基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法

基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法，所述的系统包括RTU(远程终端)和多个泥石流监测预警传感装置，每一个泥石流监测预警传感装置作为一个MESH网络节点，RTU中集成有用于数据收集的集中器，RTU通过集中器与所有的泥石流监测预警传感装置无线通信连接。该基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法基于多传感器协同实现泥石流监测预警，具有显著的社会效益。
【专利说明】基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于无线自组网群检测泥石流预警传感装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002]泥石流是发生在山地地区的一种地质灾害，它是含有大量沙石块的特殊山洪，具有突发、凶猛和破坏力强等特点。我国地貌类型复杂多样，且以山地为主，约占全国陆地面积三分之二。由于山区地质地貌错综复杂且处于东亚季风区，暴雨频发，加之人类行为，导致泥石流灾害频发，严重的影响生态环境及民生。
[0003]泥石流的基础研究和泥石流去的动态监测必须进行野外现场科学试验观测。传统的泥石流监测预警方法是在野外建立简易监测点，采用简易的观测方法，即主要利用人观测雨量和发生泥石流后预警，检测仪器科技含量不高，方法单一，遇到雷雨天气通讯难以畅通，特别夜间，监测预警工作很难实施。目前国内外基本采用长期监测预报、中期监测预报、短期监测预报和临监测预报。长期监测是数月到数年的趋势预测，一般不大引起人们的注意。中短期预报是气象部门对天气预报信息，属于险情监测预报和防灾预报。临监测预报即零小时到数小时内的预报，是依据每小时的雨量图、雨势情报、监测仪器制定依据。对城镇、工矿和交通运输部门的泥石流临灾避难与救助有重要意义。然而，现有的各种泥石流监测预警方法和设备都存在科技含量不高、监测精度差、成果不及时和可靠度不够的缺点。因此亟待一种改进的泥石流监测预报预警系统及方法以克服上述缺陷。
[0004]目前根据国家规范，临灾泥石流的监测多靠雨量和泥石流历史事件来评估。在《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》DZ/T0221-2006标准中，很大程度上是依据雨量强度R值来预警泥石流的发生。
【权利要求】
1.一种基于无线自组网泥石流监测预警传感装置，其特征在于，包括MCU、电池、三轴加速度传感器、地声传感器、振动传感器、电池电压检测电路和电源管理电路、MESH网络模块；所述的加速度传感器、地声传感器、振动传感器、电池电压检测电路均通过A/D转换器与MCU的输入接口相连，MESH网络控制器与MCU相连。
2.根据权利要求1所述的泥石流监测预警传感装置，其特征在于，还包括DC/DC模块、电源管理器、比较器和D/A转换器；D/A转换器的输入端接MCU的一个数据输出接口 ；电池通过DC/DC模块与电源管理器的电能输入接口相连，比较器的输出端、MCU的一个输出端以及MESH网络控制器的ACT信号输出端均与电源管理器连接；电源管理器的电源输出接口与MCU的电源接口相连； 比较器的两个输入端分别接D/A转换器的输出端和震动传感器的输出信号；或比较器的两个输入端分别接D/A转换器的输出端和地声传感器的输出信号。
3.根据权利要求2所述的泥石流监测预警传感装置，其特征在于，地声传感器、震动传感器与A/D转换器的输入端之间设有信号调理及放大电路；在电池电压检测电路与A/D转换器的输入端之间设有阻抗变换和信号调理电路。
4.根据权利要求3所述的泥石流监测预警传感装置，其特征在于，还包括备用电源、太阳能电池和充电控制器；DC/DC模块的电源输入侧与备用电源连接； 太阳能电池通过充电控制器为电池充电。
5.根据权利要求1所述的泥石流监测预警传感装置，其特征在于，所述的加速度传感器(12)、地声传感器(11)、振动传感器(10)和电池均位于由外管和外管盖(I)形成的空腔内；MESH网络控制器中的天线固定在外管侧壁上；所述的空腔内设有由2个固定环(4)固定的内管(3)，电池(14)置于内管中；内管顶部设有一个固定架(13)，加速度传感器(12)、地声传感器(11)和振动传感器(10)均固定在固定架上；电池的外壁粘贴有发泡橡胶条(5)。
6.一种泥石流监测预警传感监测系统，其特征在于，包括RTU (远程终端)和多个如权利要求1-5任一项所述的泥石流监测预警传感装置，每一个泥石流监测预警传感装置作为一个MESH网络节点，RTU中集成有用于数据收集的集中器，RTU通过集中器与所有的泥石流监测预警传感装置无线通信连接。
7.一种泥石流监测预警传感监测方法，其特征在于，由一个RTU和多个泥石流监测预警传感装置组成MESH网络，泥石流监测预警传感装置用于采集现场数据并将现场数据通过MESH网络控制器发送给RTU ;所述的现场数据包括震动数据、加速度数据、地声数据和电池电压数据； RTU通过集成的集中器以无线方式收集泥石流监测预警传感装置发出的现场数据，并通过集中器发出指令以控制所述的泥石流监测预警传感装置； RTU对收集的现场数据进行分析处理，每一个传感器都运行单独设定阈值和权重，在设定时间范围内所有传感器权重的积分超过设定阈值时则启动报警，实现对泥石流灾害的实时监测和预警； 所述的泥石流监测预警传感装置包括MCU、电池、加速度传感器、地声传感器、振动传感器、电池电压检测电路和MESH网络控制器；所述的加速度传感器、地声传感器、振动传感器、电池电压检测电路均通过A/D转换器与MCU的输入接口相连，MESH网络控制器与MCU相连； 所述的泥石流监测预警传感装置还包括DC/DC模块、电源管理器、比较器和D/A转换器；D/A转换器的输入端接MCU的一个数据输出接口 ； 电池通过DC/DC模块与电源管理器的电能输入接口相连，比较器的输出端、MCU 的一个输出端即使能信号(EN)输出端以及MESH网络控制器的ACT信号输出端均与 电源管理器连接；电源管理器的电源输出接口与MCU的电源接口相连； 比较器的两个输入端分别接D/A转换器的输出端和震动传感器的输出信号； 电源管理模块由三种信号联合控制，第一个是单片机发出来的使能信号(EN)，第二个是MESH模块发出的ACT信号；ACT信号是MESH节点接收到集中器广播指令、或者符合自身地址的信号才会输出；第3个信号是由震动传感器的放大信号进行阈值比较输出的QCFBJ信号，三个信号经或门和单稳联合唤醒电源管理模块的供电管理单元从而为MCU被供电，单片机被唤醒后输出使能信号使电源管理模块保持供电，完成数据采集和通信传输后通过电源管理模块关闭MCU电源以降低待机能耗； 地声传感器、震动传感器与A/D转换器的输入端之间设有信号调理及放大电路；在电池电压检测电路与A/D转换器的输入端之间设有阻抗变换和信号调理电路； 所述的泥石流监测预警传感装置还包括备用电源、太阳能电池和充电控制器；DC/DC模块的电源输入侧与备用电源连接； 太阳能电池通过充电控制器为电池充电； 所述的加速度传感器(12)、地声传感器(11)、振动传感器(10)和电池均位于由外管和外管盖(I)形成的空腔内；MESH网络控制器中的天线固定在外管侧壁上；所述的空腔内设有由2个固定环⑷固定的内管(3)，电池(14)置于内管中；内管顶部设有一个固定架(13)，加速度传感器(12)、地声传感器(11)和振动传感器(10)均固定在固定架上。
【文档编号】G08B21/10GK103646514SQ201310685102
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】夏伟, 冯凯, 吕云华, 覃昱昱 申请人:湖南华中灾害预警研究开发有限公司