一种基于九轴传感器的边坡滚石预警系统的制作方法

本发明属于边坡防治领域，具体涉及到一种滚石预警系统，用于边坡落石预警，尤其涉及一种基于九轴传感器的边坡滚石预警系统，可用于易于滑坡，有危岩存在的边坡，增加边坡周围的安全性。

背景技术：

目前存在的边坡预警系统大都采用光敏式加照相机拍照，光敏传感器通过光线是否被阻挡来判断有无落石，再通过照相机进一步确认是否为落石。此方法具有以下问题：

(1)光敏式传感器只要光线被阻挡就会进行工作，即使一些树叶，杂草，一些野生动物都会使其激活，造成效率低下，绝大部分资源的耗费由非落石产生。

(2)通过阻挡光线来使光敏式传感器激活，再激活照相机来进行判断是否为落石，过程过于复杂缓慢，往往判断完成时落石已经滚落。

(3)光敏式传感器距离有限，对于过大的危岩此种预警方法将失去作用。

在为防止老人摔倒方面，现已经开发基于九轴传感器防护预警装置。如果能利用基于九轴传感器防护预警装置进行边坡防护，将克服上述传统方法的问题，提供一种适应性较强的防护方案。

(4)只能预测一次灾害，当滚石滚落后发生二次灾害无法预警，对救援人员的安全构成威胁。

九轴传感器在惯性导航和vr领域有充分应用，其可以监测对象多种移动方式，九轴传感器实际由三种传感器的组合，分别为3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘(地磁传感器)。三个部分作用不同，相互配合，是我们手机、平板电脑、游戏机等电子产品中常用的运动感测追踪元件，应用于各类软件、游戏中的交互控制。加速传感器是测量空间中各方向加速度的。它利用一个“重力块”的惯性，传感器在运动的时候，“重力块”会对x、y、z方向(前后左右上下)产生压力，再利用一种压电晶体，把这种压力转换成电信号，随着运动的变化，各方向压力不同，电信号也在变化，从而判断加速方向和速度大小。因此九轴传感器具有良好的运动监测功能，但是现有技术中还未见将九轴传感器用于边坡监控领域，本发明考虑充分利用九轴传感器的特点，克服现有技术中的障碍，构建边坡滚石预警系统。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了针对上述问题而提出一种基于九轴传感器的边坡滚石预警系统，解决现有技术中光敏式传感器灵敏度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于九轴传感器的边坡滚石预警系统，其特征在于：包括远程控制系统、数据传输子系统和现场数据采集子系统；所述数据传输子系统用于实现远程控制系统和现场数据采集子系统之间的数据传输；所述远程控制系统包括地理信息子系统、滚石轨迹计算子系统和模型预警子系统，所述地理信息子系统用于存储目标边坡的数字模型；所述滚石轨迹计算子系统用于建立滚石滑坡轨迹计算模型库，根据不同的初始边界条件计算滚石的轨迹；所述模型预警子系统用于根据滑坡的触发和滚石轨迹计算子系统所模拟计算的滚石轨迹，预测滚石落点，并结合附近的房屋、道路判断影响区域，并发出预警信息；所述现场数据采集子系统包括安装在边坡危岩中的九轴传感器。

进一步地，所述地理信息子系统通过激光雷达、倾斜摄影技术获取现场区域的地形信息，所述地形信息包括边坡模型和边坡周围道路房屋、道路信息。

进一步地，所述模型预警子系统包括自动预警系统和人工预警系统，所述自动预警系统通知监控远程控制系统的操作人员，所述人工预警系统包括电话通知和短信通知。

进一步地，所述数据传输子系统采用gprs信号、3g信号、4g信号或者5g信号进行数据传输。

进一步地，所述九轴传感器采用微型电池供电。

进一步地，所述远程控制系统安装于远程控制室内的计算机上。

一种上述基于九轴传感器的边坡滚石预警系统的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过无人机携带地形扫描设备扫描目标地区，收集地形数据，确定危岩位置；

步骤2、在危岩上布好防护网，并按设计位置进行钻孔，钻进得成孔；

步骤3、将九轴传感器和用于进行数据传输的通信模块相连并埋入成孔之中；

步骤4、测试九轴传感器是否能通过通信模块发出信号并被远程控制系统接收；

步骤5、确认有信号并能正常被远程控制系统接收后，对危岩上的成孔进行封闭操作；

步骤6、再次测试九轴传感器发出的信号能否被计算机所接收；

步骤7、当落石发生时，危岩内部的九轴传感器被触发，向远程控制系统发出危岩移动信号；

步骤8、滚石轨迹计算子系统根据滚石轨迹计算子系统中既有的数学模型和九轴传感器的参数，计算出滚石的轨迹和落点；

步骤9、模型预警子系统根据滚石的轨迹和落点，结合附近的房屋、道路判断影响区域，并发出预警信息；

步骤10、监控人员接到警报信号后，立刻报告受灾区域并向有关人员发送危险区域讯息，通知灾害发生情况，救援工作即刻展开，相关区域特别是道路进行临时封锁。

进一步地，所述地形扫描设备为三维激光扫描仪。

进一步地，步骤3中，所述通信模块为gprs芯片、3g芯片、4g芯片或5g芯片中任意一种。

进一步地，步骤5中，对成孔封闭操作为封浆，具体步骤如下：将混凝土搅拌后回填入成孔中，将九轴传感器与危岩牢固固定在一起，待混凝土凝固形成混凝土回填区。

本发明工作原理为：首先确定危岩位置，布置好防护网后再将九轴传感器通过钻孔放入危岩内部，在确定计算机接收到信号后进行封口。最后撤除防护网，通过计算机来判断危岩状态，进行实时监控。

较传统方案改进，

(一)将光敏式传感器替换为九轴传感器

(二)光敏式传感器一般放置于山坡下，而九轴传感器放置于危岩内部

(三)取消照相机，直接通过传感器接受信号进行计算分析危岩状态。

本发明有益效果是：

(一)运用放置内部的方法点对点进行监控，避免了光敏式传感器面对复杂情况难以甄别的情况。

(二)基于九轴传感器可以进行实时监控，对于用照相机监控现场造成的迟缓预警进行了较强的修正。

(三)成本低廉，用九轴传感器代替光敏式传感器加照相机，大幅降低了成本。

(四)本发明可以已经处于停止状态的滚石，减少二次灾害发生，保障救援人员的安全。

附图说明

图1为本发明边坡滚石预警系统结构框图。

图2为本发明边坡滚石预警系统现场布局示意图。

图3为本发明实施例步骤2中成孔示意图。

图4为本发明实施例步骤3中埋入九轴传感器示意图。

图5为本发明实施例步骤4中测试九轴传感器通讯信号示意图。

图6为本发明实施例步骤5中对成孔封闭操作示意图。

附图中1-九轴传感器，2-危岩，3-山体，4-护栏，5-公路，6-计算机，7-信号发射塔，8-钻头，9-成孔，10-混凝土回填区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1和图2所示，一种基于九轴传感器的边坡滚石预警系统，包括远程控制系统、数据传输子系统和现场数据采集子系统；所述数据传输子系统用于实现远程控制系统和现场数据采集子系统之间的数据传输；所述远程控制系统包括地理信息子系统、滚石轨迹计算子系统和模型预警子系统，所述地理信息子系统用于存储目标边坡的数字模型；所述滚石轨迹计算子系统用于建立滚石滑坡轨迹计算模型库，根据不同的初始边界条件计算滚石的轨迹；所述模型预警子系统用于根据滑坡的触发和滚石轨迹计算子系统所模拟计算的滚石轨迹，预测滚石落点，并结合附近的房屋、道路判断影响区域，并发出预警信息；所述现场数据采集子系统包括安装在边坡危岩中的九轴传感器。

作为一种具体的实施例，所述地理信息子系统通过激光雷达、倾斜摄影技术获取现场区域的地形信息，所述地形信息包括边坡模型和边坡周围道路房屋、道路信息。

作为一种具体的实施例，所述模型预警子系统包括自动预警系统和人工预警系统，所述自动预警系统通知监控远程控制系统的操作人员，所述人工预警系统包括电话通知和短信通知。

作为一种具体的实施例，所述数据传输子系统采用gprs信号、3g信号、4g信号或者5g信号进行数据传输，具体采用gprs芯片、3g芯片、4g芯片或5g芯片。

作为一种具体的实施例，所述九轴传感器采用微型电池供电。

作为一种具体的实施例，所述远程控制系统安装于远程控制室内的计算机上。

本发明边坡滚石预警系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤1、通过无人机携带地形扫描设备(比如三维激光扫描仪)扫描目标地区，收集地形数据，确定危岩位置；

步骤2、在危岩上布好防护网，并按设计位置进行钻孔，钻进得成孔，如图3所示；

步骤3、将九轴传感器和用于进行数据传输的通信模块相连并埋入成孔之中，如图4所示；

步骤4、测试九轴传感器是否能通过通信模块发出信号并被远程控制系统接收，如图5所示；

步骤5、确认有信号并能正常被远程控制系统接收后，对危岩上的成孔进行封闭操作，如图6所示；

步骤6、再次测试九轴传感器发出的信号能否被计算机所接收；

步骤7、当落石发生时，危岩内部的九轴传感器被触发，向远程控制系统发出危岩移动信号；

步骤8、滚石轨迹计算子系统根据滚石轨迹计算子系统中既有的数学模型和九轴传感器的参数，计算出滚石的轨迹和落点；

步骤9、模型预警子系统根据滚石的轨迹和落点，结合附近的房屋、道路判断影响区域，并发出预警信息；

步骤10、监控人员接到警报信号后，立刻报告受灾区域并向有关人员发送危险区域讯息，通知灾害发生情况，救援工作即刻展开，相关区域特别是道路进行临时封锁。

特别的，当远程控制系统通过九轴传感器监测到滚石位移停止后，立刻立即在相应区域展开救援工作，并且可以告诉救援人员那些地方滚石任然在移动，可以有效避免二次灾害发生。

步骤5中，对成孔封闭操作为封浆，具体步骤如下：将混凝土搅拌后回填入成孔中，将九轴传感器与危岩牢固固定在一起，待混凝土凝固形成混凝土回填区。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。