基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其由变形监测子系统、无线传输子系统、数据处理子系统、图像预处理及显示子系统组成。变形监测子系统包括光纤及坝体表面监控装置。无线传输子系统将监测子系统监测的原始数据发送至数据处理子系统并对接收到的信息进行处理分析，将分析结果传至图像预处理及显示子系统并将高坝运行场景显示在大屏幕上。本实用新型的特点在于系统设计合理，实现对高坝整体稳定性结构健康的监测且操作方便，实现空间立体监测和连续性监测，进而对结构中的隐患做出预警，为高坝的运行、维护、检修提供可靠依据，对减少高坝安全事故的发生起到重要作用。
【专利说明】基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水利水电工程中高坝安全【技术领域】，特别涉及一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统。
【背景技术】
[0002]复杂地质环境下高坝与基础地质体的相互作用机理十分复杂，高坝基础地质体系的整体稳定性的影响因素多、破坏方式各异。高坝整体稳定性一直是水利水电工程中关注的焦点问题，关系到人民生命财产和国民经济建设的安全，高坝建筑在发育不连续结构面如软弱夹层、裂隙、断层等相互切割的坝基岩体，当存在有软弱结构面的不利组合时，其稳定性将受到软弱结构面的控制，从而产生坝基抗滑稳定问题，一旦失事，其后果影响严重。如1975年8月河南板桥、石漫滩水库洪水漫坝垮塌造成京广线中断月余，1994年12月青海沟后水库的失事，1959年12月，法国马尔巴塞大坝失事，摧毁了下游的城市，上述实例均造成很大的人员伤亡和经济损失，说明大坝安全监测是非常重要的，它是保证大坝安全的重要措施，也是大坝建设和运行管理中非常必要且不可或缺的一项工作。
[0003]高坝往往建在偏远的山区，交通及生活环境都极不方便，人工的不断巡查或专门派员进驻监视都不是很方便，且存在以下缺点:
[0004]1、只能对重点目标，重点部位进行监测，无法实现区域性、大范围、全方位的监测。
[0005]2、只能定期监测，无持续性。
[0006]3、人为检测精度不够，检测过程不能与后方中心实现同步处理。如何在事故发生前尽早地发现问题，采取必要措施，减少事故的发生、降低损失，已成为亟待解决的问题。
[0007]因此，一个功能完善、运行可靠的高坝整体稳定性实时监测预警系统对于了解大坝的状态、掌握大坝的健康状况、评价安全性以及及时发现缺陷，都具有至关重要的意义。
[0008]综上所述，提供一种功能完善、运行可靠的高坝整体稳定性实时监测预警系统，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0009]公开于该实用新型【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
[0010]本实用新型要解决的技术问题是提供一种功能完善、运行可靠的高坝整体稳定性实时监测预警系统。
[0011]为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统。该系统包括:变形监测子系统、无线传输子系统、数据处理子系统、图像预处理及显示子系统；所述无线传输子系统将变形监测子系统的监测数据传送至数据处理子系统，数据处理子系统对监测数据处理后传至图像预处理及显示子系统。
[0012]优选地，所述高坝包括坝体、坝基，所述变形监测子系统包括预埋在坝体及坝基中的光纤以及安装在坝体周围的监控装置。
[0013]优选地，所述光纤沿坝轴线方向及沿河道方向布置。
[0014]优选地，所述监控装置为多个红外摄像头，其对高坝表面图像信息进行采集。
[0015]优选地，所述无线传输子系统将光纤所处位置的变形或位移数据和单元地址编码通过无线网络方式传输给数据处理子系统。
[0016]优选地，所述无线传输子系统包括无线信息接收和发射塔、GPRS无线中继器，所述无线网络方式为，所述GPRS无线中继器用于接收变形监测子系统的监测数据，并将其数据发送至数据处理子系统。
[0017]优选地，所述数据处理子系统包括数据处理单元，分析单元，存储单元和电源，该数据处理子系统将接收到的变形的幅度及位置信息进行统一整理、加工处理并通过分析判别大坝是否稳定，并生成相应的数据传至图像预处理及显示子系统。
[0018]优选地，所述图像预处理及显示子系统包括图像转换服务器以及大屏幕显示系统，该图像预处理及显示子系统对来自数据处理子系统的数据进行转换和显示。
[0019]本实用新型的有益效果是:
[0020]1、实时性强。该系统各子系统之间通过无线传感网络快速通道实现数据互通，实现了实时监测、实时传输、实时分析、实时预警显示功能，保证了监测数据的实时更新与反馈，根据预警结果可对大坝的整体稳定状况进行监控。
[0021]2、自动化程度高。基于物联网技术，采用了智能无线传感网络，避免对坝体的损伤性破坏以及繁琐的现场布线工作，该系统可在无人(或少人)值守的情况下正常运行，实现了系统的整体自动化，充分体现了该预警系统的灵活性和适用性。、
[0022]3、实时监控预警系统，保证了大坝的安全运行。本监测系统实现了实时监测、实时传输、实时分析、实时预警显示功能，保证了监测数据的实时更新与反馈，根据预警结果可对大坝的整体稳定状况进行监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为根据本实用新型的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统的组成示意图。
[0024]图2为根据本实用新型的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统监测的大坝基础廊道上、上游垂向位移随时间变化的曲线图。
[0025]图3为根据本实用新型的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统监测的坝顶顺水流方向水平位移随时间变化的曲线图。
[0026]主要部件符号说明:
[0027]I 变形监测子系统
[0028]2 无线传输子系统
[0029]3 数据处理子系统
[0030]4 图像预处理及显示子系统
[0031]11 坝体
[0032]12 坝基
[0033]13 光纤[0034]14监控装置
[0035]21无线信息接收和发射塔
[0036]22GPRS无线中继器
[0037]31数据处理单元
[0038]32分析单元
[0039]33存储单元
[0040]34电源
[0041]41图像转换服务器
[0042]42大屏幕显示系统。
【具体实施方式】
[0043]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0044]本实用新型提供一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，实现对高坝整体稳定性结构健康的监测，并且可实现空间立体监测和连续性监测，具有操作方便等特点，从而能对结构中的隐患做出预警，为高坝的运行、维护、检修提供可靠依据，该系统可对减少高坝整体稳定性结构安全事故的发生起到重要作用。
`[0045]下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行描述。在实施例1中，如图1所示的一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，由高坝及坝基变形监测子系统、无线传输子系统、数据处理系统、图像预处理及显示子系统。所述高坝包括坝体和坝基，所述高坝及坝基变形监测子系统包括预埋在坝体及坝基中的光纤以及安装在坝体周围的监控装置。所述无线传输子系统可将监测子系统监测的原始数据发送至数据处理子系统。所述数据处理子系统对接收到的变形的幅度及位置信息进行统一整理、加工等处理，通过分析，判别大坝是否稳定，并生成相应的数据传至图像预处理及显示子系统，图像预处理及显示子系统把高坝运行场景显示在大屏幕上。
[0046]具体地，如图1所示，该基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统由变形监测子系统1、无线传输子系统2、数据处理子系统3以及图像预处理及显示子系统4组成。
[0047]变形监测子系统I采集现场监测信息通过无线传输子系统2传输给数据处理子系统3，数据处理子系统3对接收到的数据进行分析处理，并由图像预处理及显示子系统4生成实时监控图像，并根据发生的警情向用户发出报警信号。
[0048]其中，变形监测子系统I用于采集施工期预埋安装在坝体11及坝基12上的光纤13所处位置的变形或位移数据，并将光纤所处位置的变形或位移数据和单元地址编码通过无线方式传输给无线传输子系统2。
[0049]变形监测子系统I中的监控装置14安装在坝体11周围，该监控装置为多个微型红外摄像头，可对高坝表面图像进行高保真采集，避免单摄像头拍摄造成的检测死角以及不准确的现象。
[0050]无线传输子系统2包括无线信息接收和发射塔21、GPRS无线中继器22。具体地，变形监测子系统I将光纤所处位置的变形或位移数据和单元地址编码通过无线方式传输给无线传输子系统2中的GPRS无线中继器22。该无线传输子系统2可将监测子系统I监测的原始数据发送至数据处理子系统3，也即，无线传输子系统2用于接收并存储光纤所处位置的变形或位移数据和单元地址编码，将采集的变形数据发送至数据处理子系统3。
[0051]具体地，无线传输子系统2中的GPRS无线中继器22由地址码电路、电源转换电路、中央处理单元(CPU)、复位电路、实时时钟电路、射频收发电路和GPRS无线传输控制电路组成。
[0052]数据处理子系统3用于接收监测数据，并对其进行分析、分类、处理，并通过宽带网将结果传输给图像预处理及显示子系统4。该数据处理子系统3主要包括大型服务器，将通过无线传输子系统传输的监控信息进行统一的控制和布防，可同时接收多个监视点的图像数据，对多路视频单频信号自动切换，并转换成数字信号进行压缩、整理、加工等处理，通过分析，判别大坝是否稳定，并生成相应的数据。具体地，所述数据处理子系统3包括数据处理单元31，分析单元32，存储单元33和电源34。该数据处理子系统3将接收到的变形的幅度及位置信息进行统一整理、加工等处理，通过分析，判别大坝是否稳定，并生成相应的数据传至图像预处理及显示子系统4。
[0053]图像预处理及显示子系统4用于接收并存储由数据处理子系统3传输的数据，当高坝处于失稳状态时，会立即通过子系统中的大屏幕显示变形的位置及幅度，并通过报警器向相关部门发出报警信号。具体地，图像预处理及显示子系统4包括图像转换服务器41、大屏幕显示系统42，可对来自数据处理子系统的数据进行转换和显示。
[0054]本系统中的高坝坝体及坝基的变形监测的光纤13采用分布式传感光纤，所述传感光纤在坝体及坝基内，布置方向包括沿坝轴线方向和水流方向，为对监测点的布置进行优化，本实用新型采用B样条形式描述曲面，采用平均误差检测方法评价监测布置。监测曲面可取沿坝轴线方向或沿上下游方向的剖面。
[0055]本实用新型应用于一工程中，监测项目为基础沉降，工程建成后进行了 8年的实时跟踪监测，监测项目为大坝基础廊道上、下游垂向位移随时间变化的曲线图，也即监测部位为上、下游基础廊道，监测内容为其垂向位移监测，结果见图2所示，由于自重作用，大坝上游基础沉降量大于下游，沉降主要发生在施工期和水库蓄水期间，目前沉降变形已趋于稳定。
[0056]在实施例2中，该基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统的结构和功能与实施例1相同，而本实用新型应用于另一工程中，监测结果如图3所示，其中，监测项目为坝顶沿流向水平位移。坝体顺流向水平位移受水压影响明显，工程蓄水后，大坝各坝段坝顶多向下游位移，为监测蓄水对坝体稳定的影响，通过光纤位移传感器对坝顶位移进行实时跟踪监测，坝顶顺流向水平位移随时间变化的曲线图见图3，坝体水平位移随坝前水位呈周期性变化，最大位移增量在设计允许范围内，说明变形未对高坝稳定性造成不利影响。
[0057]上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效，但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。
【权利要求】
1.一种基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统包括:变形监测子系统(I)、无线传输子系统(2)、数据处理子系统(3)以及图像预处理及显示子系统(4)； 所述无线传输子系统(2)将变形监测子系统(I)的监测数据传送至数据处理子系统(3)，数据处理子系统(3)对监测数据处理后传至图像预处理及显示子系统(4)。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述高坝包括坝体(11)、坝基(12)，所述变形监测子系统(I)包括预埋在坝体(11)及坝基(12)中的光纤(13)以及安装在坝体(11)周围的监控装置(14)。
3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述光纤沿坝轴线方向及沿河道方向布置。
4.根据权利要求2所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述监控装置(14)为多个红外摄像头，其对高坝表面图像信息进行采集。
5.根据权利要求2所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述无线传输子系统(2)将光纤(13)所处位置的变形或位移数据和单元地址编码通过无线网络方式传输给数据处理子系统(3 )。
6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述无线传输子系统(2)包括无线信息接收和发射塔(21)、GPRS无线中继器(22)，所述无线网络方式为GPRS，所述GPRS无线中继器(22)用于接收变形监测子系统(I)的监测数据，并将其数据发送至数据处理子系统(3)。
7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统，其特征在于，所述数据处理子系统(3 )包括数据处理单元(31)，分析单元(32 )，存储单元(33 )和电源(34)，该数据处理子系统(3)将接收到的变形的幅度及位置信息进行统一整理、加工处理并通过分析判别大坝是否稳定，并生成相应的数据传至图像预处理及显示子系统(4)。
8.根据权利要求1所述的基于物联网技术的高坝整体稳定性实时监测系统,其特征在于，所述图像预处理及显示子系统(4)包括图像转换服务器(41)以及大屏幕显示系统(42)，该图像预处理及显示子系统(4)对来自数据处理子系统(3)的数据进行转换和显示。
【文档编号】G01B11/02GK203518954SQ201320490210
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】戴会超, 戴凌全, 梁璐, 张载龙 申请人:中国长江三峡集团公司