水利工程渗流监测系统及方法与流程

本发明属于水利工程领域，具体涉及一种水利工程渗流监测系统及方法。

背景技术：

堤坝起到挡水的作用，其安全状态关系到下游人民的生命财产安全和国民经济发展。堤坝渗流工作状态对堤坝的安全运行至关重要，一旦堤坝出现渗流变形，后果十分严重，堤坝的渗流进行监测对堤坝的安全运行有着重要的意义。目前，在对堤坝的渗流进行监测时，通常采用渗压计进行监测，而且渗压计多设置在几个有代表性的横断面上，因而目前渗压计的设置无法对整个堤坝面进行完整地监测。此外，随着渗压计设置位置逐渐深入水底，其无法通过无线传输的方式，将其采集到的数据传输回地面，因而在利用渗压计对堤坝的渗流状况进行监测时，通常渗压计通过有线传输的方式将其采集到的数据传输回地面。由于目前在堤坝上设置的渗压计数量较少，因此通常每个渗压计都采用单独的电线将其采集到的数据传输回地面。当需要对整个堤坝面的渗流情况进行完整监测时，可以通过增加设置渗压计，但是如果每个渗压计都采用单独的电线将其采集到的数据传输回地面，那么需要设置很多的电线，这样布设的线路比较复杂且成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种水利工程渗流监测系统及方法，以解决目前无法对整个堤坝的渗流状况进行监测，且即便通过增加渗压计来对整个堤坝的渗流状况进行监测，也存在布设线路比较复杂的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种水利工程渗流监测系统，包括声波接收器、声波识别装置以及布设在堤坝上的传感装置阵列，该传感装置阵列中每个传感装置都包括传感器、第一开关、控制器和声波发生器，该第一开关包括逻辑与电路、常闭触点和常开触点，该逻辑与电路的第一输入端作为该传感装置的第一端，第二输入端连接该控制器的第一输出端，输出端连接该常闭触点的一端，该常闭触点的另一端作为该传感装置的第二端，该逻辑与电路的输出端还通过该常开触点连接该控制器的第一输入端，该传感器的输出端连接该控制器的第二输入端，该控制器的第二输出端连接该声波发生器的输入端；

针对每行传感装置都设置有第二开关，其中除最后一行外的其他各行传感装置，其第二开关都包括处理器和第一单刀双掷开关，该处理器的第一输入端作为该第二开关的第一端，第二输入端连接对应行中第一个传感装置的控制器的第三输出端，该处理器的输出端连接该第一单刀双掷开关的不动端，该第一单刀双掷开关的第一动端连接下一行传感装置的第二开关的第一端，第二动端连接该对应行中第一个传感装置的第一端，且该其他各行中第一个传感装置的控制器的电压检测端都与该第一传感装置的第二端连接；最后一行传感装置的第二开关包括常开触点，该常开触点的第一端作为该第二开关的第一端，连接上一行的第二开关中第一单刀双掷开关的第一动端，第二端连接最后一行中第一个传感装置的第一端；

每行传感装置中除第一个传感装置外，其他传感装置的第一端都与其上一传感装置的第二端连接，每行传感装置中除最后一个传感装置外，其他传感装置的第二端都与其下一传感装置的第一端连接，每行传感装置中最后一个传感装置的第二端连接电阻r的第一端，该电阻r的第一端还连接主控器的电压检测端，第二端接地，该主控器的输出端连接主控开关的控制端，该主控开关为第二单刀双掷开关，其不动端与第一行传感装置的第二开关的第一端连接，第一动端连接电源vcc，第二动端接地；

针对每个传感装置，其传感器用于检测渗流数据，将渗流数据发送给该控制器，该控制器根据该传感装置的身份信息以及该渗流数据，控制该声波发生器产生对应的声波；所述主控器对主控开关进行控制，每个传感装置中的控制器对第一开关进行控制，且对应行中第一个传感装置的控制器还对该对应行的第二开关进行控制，以按照从左到右，由上至下的顺序，使各个传感装置产生的对应声波依次发送出去；所述声波接收器对各个传感装置发送出去的声波进行接收，并将接收到声波发送给该声波识别装置，该声波识别装置对接收到的声波进行识别，获得该传感装置对应设置位置处的渗流情况。

在一种可选的实现方式中，所述传感装置阵列中每行传感装置都位于同一水平面上。

在另一种可选的实现方式中，每个传感装置还包括储能器，针对每个传感装置，其控制器的第一输入端还与该储能器的输入端连接，该储能器的输出端分别与该控制器、传感器和声波发生器的电源端连接。

在另一种可选的实现方式中，所述传感器为渗压计。

在另一种可选的实现方式中，每个传感装置在将产生的对应声波发送出去后，在预设时间后控制按序的下一传感装置产生对应的声波发送出去，以使该声波接收器在完全接收到该传感装置产生的声波后，再接收下一传感装置产生的声波。

在另一种可选的实现方式中，该声波接收器设置在传感装置阵列的竖向对称轴上，且该预设时间为完整声波传输该传感装置阵列的横向长度的一半所需的时长。

本发明还提供一种水利工程渗流监测方法，包括：

步骤s101、在开始渗流监测时，主控器控制第二单刀双掷开关连接电源vcc，向第一行传感装置的第二开关的第一端提供高电平；

步骤s102、针对第一端接收到高电平的第二开关，其处理器的第一输入端接收到高电平，该处理器控制对应第一单刀双掷开关连接对应行的第一个传感装置的第一端，将高电平提供给该对应行的第一个传感装置的第一端；

步骤s103、针对该行中其第一端接收到高电平的传感装置，其第一开关中逻辑与电路的第一输入端为高电平，初始状态下其控制器的第一输出端为高电平，因而其逻辑与电路输出高电平，此时其第一开关中常闭触点打开，常开触点闭合，该控制器控制传感器采集渗流数据，并根据该传感装置的身份信息以及该渗流数据，控制其声波发生器产生对应的声波，此后控制器的第一输出端输出低电平，此时逻辑与电路输出低电平，该常闭触点闭合，常开触点断开，将高电平提供给该行的下一传感装置的第一端；

步骤s104、该行的下一传感装置的第一端在接收到高电平后，基于步骤s103相同的原理产生对应的声波，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波；

步骤s105、当该行的最后一个传感装置产生完对应的声波后，该电源vcc依次通过该行的各个传感装置和电阻r接地，主控器和该行中第一个传感装置的控制器的电压检测端都检测到电压；

步骤s106、该主控器的电压检测端在检测到电压后，控制该第二单刀双掷开关接地，再在预设第一时长后控制该第二单刀双掷开关返回连接电源vcc；

步骤s107、该行中第一个传感装置的控制器的电压检测端在检测到电压后，向该行的第二开关中处理器的第二输入端提供高电平，触发该处理器启用连接状态保持机制；

步骤s108、该主控器在控制该第二单刀双掷开关接地后，该行的第二开关中处理器的第一输入端接收到低电平，控制对应的第二单刀双掷开关的不动端连接第一动端，在控制该第二单刀双掷开关返回连接电源vcc后，该行的第二开关中处理器的第一输入端接收到高电平，该处理器根据其启用的连接状态保持机制，判断其第一输入端接收到低电平后，是否在该预设第一时长内接收到高电平，若是，则该处理器向其第一单刀双掷开关提供低电平，该第一单刀双掷开关的不动端保持与其第一动端连接，以在该行的所有传感装置产生对应的声波后，将高电平提供给下一行传感装置的第二开关的第一端；

步骤s109、当下一行传感装置的第二开关的第一端接收到高电平后，基于步骤s102至s104相同的原理，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波，并且基于步骤s104至s108相同的原理，将高电平提供给下一行传感器的第二开关的第一端；

步骤s110、针对最后一行传感装置，其第二开关的第一端接收到高电平后，该第二开关中的常开触点闭合，将高电平提供给该最后一行的第一个传感装置的第一端，基于步骤s103至s104相同的原理，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波，并且在最后一行传感装置中最后一个传感装置产生完对应的声波后，该主控器的电压检测端检测到行数个电压，此时该主控器确定所有传感装置都产生完对应的声波，控制该第二单刀双掷开关的不动端空置；

步骤s111、声波接收器每次接收到对应传感装置发送的声波后，都将该声波发送给声波识别装置，该声波识别装置对该声波中传感装置的身份信息和渗流数据进行解析，并根据本地预先存储的安装位置与传感装置身份信息之间的对应关系，确定该传感装置安装位置处的渗流情况。

在一种可选的实现方式中，所述步骤s110中还包括：针对除最后一行外每行传感装置的第二开关的处理器，其判断对应第一输入端是否在预设第二时长内接收到低电平，若否，确定所有传感装置都产生完对应的声波，此时控制对应第一单刀双掷开关的不动端空置。

本发明的有益效果是：

本发明对传感装置进行了设计，使该传感装置中不仅包括传感器，还包括控制器和第一开关，针对传感装置阵列中的每行传感装置，都设置有对应的第二开关，还设置了主控器和主控开关，对监测进行控制，在布线过程中，只需要将各个传感装置、第二开关按照对应关系连接即可，在连接完成后就可以控制各个传感装置依次将其采集到的渗流数据传输回地面，从而可以简化传感装置阵列的控制线路的布设；本发明在传感装置中设计了声波发生器，由控制器控制声波发生器产生包含有传感装置身份信息和渗流数据的声波，可以避免设计专门的数据传输路线进行渗流数据传输，如此可以进一步降低数据传输布线复杂度；本发明通过按照从左到右，由上至下的顺序，使各个传感装置产生的对应声波依次发送出去，由此保证使用一个声波接收器就可以准确接收到所有传感装置回传的数据。

附图说明

图1是本发明水利工程渗流监测系统的一个实施例电路方框图；

图2是本发明中传感装置阵列与声波接收器的位置距离示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明水利工程渗流监测系统的一个实施例电路方框图。该水利工程渗流监测系统可以包括声波接收器、声波识别装置以及布设在堤坝上的传感装置阵列，结合图2所示，该传感装置阵列中每个传感装置都包括传感器、第一开关、控制器和声波发生器，该第一开关包括逻辑与电路、常闭触点和常开触点，该逻辑与电路的第一输入端作为该传感装置的第一端，第二输入端连接该控制器的第一输出端，输出端连接该常闭触点的一端，该常闭触点的另一端作为该传感装置的第二端，该逻辑与电路的输出端还通过该常开触点连接该控制器的第一输入端，该传感器的输出端连接该控制器的第二输入端，该控制器的第二输出端连接该声波发生器的输入端。

针对每行传感装置都设置有第二开关，其中除最后一行外的其他各行传感装置，其第二开关都包括处理器和第一单刀双掷开关，该处理器的第一输入端作为该第二开关的第一端，第二输入端连接对应行中第一个传感装置的控制器的第三输出端，该处理器的输出端连接该第一单刀双掷开关的不动端，该第一单刀双掷开关的第一动端连接下一行传感装置的第二开关的第一端，第二动端连接该对应行中第一个传感装置的第一端，且该其他各行中第一个传感装置的控制器的电压检测端都与该第一个传感装置的第二端连接；最后一行传感装置的第二开关包括常开触点，该常开触点的第一端作为该第二开关的第一端，连接上一行的第二开关中第一单刀双掷开关的第一动端，第二端连接最后一行中第一个传感装置的第一端。

每行传感装置中除第一个传感装置外，其他传感装置的第一端都与其上一传感装置的第二端连接，每行传感装置中除最后一个传感装置外，其他传感装置的第二端都与其下一传感装置的第一端连接，每行传感装置中最后一个传感装置的第二端连接电阻r的第一端，该电阻r的第一端还连接主控器的电压检测端，第二端接地，该主控器的输出端连接主控开关的控制端，该主控开关为第二单刀双掷开关，其不动端与第一行传感装置的第二开关的第一端连接，第一动端连接电源vcc，第二动端接地。

针对每个传感装置，其传感器用于检测渗流数据，将渗流数据发送给该控制器，该控制器根据该传感装置的身份信息以及该渗流数据，控制该声波发生器产生对应的声波；所述主控器对主控开关进行控制，每个传感装置中的控制器对第一开关进行控制，且对应行中第一个传感装置的控制器还对该对应行的第二开关进行控制，以按照从左到右，由上至下的顺序，使各个传感装置产生的对应声波依次发送出去；所述声波接收器对各个传感装置发送出去的声波进行接收，并将接收到声波发送给该声波识别装置，该声波识别装置对接收到的声波进行识别，获得该传感装置对应设置位置处的渗流情况。

本实施例，当在堤坝上布设传感装置阵列，以对堤坝的渗流情况进行监测时，当传感装置的安装位置较深时，借助于无线通讯无法将采集到的渗流数据传输给地面，为了保证安装在任何深度的传感装置都可以将其采集到的渗流数据传输回地面，通常需要采用有线通讯的方式，但是过多的传感装置需要采用大量的电线，布线比较繁杂。为此本发明对传感装置进行了设计，使该传感装置中不仅包括传感器，还包括控制器和第一开关，针对传感装置阵列中的每行传感装置，都设置有对应的第二开关，还设置了主控器和主控开关，对监测进行控制，在布线过程中，只需要将各个传感装置、第二开关按照对应关系连接即可，在连接完成后就可以控制各个传感装置依次将其采集到的渗流数据传输回地面，从而可以简化传感装置阵列的控制线路的布设；由于为了实现各个传感装置依次传输，需要设置专门的控制路线，本发明中是以各个组件之间的连线作为控制线路，在设置好控制线路后，如果要实现各个传感装置的数据回传，那么又要设计专门的数据传输线路，这样无疑又增大了布线的复杂度，为此本发明在传感装置中设计了声波发生器，由控制器控制声波发生器产生包含有传感装置身份信息和渗流数据的声波，如此可以进一步降低数据传输布线复杂度。由于通过设计声波波形来携带对应信息属于现有技术，因而在此不再对声波的波形设计和声波的识别进行赘述。此外，本发明在控制各个传感装置进行数据回传时，按照由上到下的顺序按行进行回传。如果在进行数据回传时采用传感装置随机回传的方式，那么对于不同行中与声波接收器的距离相同的传感装置，声波接收器可能同时接收到这两个传感装置回传的数据，此时声波接收器无法准确辨识这两种数据分属于哪个传感装置。本发明通过按照从左到右，由上至下的顺序，使各个传感装置产生的对应声波依次发送出去，由此保证使用一个声波接收器就可以准确接收到所有传感装置回传的数据。

本发明中每个传感装置在将产生的对应声波发送出去后，可以在预设时间后控制按序的下一传感装置产生对应的声波发送出去，以使声波接收器在完全接收到该传感装置产生的声波后，再接收下一传感装置产生的声波。结合图2所示，按行传输传感装置产生的声波时，该行距离声波接收器的垂直距离越远，该行两相邻传感装置与声波接收器之间的距离之差越小，对应地两相邻传感装置将其声波完全独立回传给声波接收器所需传输间隔越小，为此本发明可以将该声波接收器设置在传感装置阵列的竖向对称轴上，且该预设时间可以为完整声波传输该传感装置阵列的横向长度的一半所需的时长，如此可以进一步声波依次独立完整传输。所述传感装置阵列中每行传感装置都位于同一水平面上。每个传感装置还包括储能器(图中未示出)，针对每个传感装置，其控制器的第一输入端还与该储能器的输入端连接，该储能器的输出端分别与该控制器、传感器和声波发生器的电源端连接，由此可以在每次检测过程中对储能器进行充电，从而保证传感装置可以持续供电使用。所述传感器可以为渗压计。其中，各个传感装置产生的对应完整波长的时长相同。

由上述实施例可见，本发明对传感装置进行了设计，使该传感装置中不仅包括传感器，还包括控制器和第一开关，针对传感装置阵列中的每行传感装置，都设置有对应的第二开关，还设置了主控器和主控开关，对监测进行控制，在布线过程中，只需要将各个传感装置、第二开关按照对应关系连接即可，在连接完成后就可以控制各个传感装置依次将其采集到的渗流数据传输回地面，从而可以简化传感装置阵列的控制线路的布设；本发明在传感装置中设计了声波发生器，由控制器控制声波发生器产生包含有传感装置身份信息和渗流数据的声波，可以避免设计专门的数据传输路线进行渗流数据传输，如此可以进一步降低数据传输布线复杂度；本发明通过按照从左到右，由上至下的顺序，使各个传感装置产生的对应声波依次发送出去，由此保证使用一个声波接收器就可以准确接收到所有传感装置回传的数据。

另外，本发明还提供一种水利工程渗流监测系统的监测方法，包括：

步骤s101、在开始渗流监测时，主控器控制第二单刀双掷开关s连接电源vcc，向第一行传感装置的第二开关的第一端提供高电平。

步骤s102、针对第一端接收到高电平的第二开关，其处理器的第一输入端接收到高电平，该处理器控制对应第一单刀双掷开关连接对应行的第一个传感装置的第一端，将高电平提供给该对应行的第一个传感装置的第一端。

步骤s103、针对该行中其第一端接收到高电平的传感装置，其第一开关中逻辑与电路的第一输入端为高电平，初始状态下其控制器的第一输出端为高电平，因而其逻辑与电路输出高电平，此时其第一开关中常闭触点打开，常开触点闭合，该控制器控制传感器采集渗流数据，并根据该传感装置的身份信息以及该渗流数据，控制其声波发生器产生对应的声波，此后控制器的第一输出端输出低电平，此时逻辑与电路输出低电平，该常闭触点闭合，常开触点断开，将高电平提供给该行的下一传感装置的第一端。本步骤中，该控制器的第一输出端可以在预设时间后输出低电平，该声波接收器设置在传感装置阵列的竖向对称轴上，且该预设时间可以为完整声波传输该传感装置阵列的横向长度的一半所需的时长。

步骤s104、该行的下一传感装置的第一端在接收到高电平后，基于步骤s103相同的原理产生对应的声波，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波。

步骤s105、当该行的最后一个传感装置产生完对应的声波后，该电源vcc依次通过该行的各个传感装置和电阻r接地，主控器和该行中第一个传感装置的控制器的电压检测端都检测到电压。

步骤s106、该主控器的电压检测端在检测到电压后，控制该第二单刀双掷开关接地，再在预设第一时长后控制该第二单刀双掷开关返回连接电源vcc。

步骤s107、该行中第一个传感装置的控制器的电压检测端在检测到电压后，向该行的第二开关中处理器的第二输入端提供高电平，触发该处理器启用连接状态保持机制。

步骤s108、该主控器在控制该第二单刀双掷开关接地后，该行的第二开关中处理器的第一输入端接收到低电平，控制对应的第二单刀双掷开关的不动端连接第一动端，在控制该第二单刀双掷开关返回连接电源vcc后，该行的第二开关中处理器的第一输入端接收到高电平，该处理器根据其启用的连接状态保持机制，判断其第一输入端接收到低电平后，是否在该预设第一时长内接收到高电平，若是，则该处理器向其第一单刀双掷开关提供低电平，该第一单刀双掷开关的不动端保持与其第一动端连接，以在该行的所有传感装置产生对应的声波后，将高电平提供给下一行传感装置的第二开关的第一端。

步骤s109、当下一行传感装置的第二开关的第一端接收到高电平后，基于步骤s102至s104相同的原理，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波，并且基于步骤s104至s108相同的原理，将高电平提供给下一行传感器的第二开关的第一端。

s110、针对最后一行传感装置，其第二开关的第一端接收到高电平后，该第二开关中的常开触点闭合，将高电平提供给该最后一行的第一个传感装置的第一端，基于步骤s103至s104相同的原理，通过将高电平依次提供给该行中从左到右的各个传感装置，使该行中从左到右的各个传感装置依次产生对应的声波，并且在最后一行传感装置中最后一个传感装置产生完对应的声波后，该主控器的电压检测端检测到行数个电压，此时该主控器确定所有传感装置都产生完对应的声波，控制该第二单刀双掷开关的不动端空置。针对除最后一行外每行传感装置的第二开关的处理器，其判断对应第一输入端是否在预设第二时长内接收到低电平，若是，则确定还有未产生对应声波的传感装置，不做处理，否则，确定所有传感装置都产生完对应的声波，此时控制对应第一单刀双掷开关的不动端空置。

s111、声波接收器每次接收到对应传感装置发送的声波后，都将该声波发送给声波识别装置，该声波识别装置对该声波中传感装置的身份信息和渗流数据进行解析，并根据本地预先存储的安装位置与传感装置身份信息之间的对应关系，确定该传感装置安装位置处的渗流情况。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。