一种山区公路边坡实时监测预警装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种山区公路边坡实时监测预警装置，涉及地质灾害检测领域。本装置包括无线传感器节点、中心计算节点、可变交通指示系统。无线传感器节点实时采集边坡上震动、倾角变化和形变参数信息，通过Zigbee无线传输模块发送数据至中心计算节点。中心计算节点收集存储来自各传感器节点的数据，进行信息融合处理，自动地对边坡稳定情况进行分析，对灾害做出实时预警。中心计算节点可通过Zigbee无线传输模块发送指令到可变交通指示牌上显示预警信息，同时通过GPRS网络通知有关部门和相关人员，并在互联网上实时发布预警信息。本发明结构简单，部署灵活、实用方便，可用于边坡状态的实时监测预警，能有效的减少边坡地质灾害造成的生命财产损失。
【专利说明】-种山区公路边坡实时监测预警装置
【技术领域】
[0001] 本发明设计涉及地质灾害监测领域，尤其是一种山区公路边坡的实时监控预警装 置。
【背景技术】
[0002] 边坡是指地表具有一定坡度的临空面地质体，它在世界范围内分布广泛。随着我 国经济建设的快速发展，公路建设不断向山区地带延伸，形成了大量的边坡工程。特别是西 部山区地带，在公路建设的工程中，经常要开挖大量边坡，这些边坡工程的安全稳定，关系 着交通运输和人民生命安全。在目前的自然灾害中，边坡失稳导致的滑坡问题已经成为仅 次于地震、海啸的第三大自然灾害，给世界各国造成了巨大的经济损失。我国作为地质灾害 多发国，滑坡、塌方、泥石流等各种边坡灾害更是不容小觑。
[0003] 面对不断发生边坡灾害，我们迫切地需要对边坡的稳定性进行监控，对可能发生 的灾害做出预警，尤其是山区公路边坡。在现有的山区公路边坡监测中，除了采用传统的人 工定期巡检方式外，也有采用仪器进行远程监测的，但是各个监测节点采集的数据往往需 要回传至远程监控中心，回传的方式也大多采取有线，然后再由远程监控中心专家进行分 析。这种方式往往是用于边坡的长期监测，难以保证监测和预警的实时性。
[0004] 随着传感技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术的迅速发 展，利用无线传感网络对边坡状态进行实时监测，再通过无线通信技术实时的把监控数据 发送到嵌入式计算设备进行分析处理，可以实现实时的边坡监测与预警，为我国山区公路 交通安全和人民生命财产安全提供保障。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能对山区公路边坡实时监测和预警装置。该装置结构 简单、部署灵活、使用方便、监测和预警准确性高，能有效的减少边坡地质灾害造成的生命 财产损失。
[0006] 本发明是这样实现的：无线传感节点采集边坡上的震动、倾角变化信息和位置信 息，通过Zigbee网络发送给附近的中心计算节点。中心计算节点接收并存储数据,然后对 不同位置的边坡形变和异常震动信息进行融合处理，得到边坡状态和预警信息；接着通过 Zigbee无线传输模块在可变交通指示系统显示预警信息，同时通过GPRS通信模块将预警 信息和受灾情况上报有关部门和相关人员，并可在网络实时发布预警信息。
[0007] 无线传感器节点包括无线传感器、北斗定位模块、Zigbee无线传输模块、太阳能供 电设备。无线传感器实时采集边坡状态信息，同时通过北斗定位模块，实时定位采集点的准 确位置信息，通过Zigbee无线通信将传感器采集到的信息及位置信息经过路由节点发送 至中心计算节点。整个无线传感器节点采用太阳能供电设备提供工作电源。
[0008] 所述的无线传感器包括：震动传感器和倾角传感器，可用于监测边坡上瞬时的异 常震动以及山体倾斜度发生的变化。然后经过中心计算节点的分析，能对滑坡、崩塌等边坡 灾害的监测提供更为全面的信息。
[0009] 所述的北斗定位模块，可以通过地面增强基站实现厘米级的定位，中心计算节点 通过Zigbee无线传输模块接收不同传感器节点精确的位置信息，计算出不同传感器节点 位置变化量，就可以得到边坡表面的形变参数，为公路边坡提供长期的实时监测和预警。同 时也可用于准确定位灾害发生的地点，方便上报有关部门，采取援救。
[0010] 所述的太阳能供电设备包括太阳能采集模块和储能模块。太阳能采集模块为太阳 能电池板，储能模块采用蓄电池。
[0011] 所述的中心计算节点包括ARM处理器、存储器、太阳能供电设备、Zigbee无线传输 模块、GPRS通信模块。其中Zigbee无线传输模块用于中心计算节点和无线传感器节点进 行数据传输，同时发送指令给可变交通指示系统显示相关预警信息；GPRS通信模块将灾害 发生信息及有关数据发送至有关部门和人员。
[0012] 所述的可变交通指示系统包括：Zigbee无线传输模块、太阳能无线供电设备、可 变交通指示牌和指示灯。可以实时接收中心计算节点发送的指令显示不同的预警信息，实 现交通管制，避免人员伤亡。
[0013] 本发明针对当前有线分布式的边坡监测的弊端，将无线传感器技术应用于公路边 坡的安全监测与预警装置中，实现了边坡情况的实时感知监控、无线数据传输、灾害发生点 的定位、远程监控可查询。实现了诸如滑坡、崩塌等边坡灾害的自动监控，通过可变交通指 示系统对灾害发生做出实时的预警响应。
[0014] 本发明具有如下的有益效果：
[0015] (1)本发明各个部分的数据传输采用了 2. 4GHz的Zigbee无线通信技术，具有低复 杂度、自组织、低功耗、高数据率、自维护、部署灵活、不产生流量费用等特点。
[0016] (2)本发明使用了太阳能供电设备，避免了铺设供电线路且减少了相关的维护工 作，经济方便。
[0017] (3)中心计算节点可以根据所管理各个传感器节点提供的数据自动的进行信息融 合处理，然后通过可变交通指示系统显示预警信息，通过GPRS通信模块通报有关部门，可 实时的对公路边坡的危险情况做出预警，进行交通管制，避免人员伤亡。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明一种山区公路边坡实时监测预警装置的结构示意图
[0019] 图2是无线传感器节点结构示意图
[0020] 图3是无线传感器网络结构图
[0021] 图4是可变交通指示系统结构示意图
[0022] 图5是中心计算节点结构示意图
[0023] 具体实施方法
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0025] 图1是本发明一种山区公路边坡实时监测预警装置的结构示意图。该系统可以分 为三个部分，第一部分是数据采集层11，包括各个边坡监测区块；第二部分是数据处理层 12 ;第三部分是可变交通指示系统13。
[0026] 第一部分数据采集层11由无线传感器节点、路由节点组成，无线传感器节点负责 采集边坡的异常震动和倾角变化信息以及采集点的准确位置信息，经过路由节点或直接将 数据发送至中心计算节点。具体网络结构在如图3所示。例如图中所示采集节点1的采样 周期可由中心计算节点设置，在不需要工作时，部分传感器可进入休眠状态。中心计算节点 接收各自负责区块的传感数据并存储，通过内部程序对采集到的信息进行数据融合处理， 做出相应决策，然后通过Zigbee无线传输模块指挥远方可变交通指示系统13做出预警响 应。同时中心计算节点还通过GPRS网络通知有关部门和人员汇报受灾情况，在网络发布预 警息。
[0027] 图2是无线传感器节点结构示意图，每个传感器节点由北斗定位模块和一个以上 的传感器组成，传感器包括震动传感器、倾角传感器。北斗定位模块负责确定边坡上各个区 块准确的位置信息，通过监控山体位移信息监测山体是否发生滑坡、塌方等灾害。处理器模 块对采集到的传感数据和位置信息进行预处理，通过Zigbee无线传输模块发送数据至中 心计算节点。某些传感器节点可以在不需要工作时候进入休眠状态减少耗能，传感器节点 的采样周期可由中心计算节点根据需要进行设置。整个无线传感节点采用太阳能供电设 备，无需外接电源。
[0028] 图3是无线传感器网络结构图，31为无线传感器节点，32为路由节点，33为协调器 节点，每个节点都采用太阳能供电设备，节点之间的通信采用Zigbee无线通信技术，各个 传感器节点通过自组织的方式或经过路由节点或直接将采集数据发送至协调器节点。本发 明中的中心计算节点充当了 Zigbee网络中协调器节点的作用。Zigbee网络具有较强的自 我修复能力，当网络中某个路由节点出现故障后，可以自动组建新的传感网络，保证了传感 网络的鲁棒性、稳定性和监控的实时性。
[0029] 图4是可变交通指示系统结构示意图，可变交通指示系统采用太阳能供电，包括 Zigbee无线传输模块、处理器模块和可变交通指示牌（灯）。可变交通指示系统被安置在 各个路段的路口或道路醒目位置，通过Zigbee无线传输模块接收来自中心计算节点发送 的指令，可实时的对道路边坡灾害做出响应和预警，提醒过往人员车辆注意安全，实现自动 化的交通管制。
[0030] 图5是中心计算节点结构示意图，中心计算节点包括Zigbee无线传输模块、ARM处 理器、存储器、GPRS通信模块、太阳能供电设备。中心计算节点负责所管理区块的各种传感 信息进行数据融合处理，判断及预测边坡灾害的发生，然后通过GPRS通信模块向有关部门 及相关人员上报受灾情况和预警信息，也可通过网络发布预警信息，同时发送指令改变可 变交通指示系统的显示内容。中心计算节点还可根据需要自动的修改无线传感器节点的参 数。
【权利要求】
1. 一种山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述装置包括：边坡数据采集 层、数据处理层、可变交通指示系统、太阳能供电设备；所述的边坡数据采集层有1-n个无 线传感器节点组成；数据处理层包含中心计算节点，可通过Zigbee无线网络分别与无线传 感器节点、可变交通指示系统连接。
2. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的无线 传感器节点采用太阳能供电，使用Zigbee无线通信技术与中心计算节点进行数据传输。
3. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的无线 传感器节点使用的传感器包括：震动、倾角无线传感器，可根据需要选择安置，用以采集边 坡异常震动和倾角变化的信息。
4. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的无线 传感器节点装有北斗定位模块，可采集边坡表面形变参数。
5. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的中心 计算节点采用太阳能供电，无人值守，可自动分析边坡情况，实时地做出决策，指挥可变交 通指示系统显示预警信息；同时通过GPRS通信模块通知有关部门和相关人员，并在网上发 布预警信息。
6. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的太阳 能供电设备包括太阳能采集模块和储能模块，为无线传感器节点、中心计算节点、可变交通 指不系统提供电能。
7. 根据权利要求1所述的山区公路边坡实时监测预警装置，其特征在于：所述的可变 交通指示体统包括可变交通指示牌和可变交通指示灯。
【文档编号】G08B21/10GK104217542SQ201410464505
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】尹宏鹏, 柴毅, 蒋玮 申请人:重庆大学