池 把存储的电能通过电池保护芯片送入DC-DC转换芯片给地震监测设备供电。
10.如权利要求6所述的地震监测系统的实现方法，其特征在于外部数据采集装置视 频采集器、计算机、传真和/或电话采集数据和信号后，将数据和信号通过3G无线网络传输 给数据中心。
全文摘要
本发明公开一种基于无线网络的地震监测系统，该系统包括地震监测装置，所述地震监测装置分别设置于不同地震监测点以监测对应的地震监测点的地壳震动；地震监测分站，接收地震监测装置数据并将数据通过3G无线网络传输给地震监测主站；控制中心，分析、处理地震监测主站接收的数据；定位装置，每个地震监测装置均连接有定位装置，所述定位装置中安装位移感应器，所述定位装置用于监测地壳震动，所述分站和主站通过3G无线通信网络进行通信；ARM板，所述ARM板安装于地震监测装置中；卫星定位与授时装置，所述卫星定位与授时装置安装于地震监测装置中。本发明通过在监测点安装水平和垂直方向的位移感应器，精确感应地壳在水平和垂直方向上的震动，并通过GPS定位和授时装置进行定位和授时，将监测到的准确地震信息通过3G无线网络发送给控制中心，不受传输介质限制准确及时传输地震信息，地震监测装置的电源由太阳能供电设备提供，不受电力基础设施限制。地震监测装置还可以连接视频采集器、计算机、传真和/或电话，可以将相关数据通过3G无线网络传输给数据中心。
文档编号G01V1/18GK101988968SQ20101027015
公开日2011年3月23日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者何戎辽, 倪国超, 刘铁华, 吴伟林, 张龙, 王勇, 王小玲, 王维军 申请人:成都林海电子有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
