公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及高速公路和铁路安全监测技术领域，具体涉及一种公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法及装置。


背景技术：

[0002]
近年来，已经发生多起铁路和公路因为滑坡发生未能及时发现导致列车出轨、公路汽车连环相撞的事故。高速公路安全监测领域中，边坡安全问题一直困扰着工程技术人员，由于缺乏有效的监测手段，导致边坡滑坡或落石发生时，道路受阻，但高速公路上的行驶的车辆很难发现，临近肉眼可见时发现避让停车已经为时已晚，进而发生交通事故。因而，在滑坡或者落石发生后，第一时间监测到滑坡和落石的发生，并在道路两旁适合距离内进行预警提示，同时上报交通管理部门，对于减少滑坡和落石带来的交通事故，是很有实际意义的。


技术实现要素：

[0003]
针对现有技术的不足，本发明提出一种公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法，包括以下步骤：
[0004]
步骤1：在待监测公路或铁路边坡的挡土墙上安装n个立柱，立柱之间间距为l，立柱与立柱之间均安装有铁丝防护网，每段铁丝防护网的顶部均安装有振动传感器，则n-1个立柱之间共需要安装n-1个振动传感器，记为传感器v1,v2,
…
,v
i
,
…
,v
n-1
,i＝1,2,
…
,n-1，v
i
表示第i个振动传感器，并在边坡底部安装一球型摄像机，在不同通行方向上距边坡h米处的道路旁各安装1个led电子信息指示牌；
[0005]
步骤2：通过n-1个振动传感器分别进行振动信号的采集，采集到的振动信号记为s1,s2,
…
,s
i
,
…
,s
n-1
,i＝1,2,
…
,n-1，s
i
表示第i个振动传感器采集到的第i列振动信号，即s
i
＝{s
i,1
,s
i,2
,
…
,s
i,t
,
…
}，s
i,t
表示第i个振动传感器在t时刻的采集值；
[0006]
步骤3：实时提取n-1列振动传感器在每一时刻采样值的幅值；
[0007]
步骤4：统计前t时间段内的n-1列振动信号中出现幅值的个数w，h
i,t
表示第i列振动信号中t时刻采样值的幅值，表示预设幅值的阈值；
[0008]
步骤5：判断是否需要滑坡及落石的预警提示，并将判断结果发送至上位机监控系统，如果表示需要进行一级预警提示，如果表示需要进行二级预警提示，如果表示不需要进行预警提示，表示一级预警提示的阈值，表示二级预警提示的阈值；
[0009]
步骤6：如果需要预警提示，将预警提示对应的预警信息发送至led电子信息指示牌进行显示；
[0010]
步骤7：当上位机监控系统接收到预警提示时，启动球型摄像机开始工作，如果通过球型摄像机未观测到边坡现场有滑坡或落石情况，则取消led电子信息指示牌上的预警
信息，并关闭球型摄像机，如果通过球型摄像机观测到边坡现场有滑坡或落石情况，则需要进行现场清理，当清理结束后，取消led电子信息指示牌上的预警信息，并关闭球型摄像机。
[0011]
所述步骤4的另一种表述方式为：统计n-1列振动信号中出现幅值的持续时间t，h
i,t
表示第i列振动信号中t时刻采样值的幅值，表示预设幅值的阈值；
[0012]
所述步骤5的另一种表述方式为：判断是否需要滑坡及落石的预警提示，如果表示需要进行一级预警提示，如果表示需要进行二级预警提示，如果表示不需要进行预警提示，表示一级预警提示的时间阈值，表示二级预警提示的时间阈值。
[0013]
运用一种公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法的报警装置，包括振动传感器、微处理器、无线通信模块、led电子信息指示牌、上位机监控系统、供电单元、球型摄像机，所述振动传感器与微处理器电连接，微处理器通过无线通信模块与上位机监控系统无线连接，上位机监控系统通过无线通信模块分别与led电子信息指示牌、球型摄像机无线连接，供电单元分别与微处理器、无线通信模块、led电子信息指示牌、球型摄像机电连接，为所述报警系统供电；
[0014]
所述振动传感器用于采集每个铁丝网的振动信号；
[0015]
所述微处理器用于提取每列振动信号在每一时刻采样值的幅值，并判断是否需要进行滑坡及落石的预警提示，判断结果通过无线信号发送至上位机监控系统；
[0016]
所述无线通信模块用于传输无线信号；
[0017]
所述上位机监控系统用于实现人机信息的交互，实时显示接收到的振动信号，还用于控制球型摄像机的工作，并将预警提示对应的预警信息通过无线信号发送至led电子信息指示牌；
[0018]
所述led电子信息指示牌用于显示报警信息；
[0019]
所述球型摄像机用于监控现场是否有滑坡和落石情况。
[0020]
所述供电单元包括太阳能电池板、太阳能控制器、12v铅酸蓄电池，太阳能控制器分别与12铅酸蓄电池、太阳能电池板电连接，12v铅酸蓄电池与微处理器电连接；
[0021]
太阳能电池板用于收集太阳能，并将太阳能转换为电能，对12v铅酸蓄电池进行充电；
[0022]
12v铅酸蓄电池用于存储太阳能控制器转换得到的电能；
[0023]
太阳能控制器用于根据供电电路的预设电压值判断是否对12v铅酸蓄电池进行充电；当12v铅酸蓄电池当前的电压值小于太阳能控制器设定的预设电压值时，太阳能控制器通过太阳能电池板对12v铅酸蓄电池进行充电，当12v铅酸蓄电池当前的电压值大于等于预设电压值时，太阳能控制器对12v铅酸蓄电池停止充电。
[0024]
所述无线通信模块采用nb-iot通信模块发射无线信号。
[0025]
本发明的有益效果是：
[0026]
本发明提出了一种公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法及装置，通过振动传感器实时采集振动信号，通过微处理器及时作出预警判断，并无线发送至上位机监控系统，通过上位机监控系统将相应的预警信息通过led电子信息指示牌进行显示，提醒来往车辆减速慢行，并触发球型摄像机开启，通过查看现场情况判断是否是预警误判，本发明实
现了远程监控并及时发出预警提示的效果，最大限度地降低交通事故的发生率。
附图说明
[0027]
图1为本发明中的公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法流程图；
[0028]
图2为本发明中的公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警装置框图；
[0029]
图3为本发明中的led电子信息指示牌的安装示意图。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明。
[0031]
如图1所示，一种公路和铁路边坡滑坡及落石自动监测报警方法，包括如下步骤：
[0032]
步骤1：在待监测公路或铁路边坡的挡土墙上安装n个立柱，立柱高在0.5-1.5m之间，立柱之间间距为l，l大于等于2米，一般取值为10米左右的间距，立柱与立柱之间均安装有铁丝防护网，每段铁丝防护网的顶部均安装有振动传感器，则n-1个立柱之间共需要安装n-1个振动传感器，记为传感器v1,v2,
…
,v
i
,
…
,v
n-1
,i＝1,2,
…
,n-1，v
i
表示第i个振动传感器，并在边坡底部安装一球型摄像机，在不同通行方向上距边坡h米处的道路旁各安装1个led电子信息指示牌，h一般取值为500米，具体安装示意图如图3所示，每处监测点均安装有振动传感器；
[0033]
步骤2：通过n-1个振动传感器分别进行振动信号的采集，采集到的振动信号记为s1,s2,
…
,s
i
,
…
,s
n-1
,i＝1,2,
…
,n-1，s
i
表示第i个振动传感器采集到的第i列振动信号，即s
i
＝{s
i,1
,s
i,2
,
…
,s
i,t
,
…
}，s
i,t
表示第i个振动传感器在t时刻的采集值；
[0034]
步骤3：实时提取n-1列振动传感器在每一时刻采样值的幅值；
[0035]
如果通过大幅度振动量判断是否需要滑坡及落石的预警提示，步骤4～步骤5表述为：
[0036]
步骤4：统计前t时间段内的n-1列振动信号中出现幅值的个数w，h
i,t
表示第i列振动信号中t时刻采样值的幅值，表示预设幅值的阈值；
[0037]
步骤5：判断是否需要滑坡及落石的预警提示，并将判断结果发送至上位机监控系统，如果表示需要进行一级预警提示，如果表示需要进行二级预警提示，如果表示不需要进行预警提示，表示一级预警提示的阈值，表示二级预警提示的阈值；
[0038]
如果通过持续时间判断是否需要滑坡及落石的预警提示，步骤4～步骤5还可以表述为：
[0039]
步骤4的另一种表述方式为：统计n-1列振动信号中出现幅值的持续时间t，h
i,t
表示第i列振动信号中t时刻采样值的幅值，表示预设幅值的阈值；
[0040]
步骤5的另一种表述方式为：判断是否需要滑坡及落石的预警提示，如果表示需要进行一级预警提示，如果表示需要进行二级预警提示，如果表示不需要进行预警提示，表示一级预警提示的时间阈值，表示二级预警提示的时间阈值。
[0041]
步骤6：如果需要预警提示，将预警提示对应的预警信息发送至led电子信息指示牌进行显示，一级预警提示的预警信息为“前方可能有落石，请注意瞭望”，二级预警提示的预警信息为“前方可能有落石，请减速慢行”；
[0042]
步骤7：当上位机监控系统接收到预警提示时，启动球型摄像机开始工作，如果通过球型摄像机未观测到边坡现场有滑坡或落石情况，则取消led电子信息指示牌上的预警信息，并关闭球型摄像机，如果通过球型摄像机观测到边坡现场有滑坡或落石情况，则需要进行现场清理，当清理结束后，取消led电子信息指示牌上的预警信息，并关闭球型摄像机。
[0043]
运用上述报警方法的一种报警装置，如图2所示，包括振动传感器、微处理器、无线通信模块、led电子信息指示牌、上位机监控系统、供电单元、球型摄像机，所述振动传感器与微处理器电连接，微处理器通过无线通信模块与上位机监控系统无线连接，上位机监控系统通过无线通信模块分别与led电子信息指示牌、球型摄像机无线连接，供电单元分别与微处理器、无线通信模块、led电子信息指示牌、球型摄像机电连接，为所述报警系统供电；振动传感器采集到的振动信号通过无线信号传输至微处理器，通过微处理器判断是否需要进行预警提示，并将判断结果通过无线信号传输至上位机监控系统，当需要进行预警提示时，上位机监控系统通过无线信号启动球型摄像机，并将预警提示对应的预警信息通过无线信号传输至led电子信息指示牌；
[0044]
所述振动传感器用于采集每个铁丝网的振动信号；
[0045]
所述微处理器用于提取每列振动信号在每一时刻采样值的幅值，并判断是否需要进行滑坡及落石的预警提示，判断结果通过无线信号发送至上位机监控系统；
[0046]
所述无线通信模块用于传输无线信号；
[0047]
所述上位机监控系统用于实现人机信息的交互，实时显示接收到的振动信号，还用于控制球型摄像机的工作，并将预警提示对应的预警信息通过无线信号发送至led电子信息指示牌；
[0048]
所述led电子信息指示牌用于显示报警信息，一级预警提示对应的报警信息为“前方发生落石，慢速行驶”，二级预警提示对应的预警信息为“前方发生滑坡，请停车”；
[0049]
所述球型摄像机用于监控现场是否有滑坡和/或落石情况。
[0050]
所述供电单元包括太阳能电池板、太阳能控制器、12v铅酸蓄电池，太阳能控制器分别与12铅酸蓄电池、太阳能电池板电连接，12v铅酸蓄电池与微处理器电连接；
[0051]
太阳能电池板用于收集太阳能，并将太阳能转换为电能，对12v铅酸蓄电池进行充电；
[0052]
12v铅酸蓄电池用于存储太阳能控制器转换得到的电能；
[0053]
太阳能控制器用于根据供电电路的预设电压值判断是否对12v铅酸蓄电池进行充电；当12v铅酸蓄电池当前的电压值小于太阳能控制器设定的预设电压值时，太阳能控制器通过太阳能电池板对12v铅酸蓄电池进行充电，当12v铅酸蓄电池当前的电压值大于等于预设电压值时，太阳能控制器对12v铅酸蓄电池停止充电。
[0054]
所述无线通信模块采用nb-iot通信模块发射无线信号。
[0055]
本实施方式中采用的元器件型号为：太阳能控制器为solsum 6.6b，振动传感器型号为lgs248(高灵敏度数字振动传感器)，球型摄像机为ds-2de4220iw-d/glt，led电子信息指示牌为glg-tdl-160d，微处理器型号为stm32f107vct6，nb-iob通信模块型号为bc95-b5，
上位机监控系统采用c#编程实现，微处理器采集到的振动信号实时显示在上位机监控系统的监控界面上，当上位机监控系统接收到预警提示时，自动打开球型摄像机，并报警通知工作人员进行查看现场情况，实现了自动远程监控的效果，对于减少滑坡和落石带来的交通事故是很有实际意义的。