(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211352643.3 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 山东省地质矿产勘查 开发局八〇 一 水文地质工程 地质大队 （山 东省地 矿工程勘察院） 地址 250000 山东省济南市历下区经十路 13632号 (72)发明人 张云峰　安美艳　杜亚鲁　王少娟　 吕明荟　李生清　程凤　卢晓龙　 (74)专利代理 机构 北京中索 知识产权代理有限 公司 11640 专利代理师 郭浩鹏 (51)Int.Cl. G01C 11/36(2006.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) G08B 21/24(2006.01) G08B 3/10(2006.01) (54)发明名称 一种岩溶塌陷四维监测的信息系统 (57)摘要 本发明公开一种岩溶塌陷四维监测的信息 系统， 涉及探测领域， 包括电源、 四维监测模块、 视频传输模块、 视频解码模块、 信息计算单元模 块、 信息分析单元模块； 所述电源与所述四维监 测模块、 所述视频传输模块、 所述视频解码器、 所 述信息计算单元、 所述信息分析单元相连接， 对 整个过程进行供电， 所述四维监测模块的输出端 与所述视频传输模块的输入端连接， 所述视频传 输模块的输出端与所述视频解码器的输入端连 接， 所述视频解码器的输出端与所述信息计算单 元的输入端连接， 所述信息计算单元的输入端与 所述信息分析单元连接， 所述信息分析单元分析 完毕后传送给用户。 本发明大大提高了对岩溶塌 陷数据信息的监测以及反馈能力。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 115468541 A 2022.12.13 CN 115468541 A 1.一种岩溶塌陷四维监测的信息系统， 其特 征在于： 包括： 电源， 用于向其 他模块提供工作电压和电流； 四维监测模块， 用于提供岩溶塌陷数据信息的四维监测信息， 并将监测到的数据信息 传递到终端设备； 四维监测模块包括FPGA模块和与所述FPGA模块连接的360 °立体旋转四维 采集模块、 数据串并转换模块、 数据融合模块、 信号映射器、 功 率比较器和数字调制器； 其中 所述FPGA模块用于实现数据信息的控制； 其中所述数据融合模块用于实现不同岩溶塌陷数 据信息的融合； 其中所述数据串并转换模块将一组并行数据从一个存储器件向另一个存储 器件进行串行传输， 所述数据串并转换模块内设置有岩溶塌陷信号检测电路； 所述360 °立 体旋转四维采集模块 通过设置四维空间旋转轴实现空间范围内的旋转和运动； 视频传输模块， 用于将接收并传递输出的视频传输数据信息传递到 视频解码器中； 视频解码器， 用于将接收到的数据信息解码， 以获取视频传输模块传送过来的视频； 信息计算单元， 用于计算四维监测模块监测到的数据信息， 通过改进型卷积神经网络 模型实现数据信息的计算； 信息分析 单元， 用于分析岩溶塌陷数据信息， 以提高数据信息分析能力； 其中， 所述电源与所述四维监测模块、 所述视频传输模块、 所述视频解码器、 所述信息 计算单元、 所述信息 分析单元相连接， 对整个过程进 行供电， 所述四维监测模块的输出端与 所述视频传输模块的输入端连接， 所述视频传输模块的输出端与所述视频解码器的输入端 连接， 所述视频解码器的输出端与所述信息计算单元 的输入端连接， 所述信息计算单元 的 输入端与所述信息分析 单元连接， 所述信息分析 单元分析完毕后传送给用户。 2.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 所述电源为 不间断UP S电源。 3.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 数据串并转 换模块包括DSP处理机、 数据通信模块、 转换模块和监控终端， 其中所述转换模块包括并/串 模块和串/并模块， 所述DSP处理机与数据通信模块连接， 所述数据通信模块与转换模块连 接， 所述转换模块与监控终端连接 。 4.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 数据融合模 块包括数据预处理模块和数据融合模块； 所述预处理模块用于对岩溶影像数据的几何纠 正、 大气订正、 辐射校正和空间信息进行配准； 所述数据融合模块包括像元级的融化模块、 特征级的融合模块、 决策级模块和选择模块； 其中所述选择模块根据融合 目的、 融合层次、 数据属性或者优先级等级选择岩溶影 像数据信息 。 5.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 信号映射器 包括控制器、 和与所述控制器连接的Modbus通信模块、 HTTP通信模块、 XMPP通信模块、 RS485 通信模块、 协议 转换模块、 上位机、 输出控制电路、 输出接口和储 存电路。 6.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 功率比较器 为SGM8707功率比较器， 所述功率比较器输出300nA的电源电流， 功率比较器的传播延迟低 至6 μs， 在1.4V电源下10 0mV过驱动。 7.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 数字调制器 包括数据处理单元、 和与所述数据处理单元连接的C OFDM调制单元、 RF调制单元和CPU/LCD/ LED/键盘单元； 所述数据处理单元通过数据属性转换将各种接口输入的信号转换为各个模权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115468541 A 2拟接收的数据信息， 以实现COFDM调制的预处理； 所述COFDM调制单元将通过数据信息编码 将数据流调制为频谱信号。 8.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷四维监测的信 息系统， 其特征在于： 改进型卷积 神经网络模型在网络模型前两层中设置卷积分解模型， 其中改进 型卷积神经网络模型的工 作方法为： 利用卷积分解模型对CNN网络模型进行改进， 将CNN网络模型设置为深度可分离卷积模 块； 卷积分解模 型的工作方法为： 将输入的监测系统运行状态参数{Q}与第三层的卷积核进 行卷积操作， 卷积函数公式为： （1） 式 （1） 中， Zj表示岩溶塌陷安全状态监测 模型的卷积层的输出， j为CNN网络模型不同节 点下岩溶塌陷数据分析输出的变 量值， xi表示岩溶塌陷安全 状态监测模型卷积核的输入， xi 中的i 表示监测异常数据类型的总数， kij表示输入的监测系统运行状态参 数， 表示卷积 操作， bj表示安全状态监测模型卷积层的偏置； 公式 （1） 表示出安全状态监测模型的特征提 取信息， 安全状态监测模型的卷积 操作完成后， 卷积模块后接 批标准化处理和激活函数为： （2） 式 （2） 中， BN表示岩溶塌陷数据信息批标准化处理信息， relu表示激活函数， W表示识别 模型的卷积模块， y表示岩溶塌陷数据信息标准化处理函数， 表示相乘运算， x表示岩溶 塌陷安全状态监测模型卷积核的输入， b表示安全状态监测模型卷积层的偏置， 公式 （2） 中 的激活函数为网络中的非线性单 元， 加入调整因子后的激活函数为： （3） 式 （3） 中， zin、 zout表示CNN网络模型批处理层的输入和输 出的监测状态信息， 、 表示 CNN网络模型调整因子， z ~表示CNN网络模型中上一层卷积输出， 表示卷积分解模型的权 重系数， 表示监测系 统样本数据的特征值，  c表示批处理层常数； 量化当前系 统的安全 状态指标的公式为： （4）权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115468541 A 3