一種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，涉及地質(zhì)災(zāi)害檢測領(lǐng)域。本裝置包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)、中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)、可變交通指示系統(tǒng)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集邊坡上震動、傾角變化和形變參數(shù)信息，通過Zigbee無線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)收集存儲來自各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息融合處理，自動地對邊坡穩(wěn)定情況進(jìn)行分析，對災(zāi)害做出實(shí)時預(yù)警。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)可通過Zigbee無線傳輸模塊發(fā)送指令到可變交通指示牌上顯示預(yù)警信息，同時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通知有關(guān)部門和相關(guān)人員，并在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時發(fā)布預(yù)警信息。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，部署靈活、實(shí)用方便，可用于邊坡狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測預(yù)警，能有效的減少邊坡地質(zhì)災(zāi)害造成的生命財(cái)產(chǎn)損失。
【專利說明】-種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是一種山區(qū)公路邊坡的實(shí)時監(jiān)控預(yù)警裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 邊坡是指地表具有一定坡度的臨空面地質(zhì)體，它在世界范圍內(nèi)分布廣泛。隨著我 國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)不斷向山區(qū)地帶延伸，形成了大量的邊坡工程。特別是西 部山區(qū)地帶，在公路建設(shè)的工程中，經(jīng)常要開挖大量邊坡，這些邊坡工程的安全穩(wěn)定，關(guān)系 著交通運(yùn)輸和人民生命安全。在目前的自然災(zāi)害中，邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的滑坡問題已經(jīng)成為僅 次于地震、海嘯的第三大自然災(zāi)害，給世界各國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。我國作為地質(zhì)災(zāi)害 多發(fā)國，滑坡、塌方、泥石流等各種邊坡災(zāi)害更是不容小覷。
[0003] 面對不斷發(fā)生邊坡災(zāi)害，我們迫切地需要對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，對可能發(fā)生 的災(zāi)害做出預(yù)警，尤其是山區(qū)公路邊坡。在現(xiàn)有的山區(qū)公路邊坡監(jiān)測中，除了采用傳統(tǒng)的人 工定期巡檢方式外，也有采用儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測的，但是各個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)往往需 要回傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，回傳的方式也大多采取有線，然后再由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心專家進(jìn)行分 析。這種方式往往是用于邊坡的長期監(jiān)測，難以保證監(jiān)測和預(yù)警的實(shí)時性。
[0004] 隨著傳感技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)的迅速發(fā) 展，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)對邊坡狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，再通過無線通信技術(shù)實(shí)時的把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù) 發(fā)送到嵌入式計(jì)算設(shè)備進(jìn)行分析處理，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的邊坡監(jiān)測與預(yù)警，為我國山區(qū)公路 交通安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能對山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警裝置。該裝置結(jié)構(gòu) 簡單、部署靈活、使用方便、監(jiān)測和預(yù)警準(zhǔn)確性高，能有效的減少邊坡地質(zhì)災(zāi)害造成的生命 財(cái)產(chǎn)損失。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：無線傳感節(jié)點(diǎn)采集邊坡上的震動、傾角變化信息和位置信 息，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給附近的中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收并存儲數(shù)據(jù),然后對 不同位置的邊坡形變和異常震動信息進(jìn)行融合處理，得到邊坡狀態(tài)和預(yù)警信息；接著通過 Zigbee無線傳輸模塊在可變交通指示系統(tǒng)顯示預(yù)警信息，同時通過GPRS通信模塊將預(yù)警 信息和受災(zāi)情況上報(bào)有關(guān)部門和相關(guān)人員，并可在網(wǎng)絡(luò)實(shí)時發(fā)布預(yù)警信息。
[0007] 無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括無線傳感器、北斗定位模塊、Zigbee無線傳輸模塊、太陽能供 電設(shè)備。無線傳感器實(shí)時采集邊坡狀態(tài)信息，同時通過北斗定位模塊，實(shí)時定位采集點(diǎn)的準(zhǔn) 確位置信息，通過Zigbee無線通信將傳感器采集到的信息及位置信息經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送 至中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)。整個無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電設(shè)備提供工作電源。
[0008] 所述的無線傳感器包括：震動傳感器和傾角傳感器，可用于監(jiān)測邊坡上瞬時的異 常震動以及山體傾斜度發(fā)生的變化。然后經(jīng)過中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)的分析，能對滑坡、崩塌等邊坡 災(zāi)害的監(jiān)測提供更為全面的信息。
[0009] 所述的北斗定位模塊，可以通過地面增強(qiáng)基站實(shí)現(xiàn)厘米級的定位，中心計(jì)算節(jié)點(diǎn) 通過Zigbee無線傳輸模塊接收不同傳感器節(jié)點(diǎn)精確的位置信息，計(jì)算出不同傳感器節(jié)點(diǎn) 位置變化量，就可以得到邊坡表面的形變參數(shù)，為公路邊坡提供長期的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。同 時也可用于準(zhǔn)確定位災(zāi)害發(fā)生的地點(diǎn)，方便上報(bào)有關(guān)部門，采取援救。
[0010] 所述的太陽能供電設(shè)備包括太陽能采集模塊和儲能模塊。太陽能采集模塊為太陽 能電池板，儲能模塊采用蓄電池。
[0011] 所述的中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括ARM處理器、存儲器、太陽能供電設(shè)備、Zigbee無線傳輸 模塊、GPRS通信模塊。其中Zigbee無線傳輸模塊用于中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)和無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸，同時發(fā)送指令給可變交通指示系統(tǒng)顯示相關(guān)預(yù)警信息；GPRS通信模塊將災(zāi)害 發(fā)生信息及有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至有關(guān)部門和人員。
[0012] 所述的可變交通指示系統(tǒng)包括：Zigbee無線傳輸模塊、太陽能無線供電設(shè)備、可 變交通指示牌和指示燈?？梢詫?shí)時接收中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令顯示不同的預(yù)警信息，實(shí) 現(xiàn)交通管制，避免人員傷亡。
[0013] 本發(fā)明針對當(dāng)前有線分布式的邊坡監(jiān)測的弊端，將無線傳感器技術(shù)應(yīng)用于公路邊 坡的安全監(jiān)測與預(yù)警裝置中，實(shí)現(xiàn)了邊坡情況的實(shí)時感知監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)傳輸、災(zāi)害發(fā)生點(diǎn) 的定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控可查詢。實(shí)現(xiàn)了諸如滑坡、崩塌等邊坡災(zāi)害的自動監(jiān)控，通過可變交通指 示系統(tǒng)對災(zāi)害發(fā)生做出實(shí)時的預(yù)警響應(yīng)。
[0014] 本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0015] (1)本發(fā)明各個部分的數(shù)據(jù)傳輸采用了 2. 4GHz的Zigbee無線通信技術(shù)，具有低復(fù) 雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)率、自維護(hù)、部署靈活、不產(chǎn)生流量費(fèi)用等特點(diǎn)。
[0016] (2)本發(fā)明使用了太陽能供電設(shè)備，避免了鋪設(shè)供電線路且減少了相關(guān)的維護(hù)工 作，經(jīng)濟(jì)方便。
[0017] (3)中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)所管理各個傳感器節(jié)點(diǎn)提供的數(shù)據(jù)自動的進(jìn)行信息融 合處理，然后通過可變交通指示系統(tǒng)顯示預(yù)警信息，通過GPRS通信模塊通報(bào)有關(guān)部門，可 實(shí)時的對公路邊坡的危險情況做出預(yù)警，進(jìn)行交通管制，避免人員傷亡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明一種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
[0019] 圖2是無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖
[0020] 圖3是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
[0021] 圖4是可變交通指示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
[0022] 圖5是中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖
[0023] 具體實(shí)施方法
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0025] 圖1是本發(fā)明一種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)可以分 為三個部分，第一部分是數(shù)據(jù)采集層11，包括各個邊坡監(jiān)測區(qū)塊；第二部分是數(shù)據(jù)處理層 12 ;第三部分是可變交通指示系統(tǒng)13。
[0026] 第一部分?jǐn)?shù)據(jù)采集層11由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)組成，無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé) 采集邊坡的異常震動和傾角變化信息以及采集點(diǎn)的準(zhǔn)確位置信息，經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)或直接將 數(shù)據(jù)發(fā)送至中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在如圖3所示。例如圖中所示采集節(jié)點(diǎn)1的采樣 周期可由中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)置，在不需要工作時，部分傳感器可進(jìn)入休眠狀態(tài)。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn) 接收各自負(fù)責(zé)區(qū)塊的傳感數(shù)據(jù)并存儲，通過內(nèi)部程序?qū)Σ杉降男畔⑦M(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理， 做出相應(yīng)決策，然后通過Zigbee無線傳輸模塊指揮遠(yuǎn)方可變交通指示系統(tǒng)13做出預(yù)警響 應(yīng)。同時中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)還通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通知有關(guān)部門和人員匯報(bào)受災(zāi)情況，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布預(yù) 警息。
[0027] 圖2是無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，每個傳感器節(jié)點(diǎn)由北斗定位模塊和一個以上 的傳感器組成，傳感器包括震動傳感器、傾角傳感器。北斗定位模塊負(fù)責(zé)確定邊坡上各個區(qū) 塊準(zhǔn)確的位置信息，通過監(jiān)控山體位移信息監(jiān)測山體是否發(fā)生滑坡、塌方等災(zāi)害。處理器模 塊對采集到的傳感數(shù)據(jù)和位置信息進(jìn)行預(yù)處理，通過Zigbee無線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至中 心計(jì)算節(jié)點(diǎn)。某些傳感器節(jié)點(diǎn)可以在不需要工作時候進(jìn)入休眠狀態(tài)減少耗能，傳感器節(jié)點(diǎn) 的采樣周期可由中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。整個無線傳感節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電設(shè) 備，無需外接電源。
[0028] 圖3是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，31為無線傳感器節(jié)點(diǎn)，32為路由節(jié)點(diǎn)，33為協(xié)調(diào)器 節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都采用太陽能供電設(shè)備，節(jié)點(diǎn)之間的通信采用Zigbee無線通信技術(shù)，各個 傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式或經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)或直接將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。本發(fā) 明中的中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)充當(dāng)了 Zigbee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的作用。Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自 我修復(fù)能力，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個路由節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，可以自動組建新的傳感網(wǎng)絡(luò)，保證了傳感 網(wǎng)絡(luò)的魯棒性、穩(wěn)定性和監(jiān)控的實(shí)時性。
[0029] 圖4是可變交通指示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，可變交通指示系統(tǒng)采用太陽能供電，包括 Zigbee無線傳輸模塊、處理器模塊和可變交通指示牌（燈）?？勺兘煌ㄖ甘鞠到y(tǒng)被安置在 各個路段的路口或道路醒目位置，通過Zigbee無線傳輸模塊接收來自中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送 的指令，可實(shí)時的對道路邊坡災(zāi)害做出響應(yīng)和預(yù)警，提醒過往人員車輛注意安全，實(shí)現(xiàn)自動 化的交通管制。
[0030] 圖5是中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括Zigbee無線傳輸模塊、ARM處 理器、存儲器、GPRS通信模塊、太陽能供電設(shè)備。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)所管理區(qū)塊的各種傳感 信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，判斷及預(yù)測邊坡災(zāi)害的發(fā)生，然后通過GPRS通信模塊向有關(guān)部門 及相關(guān)人員上報(bào)受災(zāi)情況和預(yù)警信息，也可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布預(yù)警信息，同時發(fā)送指令改變可 變交通指示系統(tǒng)的顯示內(nèi)容。中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)還可根據(jù)需要自動的修改無線傳感器節(jié)點(diǎn)的參 數(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述裝置包括：邊坡數(shù)據(jù)采集 層、數(shù)據(jù)處理層、可變交通指示系統(tǒng)、太陽能供電設(shè)備；所述的邊坡數(shù)據(jù)采集層有1-n個無 線傳感器節(jié)點(diǎn)組成；數(shù)據(jù)處理層包含中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)分別與無線傳 感器節(jié)點(diǎn)、可變交通指示系統(tǒng)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的無線 傳感器節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電，使用Zigbee無線通信技術(shù)與中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的無線 傳感器節(jié)點(diǎn)使用的傳感器包括：震動、傾角無線傳感器，可根據(jù)需要選擇安置，用以采集邊 坡異常震動和傾角變化的信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的無線 傳感器節(jié)點(diǎn)裝有北斗定位模塊，可采集邊坡表面形變參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的中心 計(jì)算節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電，無人值守，可自動分析邊坡情況，實(shí)時地做出決策，指揮可變交 通指示系統(tǒng)顯示預(yù)警信息；同時通過GPRS通信模塊通知有關(guān)部門和相關(guān)人員，并在網(wǎng)上發(fā) 布預(yù)警信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的太陽 能供電設(shè)備包括太陽能采集模塊和儲能模塊，為無線傳感器節(jié)點(diǎn)、中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)、可變交通 指不系統(tǒng)提供電能。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)公路邊坡實(shí)時監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于：所述的可變 交通指示體統(tǒng)包括可變交通指示牌和可變交通指示燈。
【文檔編號】G08B21/10GK104217542SQ201410464505
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】尹宏鵬, 柴毅, 蔣瑋 申請人:重慶大學(xué)