CN110133686A - 高集成度的北斗卫星地灾专业监测站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，包括GNSS接收机，所述GNSS接收机包括主电路板、天线和外设接口，所述主电路板包括电源系统、处理器、网络模块和高精度卫星定位模块，所述天线包括GNSS天线和网络天线，所述主电路板设置有用于连接所述天线的GNSS天线接口和网络天线接口，本发明将现有北斗地灾监测系统高度集成化，降低人工安装、维护难度，在传统的监测方案上，去除了基柜和天线罩，延长系统续航时间。在复杂的野外地形架设，降低人工运输难度，得以实现一种全地型、全天候、低成本、高精度、高集成度的简易地灾监测系统。

Description

高集成度的北斗卫星地灾专业监测站

技术领域

本发明涉及北斗、GPS等卫星系统应用、地理测绘、地质灾害监测领域，具体为高集成度的北斗卫星地灾专业监测站。

背景技术

北斗卫星地质监测已全面在市场上应用，采用的技术方案多是高精度RTK接收机、独立的GNSS天线(需要天线罩固定和保护天线)、吸盘式网络天线(用于有效数据通过网络远程传输)组成的卫星接收功能，供电系统由太阳能电池板和铅酸电池组合。这种方案在实际应用中可以达到监测的目的，但是它集成度低、功耗高、系统笨重。主要表现在两个大方面问题上：

1.电源系统问题：系统野外架设，地理位置复杂，电池大多采用铅酸电池供电，一个满足续航时间的铅酸电池重约20kg，不利于复杂地形的运输。铅酸电池需要太阳能电池板控制器配合充电。

2.卫星接收机问题：目前高精度定位监测功能实现需要两部分，一个是GNSS接收机，一个是天线。GNSS接收机多采用具有RTK功能的高精度接收机板卡，整个接收机是一个独立的系统；天线是它的外置配件，这两部分需要两套结构；为了保护接收机和太阳能电池控制器，需要为其配置基柜；这种方案实现了监测的功能，但是功耗高，约4W，不利于野外施工和长期作业。同时，数据远程传输需要网络，网络的天线也是独立的。集成度低伴随着产生安装复杂度高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，本发明将现有北斗地灾监测系统高度集成化，降低人工安装、维护难度，在传统的监测方案上，去除了基柜和天线罩，延长系统续航时间。在复杂的野外地形架设，降低人工运输难度，得以实现一种全地型、全天候、低成本、高精度、高集成度的简易地灾监测系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，包括GNSS接收机，所述GNSS接收机包括主电路板、天线和外设接口，所述主电路板包括电源系统、处理器、网络模块和高精度卫星定位模块，所述天线包括GNSS天线和网络天线，所述主电路板设置有用于连接所述天线的GNSS天线接口和网络天线接口。

优选的，所述电源系统包括太阳能电池板、电池，所述太阳能板功率为100W，接口为四芯航空头，电池容量70Ah。

优选的，所述电源系统包括适配器供电。

优选的，所述主线电路板与GNSS天线、网络天线集成形成一体式的监测接收机。

优选的，所述GNSS天线和网络天线集成为一体式的结构。

优选的，所述主电路板采用SAMA5集成1Gb DDR的处理器与高精度SOCGNSS模块组合的结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：将现有北斗地灾监测系统高度集成化，降低人工安装、维护难度，在传统的监测方案上，去除了基柜和天线罩，延长系统续航时间。在复杂的野外地形架设，降低人工运输难度，得以实现一种全地型、全天候、低成本、高精度、高集成度的简易地灾监测系统；系统集成度高，各组成部分数量减少，节省运输、安装的消耗。在传统方案上，它把天线和GNSS接收机这两大核心功能整合到一个结构内，实现一个常规天线的体积兼有天线和GNSS接收机的功能，去掉了原有的天线罩；天线采用空气介质天线，与传统方案相比，重量轻很多，同时在这个天线上兼容了两个2.4GHz的移动网络天线，去掉了常规的外置吸盘式天线，增强移动信号接收和发送能力；系统电源采用太阳能电池板和储控一体式(储存和控制)电池；与常规方案比较，去掉太阳能电池板的控制器；采用微芯SAMA5集成DDR的处理器和SOC(系统级芯片)卫星接收模块，整个接收机功耗仅1.5W，为长续航创建了优越的先天条件。常规接收机功耗通常4W，同样容量的电池，在长期阴雨天气条件下，新的接收机的续航时间是常规机型的2～3倍。实测效果70Ah的电池，不小于20天，常规机型8～10天；系统采用太阳能供电，无人职守，系统寿命可达3～5年。

附图说明

图1为本发明高集成度的北斗卫星地灾专业监测站的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，本发明提供的一种实施例：高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，包括GNSS接收机，所述GNSS接收机包括主电路板、天线和外设接口，所述主电路板包括电源系统、处理器、网络模块和高精度卫星定位模块，所述天线包括GNSS天线和网络天线，所述主电路板设置有用于连接所述天线的GNSS天线接口和网络天线接口。在本发明中，GNSS接收机由主电路板、天线、外设接口和结构组成。其主电路板由电源系统、处理器、网络模块、高精度卫星定位模块组成。除电源外，各模块与处理器之间通过串口通讯；主线路板上留有GNSS天线接口和网络天线接口，其中网络模块采用双天线的设计，一个主天线一个辅天线，留有两个接口，GNSS功能留一个接口；整个系统的天线只有一个，具有GNSS与网络需求的两个频段接收功能，与主线路板上的射频接口一一对应；天线与主电路板叠放，两单元中间夹有隔离腔，隔离腔主要用于屏蔽主线路板对天线的电磁干扰；将组装好的系统安装到GNSS接收机结构中，形成一体式GNSS接收机。

高精度定位模块采用现成的SOC技术方案，即一颗芯片集成了卫星信号接收和解调的功能，并通过串口输出原始观测量，主要支持北斗卫星导航系统，同时支持GPS、GLONASS卫星系统，静态水平精度优于2.5mm，高程精度优于5mm，其功耗只有0.3W，成本比高精度板卡低很多，但是满足作业需求。

在本发明中，处理器采用MICROCHIP公司的SAMA5处理器，它集成1Gb DDR，单芯片功耗小于0.25W；基于这种方案实测接收机功耗小于1.5W。

在本发明中，电源系统主要为GNSS接收机供电，分为两种供电方式。第一种方式是太阳能电池板和电池组成，太阳能板功率100W，接口为四芯航空头，电池容量70Ah，充电接口采用与太阳能电池板套的四芯航空头。电池放电接口采用七芯LEMO头，直接接到卫星接收机上。同时电池自身可监测自己的温度、电量、电压、电流信息，通过7芯LEMO头输出到卫星接收机上。第二种供电方式是适配器供电。通过专用适配器，利用市电为GNSS接收机供电。适配器需要配置专用转接线，转接线一端接适配器，另一端七芯LEMO头输出，直接接到卫星接收机上。

在本发明的安装过程中，在施工现场，首先在监测点上浇筑水泥墩，水泥墩预埋地脚螺栓做四个预埋件，用于固定系统支撑柱；配套产品包有两个法兰盘焊接在支撑柱上，其中下法兰盘用于增大支撑柱对地的接触面积，预留地脚螺栓孔，便于支撑柱固定，上法兰盘用于承载和固定GNSS接收机，同时预留挂勾；电池放置在支撑柱内，电池长405mm、宽85mm、高75mm，电池可放置在支撑柱底部，也可悬挂于承载GNSS接收机的法兰盘上；安装太阳能电池板：太阳能电池板有支架，可由生产厂家提供，将太阳能电池板支架用抱毂固定在支撑柱上，然后放置太阳能电池板，接着将板上的电源线穿过支持柱上端的预留孔(方便太阳能电池板输出线布设在支撑柱内)，连接到电池上，如果这时有太阳，电池将开始充电。电池七芯LEMO头接到卫星接收机，然后卫星接收机放在法兰盘上，用三个螺栓将卫星接收机与上法兰盘固定，这样系统即组装完成，卫星接收机将与服务器建立连接，地灾平台可以通过服务器获取卫星接收机发送的数据并解析。本发明将现有北斗地灾监测系统高度集成化，降低人工安装、维护难度，在传统的监测方案上，去除了基柜和天线罩，延长系统续航时间。在复杂的野外地形架设，降低人工运输难度，得以实现一种全地型、全天候、低成本、高精度、高集成度的简易地灾监测系统；系统集成度高，各组成部分数量减少，节省运输、安装的消耗。在传统方案上，它把天线和GNSS接收机这两大核心功能整合到一个结构内，实现一个常规天线的体积兼有天线和GNSS接收机的功能，去掉了原有的天线罩；天线采用空气介质天线，与传统方案相比，重量轻很多，同时在这个天线上兼容了两个2.4GHz的移动网络天线，去掉了常规的外置吸盘式天线，增强移动信号接收和发送能力；系统电源采用太阳能电池板和储控一体式(储存和控制)电池；与常规方案比较，去掉太阳能电池板的控制器；采用微芯SAMA5集成DDR的处理器和SOC(系统级芯片)卫星接收模块，整个接收机功耗仅1.5W，为长续航创建了优越的先天条件。常规接收机功耗通常4W，同样容量的电池，在长期阴雨天气条件下，新的接收机的续航时间是常规机型的2～3倍。实测效果70Ah的电池，不小于20天，常规机型8～10天；系统采用太阳能供电，无人职守，系统寿命可达3～5年。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于：包括GNSS接收机，所述GNSS接收机包括主电路板、天线和外设接口，所述主电路板包括电源系统、处理器、网络模块和高精度卫星定位模块，所述天线包括GNSS天线和网络天线，所述主电路板设置有用于连接所述天线的GNSS天线接口和网络天线接口。

2.根据权利要求1所述的高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于，所述电源系统包括太阳能电池板、电池，所述太阳能板功率为100W，接口为四芯航空头，电池容量70Ah。

3.根据权利要求1所述的高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于，所述电源系统包括适配器供电。

4.根据权利要求2所述的高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于：所述主线电路板与GNSS天线、网络天线集成形成一体式的监测接收机。

5.根据权利要求2所述的高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于：所述GNSS天线和网络天线集成为一体式的结构。

6.根据权利要求2所述的高集成度的北斗卫星地灾专业监测站，其特征在于：所述主电路板采用SAMA5集成1Gb DDR的处理器与高精度SOC GNSS模块组合的结构。