一种分布式滑坡灾害监测预警系统的制作方法

本实用新型属于地质灾害滑坡体监测预警系统装置技术领域，具体涉及一种分布式滑坡灾害监测预警系统。

背景技术：

山体滑坡是一种具有突发性特点的地质灾害。山体滑坡监测装置用于远程实时监测山体的当前状态，并能够将现场情况通过无线或有线通信的方式发送给监控中心进行预警预报，以便能够提前做出正确的防灾减灾决策。

现有山体滑坡监测预警系统装置通常包括对滑坡体的降雨量、土壤含水率、地表位移、次声波和孔隙水压力的有效监测；将监测数据发送到上位机和接收上位机控制命令的功能；但是，现有的滑坡监测预警系统不能实现对滑坡体进行从外至内立体化的影响坡体滑坡的多因素远程实时监测、数据分析处理以及全面得出预警预报结论的功能。如果通过将采集数据发送给监控中心然后再对数据分析处理得到预警预报结果，这使得结果具有实时性误差，这样对于突发性的滑坡灾害预报非常不利；另外，现有山体滑坡监测装置存在监测参数单一的问题，依靠单一参数不能够对坡体的形势做出全面和正确的判断；现有的时空性预报需要大量滑坡事故、规模、频率等历史数据，由于大部分灾区缺乏这些历史数据，导致实施的难度比较大，成本很高，且预报准确度误差较大。因此，建立一种分布式滑坡体监测预警系统对影响山体滑坡的多个相关参数进行实时监测，并将所有信息进行融合然后进行预报具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种分布式滑坡灾害监测预警系统，解决了现有滑坡灾害监测预警系统数据需求处理复杂、成本较高以及预报准确度误差。

本实用新型所采用的技术方案是，一种分布式滑坡灾害监测预警系统，包括设置在滑坡现场附件的监测站，监测站包括数据采集终端，用于采集滑坡坡体上的降雨量、土壤含水量、地表位移、空隙压力、次声波、应变力和温度的信息，数据采集终端包括安装在滑坡坡体上的传感器组，传感器组通过信号接口组连接微处理器i，微处理器i通过zigbee通信模块将采集的信息传输给现场预警终端，现场预警终端包括微处理器ii，微处理器ii通过zigbee通信模块接收微处理器i传输的信息，微处理器ii连接gprs模块，微处理器ii上安装有sd卡，用于为gprs模块提供无线通信，微处理器ii将接收到的数据采集终端数据进行分类融合后通过gprs模块传输给中心站，中心站将数据分析处理得到故障等级传输给上位机客户端；监测站还包括设置在滑坡体周围的视频采集模块，视频采集模块包括摄像头组，用于监控滑坡周围环境和动态，摄像头组通过无线网桥将采集的视频数据实时传输到中心站。

本实用新型的其他特点还在于，

传感器组包括分布式安装在滑坡坡体各位置的孔隙水压力传感器、地表位移传感器、含水率传感器、雨量计和次声波传感器，还包括光纤应变力传感器和多个光纤温度传感器，光纤应变力传感器和光纤温度传感器均采用二维网络全面接触式铺设，首先沿着坡体自下而上布置，然后沿着坡体水平方向自左向右或自右向左蛇形布置。

光纤应变力传感器垂直安装至滑坡体内部或水平方向在滑坡体上设置基准点后安装至滑坡坡体内部，光纤应变力传感器包括多个依次连接的光纤位移传感器，相邻两个光纤位移传感器之间相距500-1000mm，第一个光纤位移传感器一端通过法兰盘个连杆连接，连杆的一端固定在滑坡坡体上的固定点处，第一个光纤位移传感器的另一端连接固接弹簧管的一端，弹簧管的另一端固接连接线的一端，连接线的另一端连接另一个光纤位移传感器，相同的连接方式依次连接多个光纤位移传感器。

光纤温度传感器间隔安装在滑坡坡体外部刻槽和“s”型环绕安装在滑坡体内部。

微处理器i上分别设置有三个ad接口，一个rs232接口，一个rs485接口和一个脉冲接口，孔隙水压力传感器的输出端通过其中一个ad接口连接微处理器i，地表位移传感器的输出端通过rs232接口连接微处理器i，含水率传感器的输出端通过rs485接口连接微处理器i，雨量计的输出端通过脉冲接口连接微处理器i，光纤应变力传感器和光纤温度传感器的输出端分别通过ad接口连接微处理器i。

数据采集终端还包括norflash、nandflash、zigbee发射模块、电源模块、时钟和复位键，norflash和nandflash连接微处理器i，用于存储传感器组采集到的数据；zigbee发射模块连接微处理器i，用于将微处理器i接收到的数据通过zigbee通信模块发送给现场预警终端；时钟和复位键的输出端分别连接微处理器i，用于控制数据采集终端的工作状态；电源模块连接微处理器i，用于给微处理器i供电；电源模块采用太阳能电池板和蓄电池组合方式供电。

现场预警终端还包括随机存储模块、zigbee接收模块、报警模块和电源模块，随机存储模块存储临时采集的滑坡灾害数据，并且其输出端连接微处理器ii，zigbee接收模块的输出端连接微处理器ii，用于接收数据采集终端通过zigbee通信模块传输的数据信息；报警模块的输入端连接微处理器ii，用于当现场预警终端工作异常时，做出报警提示；电源模块采用太阳能电池板和蓄电池组合方式供电。

报警模块包括安装在监测站的led灯和蜂鸣器。

现场预警终端还包括lcd触屏，lcd触屏连接微处理器ii，用于显示微处理器ii接收到的滑坡坡体上信息和设置滑坡坡体上各监测点的安全参数。

中心站包括数据存储系统，数据存储系统的输入端通过gprs网络连接现场预警终端，数据存储系统的输出端连接数据分析系统的输入端，数据分析系统的输出端连接故障诊断系统的输入端，故障诊断系统的输出端连接预警系统的输入端，预警系统的输出端通过gprs网络连接上位机客户端，上位机客户端为pc机客户端或手机客户端；中心站还包括服务器和防火墙。

本实用新型的有益效果是，一种分布式滑坡灾害监测预警系统，解决了现有滑坡灾害监测预警系统数据需求处理复杂、成本较高以及预报准确度误差。通过采用各种传感器实时监测地质灾害山体滑坡的相关安全参数，使用远程摄像头实时监测山体动态变化和山体周围的环境情况；将采集的数据通过无线网络传输到预警指挥中心的数据库系统中，用数据分析系统和故障诊断系统预测山体发生滑坡灾害的概率，并通过上位机和lcd触摸屏显示出预报的结果，当根据数据预测有发生滑坡危害时，通过上位机、led灯和蜂鸣器发出预警。对于数据资料少或者没有数据资料的滑坡频发区，无法建立预报的数学模型，该预警系统装置会收集有关滑坡数据，通过不断更新优化模型的功能，预报的精确度不断地提高；并且，本实用新型装置结构简单、易于操作、易于维护、制造成本低，应用范围广泛，有很好的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统的结构示意图；

图2是本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统中光纤应变力传感器布设示意图；

图3是本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统光纤应变力传感器结构示意图；

图4是本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统中光纤温度传感器布设示意图。

图中，1.微处理器i，2.微处理器ii，3.传感器组，4.孔隙水压力传感器，5.地表位移传感器，6.含水率传感器，7.雨量计，8.次声波传感器，9.光纤应变力传感器，10.光纤温度传感器，11.信号接口组，12.ad接口，13.rs232接口，14.rs485接口，15.脉冲接口，16.norflash，17.nandflash，18.zigbee发射模块，19.电源模块，20.时钟，21.复位键，22.gprs模块，23.随机存储模块，24.lcd触屏，25.led灯，26.蜂鸣器，27.sd卡，28.zigbee接收模块，29.视频采集模块，30.无线网桥，31.摄像头组，32.zigbee通信模块，33.数据采集终端，34.现场预警终端，35.报警模块，36.中心站，37.数据存储系统，38.数据分析系统，39.故障诊断系统，40.预警系统，41.服务器，42.防火墙；43.pc机客户端；44.手机客户端；

9-1：固定点，9-2：连杆，9-3：法兰盘，9-4：光纤，9-5：光纤位移传感器，9-6：弹簧管，9-7：连接线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统，如图1所示，包括设置在滑坡现场附件的监测站，监测站包括数据采集终端33，用于采集滑坡坡体上的降雨量、土壤含水量、地表位移、空隙压力、次声波、应变力和温度的信息，数据采集终端33包括安装在滑坡坡体上的传感器组3，传感器组3通过信号接口组11连接微处理器i1，微处理器i1通过zigbee通信模块32将采集的信息传输给现场预警终端34，现场预警终端34包括微处理器ii2，微处理器ii2通过zigbee通信模块32接收微处理器i1传输的信息，微处理器ii2连接gprs模块22，微处理器ii2上安装有sd卡27，用于为gprs模块22提供无线通信，微处理器ii2将接收到的数据采集终端33数据进行分类融合后通过gprs模块22传输给中心站36，中心站36将数据分析处理得到故障等级传输给上位机客户端；监测站还包括设置在滑坡体周围的视频采集模块29，视频采集模块29包括摄像头组31，用于监控滑坡周围环境和动态，摄像头组31通过无线网桥30将采集的视频数据实时传输到中心站36。

传感器组3包括分布式安装在滑坡坡体各位置的孔隙水压力传感器4、地表位移传感器5、含水率传感器6、雨量计7和次声波传感器8，还包括光纤应变力传感器9和多个光纤温度传感器10；

如图2所示，光纤应变力传感器9和光纤温度传感器10均采用二维网络全面接触式铺设，首先沿着坡体自下而上布置，然后沿着坡体水平方向自左向右或自右向左蛇形布置；

如图3所示，光纤应变力传感器9垂直安装至滑坡坡体内部或水平方向在滑坡体上设置基准点后安装至滑坡坡体内部，光纤应变力传感器9包括多个依次连接的光纤位移传感器9-5，相邻两个光纤位移传感器9-5之间相距500-1000mm，第一个光纤位移传感器9-5一端通过法兰盘9-3个连杆9-2连接，连杆9-2的一端固定在滑坡坡体上的固定点9-1处，第一个光纤位移传感器9-5的另一端连接弹簧管9-6的一端，弹簧管9-6的另一端固接连接线9-7的一端，连接线9-7的另一端连接另一个光纤位移传感器9-5，相同的连接方式依次连接多个光纤位移传感器9-5；

如图4所示，光纤温度传感器10间隔安装在滑坡坡体外部刻槽和“s”型环绕安装在滑坡破体内部。

微处理器i1上分别设置有三个ad接口12，一个rs232接口13，一个rs485接口14和一个脉冲接口15，孔隙水压力传感器4的输出端通过其中一个ad接口12连接微处理器i1，地表位移传感器5的输出端通过rs232接口13连接微处理器i1，含水率传感器6的输出端通过rs485接口14连接微处理器i1，雨量计7的输出端通过脉冲接口15连接微处理器i1，光纤应变力传感器9和光纤温度传感器10的输出端分别通过ad接口12连接微处理器i1。

数据采集终端33还包括norflash16、nandflash17、zigbee发射模块18、电源模块19、时钟20和复位键21，norflash16和nandflash17连接微处理器i1，用于存储传感器组3采集到的数据；zigbee发射模块18连接微处理器i1，用于将微处理器i1接收到的数据通过zigbee通信模块32发送给现场预警终端34；时钟20和复位键21的输出端分别连接微处理器i1，用于控制数据采集终端33的工作状态；电源模块19连接微处理器i1，用于给微处理器i1供电；电源模块19采用太阳能电池板和蓄电池组合方式供电。

现场预警终端34还包括随机存储模块23、zigbee接收模块28、报警模块35和电源模块，随机存储模块23存储临时采集的滑坡灾害数据，其输出端连接微处理器ii2，zigbee接收模块28的输出端连接微处理器ii2，用于接收数据采集终端33通过zigbee通信模块32传输的数据信息；报警模块35的输入端连接微处理器ii2，用于当现场预警终端34工作异常时，做出报警提示；电源模块采用太阳能电池板和蓄电池组合方式供电。

现场预警终端34还包括lcd触屏24，lcd触屏24连接微处理器ii2，用于显示微处理器ii2接收到的滑坡坡体上信息和设置滑坡坡体上各监测点的安全参数。

中心站36包括数据存储系统37，数据存储系统37的输入端通过gprs网络连接现场预警终端34，数据存储系统37的输出端连接数据分析系统38的输入端，数据分析系统38的输出端连接故障诊断系统39的输入端，故障诊断系统39的输出端连接预警系统40的输入端，预警系统40的输出端通过gprs网络连接上位机客户端，上位机客户端为pc机客户端43或手机客户端44；中心站还包括服务器41和防火墙42，服务器41实现滑坡监测系统无线网络的连接通信以及数据采集的存储，防火墙42实现访问控制数据的安全性管理。

本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统，其中，微处理器i1采用msp430f149型单片机；微处理器ii2采用stm32f103ze单片机；孔隙水压力传感器4为xs19-kpe-200kpa型孔隙水压力传感器；地表位移传感器5为r30a/r36as型地表位移传感器；含水率传感器6为ha2001型土壤含水率传感器；雨量计7为jd05型翻斗式雨量计；次声波传感器8为cc-1t型次声波传感器；光纤应变力传感器9为ult251型光纤应变力传感器；光纤温度传感器10为fot-hero型光纤温度传感器；rs232接口13和gprs模块22均通过usart通信方式与微处理器相连接，rs232接口13型号为max3232，gprs模块22芯片型号为sim900a；摄像头组采用ds-2cd3t86fwdv2-13型的摄像头；

视频采集模块29中有无线网桥30和摄像头组31，摄像头组31监控滑坡体周围环境和动态，然后把采集的视频数据通过无线网桥30传输到中心站36中的数据存储系统37；无线网桥就是无线网络的桥接，利用无线传输方式实现两个或者多个网络之间的通信。数据型网桥适合网络数据传输和低等级监控类图像传输，广泛应用于各种基于纯ip构架的数据网络解决方案。在滑坡体上需要布设多个摄像头的监测点，实时监测滑坡体的动态作为滑坡发生滑坡概率参数。视频监控不仅可以作为滑坡发生参考影响因子，也可以在滑坡发生时实时监控现场灾情，以便能够提前做出正确的防灾减灾决策。

两个光纤传感器，光纤网络布置采用了二维网络全面接触式铺设，光纤传感器首先连续地沿灾害体自下而上布置，然后，连续地沿水平方向从左至右或从右至左作蛇形布置；不但适合于监测两个方向的位移变化情况，而且全面接触式铺设可以全面监测滑坡体的变形情况。

光纤应变力传感器垂直布设在滑坡体内部，也可水平方向在滑坡体上设置基准点后布设，用于水平方向监测，实时查看滑坡体的位移信息。布设时每个光纤位移传感器间距500mm(或1000mm)，连接时采用法兰盘将两个光纤位移传感器进行连接，预拉后两个法兰盘两端间距保持500mm(或1000mm)。为防止传感器遭到破坏，在传感器连接装置安装保护套进行保护，保护管选用φ40或者φ50管；

光纤温度传感器在滑坡体上刻槽布设和在滑坡体内环绕布设，最大最优实时显示滑坡体内部和表面温度变化。光纤温度传感器中的光束在滑坡体上受到温度影响后，产生自发的拉曼散射，然后经过分束器、反光镜，通过双光栅单色仪把接收到的stokes和anti-stokes散射光送到光电倍增管。然后通过鉴别器过滤噪声、干扰，最后由光子计数器送到mcu进行处理。光纤温度传感器在1km的光纤上可以实现1℃的温度分辨率，2m的空间分辨率，时间分辨率为180s。

数据存储系统37是存储传输数据，数据分析系统38是运用大数据方式对影响因子数据进行分析预报，然后故障诊断系统39用于故障诊断系统将诊断的发生概率分等级输出，预警系统40根据不同等级的发生概率进行分等级预警，预警系统实时启动预警；

pc机客户端和手机客户端登录账号，实时查看监测各个因子数据报文、滑坡等级和预警情况。同时可以通过pc机客户端手机客户端可人工远程操控滑坡预警系统，实现对现场终端机控制。

本实用新型的一种分布式滑坡灾害监测预警系统，工作过程如下：滑坡体监测时是布设多个监测点，每个监测点之间通信用zigbee进行组网，然后把数据传输给滑坡预警终端。采用对滑坡体3个位置层次进行实时监测方式，使用光纤应变力传感器9和光纤温度传感器10对滑坡体内部的拉伸力和温度进行实时监测；使用孔隙水压力传感器4、地表位移传感器5、土壤含水率传感器6、雨量计传感器7和次生频率传感器8对滑坡体表面影响因子数据进行实时监测；使用摄像头组31对滑坡体的外部动态进行实时监测。对于数据采集终端33采集到的数据通过zigbee发射模块18和现场预警终端通信，采用微处理器ii2对zigbee接收模块28数据进行压缩打包，同时在lcd触屏24上显示，在lcd触屏24上可以对各个监测点的参数进行设置配置，然后通过gprs网络送到中心站38。在中心站38中，首先把接收到的数据包解压到数据存储系统37中，然后数据分析系统38对数据分析，分析后采用故障诊断系统39将诊断的发生概率分等级输出，预警系统40根据不同等级的发生概率进行分等级预警。

滑坡体一般恶劣自然条件下，在考虑到现场应急供电实际情况，该滑坡监测预警系统均采用太阳能电池板加蓄电池的供电方式，蓄电池采用锂离子电池组，其特性具有安全可靠、体积小、重量轻、使用方便、自放电小、可使用长久等特点，在现场有条件的地方太阳能电池板可直接为锂电池充电，可供设备正常工作10天以上的时间。在无条件的地方，可直接使用锂电池进行供电，锂电池在充满状态下即使无充电条件也可供设备正常工作10天以上的时间。

本实用新型的滑坡体监测预警系统装置结构简单、易于操作、易于维护、无线通信制造成本低，应用范围广泛，有很好的实用价值。