CN105678966A - 一种山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法，系统包括预警平台和至少一个无线传感器网络，无线传感器网络包括智能网关和多个监测桩，所述监测桩包括洪水监测桩和振动监测桩，洪水监测桩用于对洪水水位报警等级和桩体自身的倾斜角度进行监测，振动监测桩用于对桩体自身受冲击导致的加速度和倾斜角度进行监测，所述监测桩还具有现场告警功能，所述监测桩的数据通过智能网关发送到预警平台，预警平台将监测数据信息实时在GIS信息地图中展示，同时还以Web形式对大众进行实时预警展示。本发明将功能定位在系统组网后，快速获取数据汇集所产生的规模效益上，从而为地质灾害监测预警提供一种全新的技术方案。

Description

一种山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法

技术领域

本发明涉及山洪地质灾害监测预警技术领域，特别涉及一种山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法。

背景技术

我国是山洪地质灾害多发国家，每年都会因灾害带来巨大损失。现有监测预警技术手段，在应对灾害发生时，起到了一定的预警作用。但也存在以下问题：

1、缺少综合监测手段。现有技术中，应对洪水灾害的技术方案和应对泥石流、滑坡等地质灾害的技术方案大多是相互独立的，如对比文件《用于山洪灾害监测的数据采集装置》（公告号：CN105118238A）的技术方案涉及对洪水灾害进行监测，对比文件《一种监测地质灾害的方法及装置》（公告号：CN104134321A）的技术方案涉及对泥石流、滑坡等地质灾害进行监测，但在现实中，山洪灾害发生时往往伴随泥石流、滑坡等地质灾害，单一的技术监测手段并不能满足于灾害监测预警的实际需要，这就要求对山洪地质灾害的监测要采用综合监测的技术手段才能达到很好的预警效果。

2、建设成本高。如现有技术对比文件《一种山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法》（公告号：CN102610059A）公开了一种山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法，该系统虽可以实现对洪水和泥石流、滑坡的监测，但由于该系统复杂的网络拓扑结构，在实际应用中会导致系统运行可靠性降低，同时由于其方案各种传感器众多，也无形中加大了系统的建设成本，总体上该技术方案实用性不够，在受地质灾害威胁的偏远山区无法大规模普及应用。

3、缺少现场自动报警机制。现有的灾害监测预警系统技术方案如：对比文件《一种山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法》（公告号：CN102610059A）、《一种监测地质灾害的方法及装置》（公告号：CN104134321A），其预警机制是由平台从上至下的远程预警模式，特别当危险灾害情况突发时，这种对灾情分析处理的预警过程往往是滞后的，所以山洪地质灾害监测系统建立现场自动报警机制十分必要。

发明内容

为更好地满足于广大农村和偏远山区群众对自然灾害监测预警实用技术的需求，减少灾害给群众带来的巨大损失，弥补现有技术存在的问题，本发明提供了一种山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法，本技术方案充分利用物联网及电子信息技术，本着“价格便宜、安装简便、方便联网、大量部署、快速反应”的原则，对所要监测的危险区域，布设大量传感器监测桩，把系统功能定位在监测桩组网后，快速获取数据汇集所产生的规模效益上，从而为地质灾害监测预警提供一种全新的技术方案。

本发明的技术方案如下：

一种山洪地质灾害综合监测预警系统，包括预警平台和至少一个无线传感器网络，所述无线传感器网络包括智能网关和多个监测桩，智能网关通过微功率无线通信和多个监测桩构成星型网络架构，所述智能网关使用太阳能电源供电，其特征在于：所述监测桩包括洪水监测桩和振动监测桩。

洪水监测桩，对洪水水位报警等级进行监测，还对桩体自身的倾斜角度进行监测，所述水位报警等级和桩体倾斜角度监测数据由洪水监测桩通过微功率无线通信发送到智能网关，所述水位报警等级和倾斜角度到达设置的报警上限时，洪水监测桩进行现场告警；

振动监测桩，对桩体自身受冲击导致的加速度和倾斜角度进行监测，所述加速度和桩体倾斜角度监测数据由振动监测桩通过微功率无线通信发送到智能网关，所述加速度和桩体倾斜角度达到设置的报警上限时，振动监测桩进行现场告警。

智能网关，通过硬加密身份认证技术接入预警平台，所述智能网关根据现地降雨量的监测数据，以动态轮询方式，接收所述无线传感器网络内各监测桩所发送的监测数据，并将所述监测数据通过无线远程通信发送到预警平台。

预警平台，将智能网关传输的各监测桩的监测数据信息实时在GIS信息地图中展示，所述展示包括用颜色直接反映出各洪水监测桩的水位报警等级，以此判断洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时预警展示。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述的洪水监测桩外壳印有便于观测的水尺高度线，所述洪水监测桩设定四级水位报警等级，所述水位报警等级以警戒水位线的形式在所述洪水监测桩外壳的水尺高度线上直观标注，蓝色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的设防Ⅳ级警戒水位线，黄色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅲ级警戒水位线；橙色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅱ级警戒水位线；红色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的最高Ⅰ级警戒水位线。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述的洪水监测桩含有多点液位开关传感器、控制单元一、声光报警器一和柱状壳体，所述柱状壳体为三段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以拆卸，下部壳体底部开口处设有滤网，用于对洪水中的泥沙、杂物进行过滤，安装于中部壳体的控制单元一分别通过密封连接线与安装于下部壳体的多点液位开关传感器和安装于上部壳体的声光报警器一连接，所述声光报警器一自带有专用电池。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述控制单元一,含有单片机一、光电隔离接口电路一、MEMS三轴加速度传感器一、微功率无线通信模块一和锂电池，所述单片机一经光电隔离接口电路一和所述多点液位开关传感器连接，用于对所述水位报警等级进行监测，所述水位报警等级和多点液位开关传感器的输出信号相关联，所述单片机一和MEMS三轴加速度传感器一连接，用于采集MEMS三轴加速度传感器一的加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器一的倾斜角度进行测量，所述单片机一通过微功率无线通信模块一将所述的水位报警等级和倾斜角度监测数据发送到智能网关，所述单片机一还经光电隔离接口电路一和所述声光报警器一连接，用于控制声光报警器一进行现场告警。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述振动监测桩,含有控制单元二、声光报警器二和柱状壳体，所述柱状壳体为二段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以拆卸，安装于下部壳体的控制单元二通过密封连接线与安装于上部壳体的声光报警器二连接，所述声光报警器二自带有专用电池。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述控制单元二,含有单片机二、光电隔离接口电路二、MEMS三轴加速度传感器二、微功率无线通信模块二和锂电池，所述单片机二和MEMS三轴加速度传感器二连接，用于采集MEMS三轴加速度传感器二的加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器二的倾斜角度进行测量，所述单片机二通过微功率无线通信模块二将所述的加速度数据和倾斜角度监测数据发送到智能网关，所述单片机二经光电隔离接口电路二和所述声光报警器二连接，用于控制声光报警器二进行现场告警。

上述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述智能网关含有单片机三、加密芯片、微功率无线通信模块三、GPRS通信模块和RS485通信模块，所述单片机三和加密芯片连接，加密芯片内置有加密算法，所述单片机三通过加密芯片获取接入预警平台所需的身份认证密钥文件，所述单片机三通过微功率无线通信模块三，以轮询方式，依序向所述的无线传感器网络内的每个监测桩发送查询指令，唤醒并接收所述无线传感器网络内的各监测桩所发送的的监测数据信息，所述单片机三通过RS485通信模块采集现地雨量计的降雨量数据，根据现地降雨量的监测数据动态调整轮询的时间，所述单片机三通过GPRS通信模块，将接收的所述无线传感器网络内各监测桩所发送的监测数据信息，远程发送到预警平台，所述单片机三还通过GPRS通信模块接收预警平台的指令。

一种山洪地质灾害综合监测预警系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，洪水监测桩，用于对洪水实时简易监测，将所述洪水监测桩竖直固定于靠桩上，大量布设于山洪沟河道沿岸、水库、山塘坝前和易受洪水威胁的人口居住区、工矿企业、学校及村落、城镇地势低洼处；

步骤2，振动监测桩，用于对泥石流、滑坡实时监测，将所述振动监测桩的部分下段壳体牢固的固定于地表土层中，大量布设于易发生地质灾害的山体山坡、尾矿坝、水库堤坝，河流堤岸斜面处；

步骤3，由若干智能网关和所布设的监测桩组成至少一个无线传感器网络，所述洪水监测桩和振动监测桩可以混合组网，也可以分类组网；

步骤4，智能网关，通过身份认证接入预警平台，并通过GPRS通信与预警平台保持在线连接，预警平台，完成对所述无线传感器网络内智能网关和监测桩的现场报警参数设置；

步骤5，智能网关，依序向所述的无线传感器网络内的每个监测桩发送查询指令，唤醒并接收所述无线传感器网络内的各监测桩的监测数据信息，所述智能网关根据现地降雨量的监测数据动态调整轮询时间，紧急情况下，智能网关还能根据预警平台的指令，快速实时获取各监测桩的监测数据信息；

步骤6，洪水监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述洪水监测桩被唤醒后，将所述水位报警等级和桩体倾斜角度监测数据发送到智能网关；

步骤7，洪水监测桩还由洪水触发的水位报警等级信号唤醒，所述水位报警等级到达设置的报警上限时，洪水监测桩自行打开声光报警器进行现场告警；

步骤8，振动监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述振动监测桩被唤醒后，将所述的振动加速度和桩体倾斜角度监测数据发送到智能网关；

步骤9，振动监测桩还由外力冲击产生的振动触发信号唤醒，所述倾角变化达到设置的报警上限时，振动监测桩自行打开声光报警器进行现场告警；

步骤10，智能网关，将接收到的各监测桩的监测数据信息进行解析，如监测数据信息达到设置的报警上限时，智能网关可以选择通过短信的形式向外界报警，所述解析后的监测数据信息按照预警平台的通信协议进行封装处理，然后发送到预警平台；

步骤11，预警平台，实时接收各智能网关所发送的监测数据信息，对所述监测数据信息进行解析，将所述无线传感器网络的各监测桩的报警状态信息实时在在GIS信息地图中展示，所述展示包括用颜色直接反映出各洪水监测桩的水位报警等级，以此判断洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时预警展示。

本发明和现有技术对比的有益效果：

1、和现有技术方案对比，本发明将对洪水灾害的监测和对泥石流、滑坡等地质灾害的监测综合考虑，不仅对洪水灾害进行监测，还对可能伴随发生的泥石流、滑坡等地质灾害进行监测，从而达到更好的预警效果。

2、按照国家防汛抗旱办公室颁发的《山洪灾害防治县级监测预警系统建设技术要求》“流域面积100km2以下的山洪灾害严重的小流域，河流沿岸有人口较为集中的居民区或有较重要工矿企业、较重要的基础设施，布设简易水位监测站”。这种简易水位监测站的技术要求是在岸边修建简易的水尺桩进行人工水位观测，这种群测群防模式缺少技术手段，特别在夜间靠人工进行实时观测几乎无法落实。本发明作为一种群测群防实用技术，依靠布设大量简单、耐用和低成本的无线传感器监测桩在山洪灾害严重的小流域，河流沿岸有人口较为集中的居民区或有较重要工矿企业、较重要的基础设施大量布设组网，以此快速获取监测数据汇集所产生的规模效益，从而为监测预警提供大量现场实时数据支撑，和现有技术比较具有更高的性价比，更便于在广大地区普及应用。

3、现有技术方案的预警机制往往是一种从上至下的信息传递过程，当危险情况突发时，人的分析处理过程往往是滞后的，本发明在应对灾害突发时，建立有现场自动报警机制，即监测桩报警参数超限时，可以进行现场声光报警，为预警节省宝贵的时间，从而提高群测群防体系的技术保障能力。

4、和现有技术相比，本发明的智能网关含有硬件加密芯片，建立有网络动态密钥身份验证机制，从而确保了系统的安全性。

附图说明

图1为山洪地质灾害综合监测预警系统结构示意图；

图2为洪水监测桩外壳水位报警等级示意图；

图3为洪水监测桩内部结构示意图；

图4为洪水监测桩的控制单元一结构示意图；

图5为振动监测桩内部结构示意图；

图6为振动监测桩的控制单元二结构示意图；

图7为智能网关结构示意图；

具体实施方式：

如图1所示，一种山洪地质灾害综合监测预警系统，包括预警平台和至少一个无线传感器网络，所述无线传感器网络包括智能网关和多个监测桩，智能网关通过433MHz微功率无线通信和多个监测桩构成星型网络架构，所述监测桩包括洪水监测桩和振动监测桩。

如图2所示，所述洪水监测桩外壳印有便于观测的水尺高度线，所述洪水监测桩设定四级水位报警等级，所述水位报警等级以警戒水位线的形式在外壳的水尺高度线上直观标注，蓝色报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的设防Ⅳ级警戒水位线，黄色报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅲ级警戒水位线；橙色报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅱ级警戒水位线；红色报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的最高Ⅰ级警戒水位线。

如图3所示，所述洪水监测桩，含有多点液位开关传感器（101）、控制单元一（102）、声光报警器一（103）和柱状壳体（1），所述柱状壳体（1）为三段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以用专用工具拆卸，下部壳体底部开口处设有滤网（2），用于对洪水中的泥沙、杂物进行过滤，对洪水水流冲击进行阻挡；水平安装于中部壳体的控制单元一（102）分别通过密封连接线分别与安装于下部壳体的多点液位开关传感器（101）和安装于上部壳体的声光报警器一（103）连接，所述声光报警器一（103）自带有专用电池；所述多点液位开关传感器（101）可以选用连杆浮球液位开关，其特点是安全可靠、使用方便、结构简单和较强的抗负载冲击能力，一只产品可实现多点液位开关量控制，所述连杆浮球液位开关的多点浮球的触发位置和洪水监测桩的相关水位报警等级的警戒水位线一致。

如图4所示，所述洪水监测桩的控制单元一（102），含有单片机一、光电隔离接口电路一、MEMS三轴加速度传感器一、微功率无线通信模块一和锂电池。

所述单片机一经光电隔离接口电路一和连杆浮球液位开关的控制端连接，用于对洪水触发的水位报警等级进行监测。

所述MEMS三轴加速度传感器一为MEMS电容加速度传感器，所述MEMS三轴加速度传感器一水平牢固焊接于控制单元一（102）的PCB板上，所述单片机一和MEMS三轴加速度传感器一连接，用于采集加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器一的倾斜角度变化进行测量，以便预警平台远程监测洪水监测桩是否受到洪水或外力冲击造成倾斜，以确保水位报警等级数据的正确性。

所述单片机一通过微功率无线通信模块一将所述的水位报警等级和倾斜角度信息发送到智能网关，为达到良好的通信效果，所述微功率无线通信模块一的天线可以安装在上部壳体内，所述单片机一还经光电隔离接口电路一和声光报警器一连接，单片机一还由洪水触发的水位报警等级信号唤醒，当所述水位报警等级的水位警戒线到达设置的报警上限时，单片机一控制声光报警器一（103）进行现场告警。

洪水监测桩内的连杆浮球液位开关平时未触发时，自身不耗电，MEMS三轴加速度传感器功耗极低，微功率无线通信模块采用休眠和唤醒工作模式，所以洪水监测桩采用锂电池供电，可以满足洪水监测桩一年以上的长期监测需要。

如图5所示，所述振动监测桩，含有控制单元二（105）、声光报警器二（104）和柱状壳体（3），所述柱状壳体为二段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以用专用工具拆卸，安装于下部壳体的控制单元二（105）通过密封连接线与安装于上部壳体的声光报警器二（104）连接，所述声光报警器二（104）自带有专用电池。

如图6所示，所述控制单元二（105），含有单片机二、光电隔离接口电路二、MEMS三轴加速度传感器二、微功率无线通信模块二和锂电池。在地质灾害临近爆发时，滑坡坡面倾角变化、发生的微弱振动这些前兆参数，是变形破坏预报的重要参数，所述单片机二和MEMS三轴加速度传感器二连接，用于采集加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器二的倾斜角度变化进行测量，所述单片机二通过微功率无线通信模块二将所述的加速度数据和倾斜角度信息发送到智能网关，为达到良好的通信效果，所述微功率无线通信模块二的天线可以安装在上部壳体内。所述单片机二经光电隔离接口电路二和声光报警器二连接，振动监测桩MEMS三轴加速度传感器二由外力冲击振动产生的触发信号唤醒，如MEMS三轴加速度传感器二倾角变化达到远程设置的报警上限时，振动监测桩所述的单片机二自行打开声光报警器二进行现场告警。

振动监测桩的MEMS三轴加速度传感器功耗极低，微功率无线通信模块采用休眠和唤醒工作模式，所以振动监测桩采用锂电池供电，可以满足监测桩一年以上的长期监测需要。

如图7所示，所述智能网关使用太阳能系统供电，所述智能网关，含有单片机三、加密芯片、微功率无线通信模块三、GPRS通信模块和RS485通信模块，所述单片机三和加密芯片连接，加密芯片内置有加密算法，所述单片机三通过加密芯片获取接入预警平台所需的身份认证密钥文件，所述单片机三通过微功率无线通信模块三，以动态轮询方式，接收所述无线传感器网络内各监测桩所发送的监测信息，所述单片机三通过RS485通信模块采集现地雨量计的降雨量数据，根据现地降雨量的监测数据调整动态轮询的时间，所述单片机三通过GPRS通信模块将接收的监测信息发送到预警平台，所述单片机三还通过GPRS通信模块接收预警平台的指令。

所述智能网关可以和洪水监测桩、振动监测桩混合组网，也可以分类组网。

下面是山洪地质灾害综合监测预警系统及实现方法的几个代表性的实施例，但本发明不局限于以下的实施例，凡采用同等替换形式的技术方案，均在本发明要求的保护范围。

实施例1：简易农村山洪地质灾害监测预警实施例

在本实施例技术方案中，选择易发生山洪地质灾害的监测区域，合理规划监测桩的布局。

洪水监测桩，用于对洪水实时简易监测，洪水监测桩竖直安装固定于地面的靠桩上，根据洪水监测桩的设防Ⅳ级警戒水位线，合理确定洪水监测桩壳体底部与地面的距离。洪水监测桩大量布设于山洪沟河道沿岸、水库、山塘坝前和易受洪水威胁的人口居住区、工矿企业、学校及村落、城镇地势低洼处，必要时设保护围栏，防止测桩遭受自然或人为因素破坏。

振动监测桩，用于对泥石流、滑坡实时监测，将所述振动监测桩的部分下段壳体牢固的固定于地表土层中，大量布设于易发生地质灾害的山体山坡、水库堤坝，河流堤岸斜面处。

根据所布设的监测桩的实际无线通信距离，选择若干个智能网关进行组网，通过对布设的监测桩无线信道和监测桩地址进行分配，由智能网关和和所布设的监测桩组成至少一个无线传感器网络。所述洪水监测桩和振动监测桩可以混合组网，也可以分类组网。智能网关的布设选择相对平坦的场地，将智能网关，太阳能供电电源及雨量计安装在立杆上。

布设的智能网关，内嵌TCP/IP协议栈，通过GPRS通信，经过身份认证密钥接入预警平台，并与预警平台保持在线连接，预警平台，完成对各无线传感器网络所述的智能网关和监测桩的远程参数设置，包括对现场报警参数上限的设置。

智能网关，依序向所述的无线传感器网络内的每个监测桩发送数据查询指令，唤醒并接收所述无线传感器网络内的各监测桩的数据信息，智能网关通过RS485通信模块和现地雨量计通信，获取现地降雨量，根据现地降雨量的变化，动态调整轮询时间，当遇到强降雨的紧急情况下，智能网关还能根据预警平台的指令，系统快速实时获取各监测桩的监测数据。

洪水监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述洪水监测桩被唤醒后，将监测的水位报警等级和倾斜角度信息发送到智能网关，洪水监测桩还由洪水触发的水位报警等级信号唤醒，所述水位报警等级到达设置的报警上限时，洪水监测桩自行打开声光报警器进行现场告警。

振动监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述振动监测桩被唤醒后，将监测的加速度数据和倾斜角度信息发送到智能网关，振动监测桩还由外力冲击产生的加速度触发信号唤醒，所述桩体倾角变化达到设置的报警上限时，振动监测桩自行打开声光报警器进行现场告警。

智能网关，将接收到的各监测桩的监测数据进行解析，如监测数据达到设置的报警上限时，智能网关可以选择通过短信的形式向外界报警，所述解析后的监测数据按照预警平台的通信协议进行封装处理，然后发送到预警平台。

预警平台，实时接收各智能网关发送的监测数据，对数据进行解析，将所述无线传感器网络的各监测桩的报警状态信息实时在在GIS信息地图中展示，各洪水监测桩的水位报警等级，直观反映出洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时告警展示。

实施例2：简易城镇洪水内涝灾害监测预警实施例

由于全球气候变化，特大暴雨发生频率越来越高，引发洪水灾害频繁，建立城镇洪水内涝灾害监测预警系统十分必要。在本实施例技术方案中，选择城镇易发生洪水内涝灾害的监测区域，合理规划洪水监测桩的布局。

选择将洪水监测桩，竖直安装于城市路面下，排水系统中的雨水口井身侧壁处，用于对排水系统中雨水井口内的水位深度进行分级监测。由于洪水监测桩在路面下方布设，这里微功率无线通信模块选择无线射频的穿透能力较强的433MHZ无线模块，洪水监测桩不再含有上部壳体及声光报警器。我国道路雨水口的设计深度一般在1米以内，洪水监测桩的长度和水位报警等级根据需要合理调整，现有城镇每个雨水口间距在50米以内，所以每条道路根据需要，合理选择布设若干个洪水监测桩。

选择将洪水监测桩，竖直安装于城市路面上，大量布设于城镇地势低洼处，用于对路面上降雨造成的积水水位深度进行分级监测，必要时设保护围栏，防止测桩遭受自然或人为因素破坏，洪水监测桩的水位报警等级的水尺高度设置，根据不同城市的道路积水历史数据进行合理设计。

根据所布设的路面下和路面上监测桩的实际无线通信距离，选择若干个智能网关进行组网，通过对布设的监测桩无线信道和监测桩地址进行设置，由智能网关和和所布设的监测桩组成至少一个无线传感器网络。智能网关的布设选择相对平坦的场地，将智能网关，太阳能供电电源及雨量计安装在立杆上。

布设的智能网关，通过GPRS通信，经过身份认证密钥接入预警平台，并与预警平台保持在线连接，预警平台，完成对各无线传感器网络所述的智能网关和洪水监测桩的现场报警参数设置。

智能网关，以动态轮询方式，依次唤醒所述无线传感器网络内的各监测桩，接收各监测桩的数据，其轮询时间可以根据平台提供的天气数据决定，当监测区域降雨后，智能网关还通过RS485通信模块和现地雨量计通信，获取现地降雨量，根据现地降雨量的变化，加快动态轮询时间，当遇到强降雨的紧急情况下，智能网关还能根据预警平台的指令，系统快速实时获取各监测桩的监测数据。

布设的洪水监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述洪水监测桩被唤醒后，将监测的水位报警等级和倾斜角度信息发送到智能网关。

智能网关，将接收到的各监测桩的监测数据进行解析，如监测数据达到设置的报警上限时，智能网关可以选择通过短信的形式向外界报警，所述解析后的监测数据按照预警平台的通信协议进行封装处理，然后发送到预警平台。

预警平台，实时接收各智能网关发送的监测数据，对数据进行解析，将所述无线传感器网络的各监测桩的报警状态信息实时在在GIS信息地图中展示，各洪水监测桩的水位报警等级，直观反映出洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时告警展示。

Claims (8)

1.一种山洪地质灾害综合监测预警系统，包括预警平台和至少一个无线传感器网络，所述无线传感器网络包括智能网关和多个监测桩，所述智能网关使用太阳能电源供电，其特征在于：所述监测桩包括洪水监测桩和振动监测桩；

洪水监测桩，对洪水水位报警等级进行监测，还对桩体自身的倾斜角度进行监测，所述监测数据由洪水监测桩通过微功率无线通信发送到智能网关，所述水位报警等级到达设置的报警上限时，洪水监测桩进行现场告警；

振动监测桩，对桩体自身受冲击导致的加速度和倾斜角度进行监测，所述监测数据由振动监测桩通过微功率无线通信发送到智能网关，所述桩体倾斜角度达到设置的报警上限时，振动监测桩进行现场告警；

智能网关，通过硬加密身份认证技术接入预警平台，所述智能网关根据现地降雨量的监测数据，以动态轮询方式，接收所述无线传感器网络内各监测桩所发送的监测数据，并将所述监测数据通过无线远程通信发送到预警平台；

预警平台，将智能网关传输的各监测桩的监测数据信息实时在GIS信息地图中展示，所述展示包括用颜色直接反映出各洪水监测桩的水位报警等级，以此判断洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时预警展示。

2.根据权利要求1所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述洪水监测桩设定四级水位报警等级，所述水位报警等级以警戒水位线的形式在所述洪水监测桩外壳的水尺高度线上直观标注，蓝色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的设防Ⅳ级警戒水位线，黄色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅲ级警戒水位线；橙色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的Ⅱ级警戒水位线；红色水位报警等级表示洪水达到或超过洪水监测桩的最高Ⅰ级警戒水位线。

3.根据权利要求1所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述的洪水监测桩含有多点液位开关传感器、控制单元一、声光报警器一和柱状壳体，所述柱状壳体为三段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以拆卸，下部壳体底部开口处设有滤网，用于对洪水中的泥沙、杂物进行过滤，安装于中部壳体的控制单元一分别通过密封连接线与安装于下部壳体的多点液位开关传感器和安装于上部壳体的声光报警器一连接，所述声光报警器一自带有专用电池。

4.根据权利要求3所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述控制单元一,含有单片机一、光电隔离接口电路一、MEMS三轴加速度传感器一、微功率无线通信模块一和锂电池，所述单片机一经光电隔离接口电路一和所述多点液位开关传感器连接，用于对所述水位报警等级进行监测，所述水位报警等级和多点液位开关传感器的输出信号相关联，所述单片机一和MEMS三轴加速度传感器一连接，用于采集MEMS三轴加速度传感器一的加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器一的倾斜角度进行测量，所述单片机一通过微功率无线通信模块一将所述的水位报警等级和倾斜角度监测数据发送到智能网关，所述单片机一还经光电隔离接口电路一和所述声光报警器一连接，用于控制声光报警器一进行现场告警。

5.根据权利要求1所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述振动监测桩,含有控制单元二、声光报警器二和柱状壳体，所述柱状壳体为二段式壳体结构，每段壳体相互隔离，可以拆卸，安装于下部壳体的控制单元二通过密封连接线与安装于上部壳体的声光报警器二连接，所述声光报警器二自带有专用电池。

6.根据权利要求5所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述控制单元二,含有单片机二、光电隔离接口电路二、MEMS三轴加速度传感器二、微功率无线通信模块二和锂电池，所述单片机二和MEMS三轴加速度传感器二连接，用于采集MEMS三轴加速度传感器二的加速度数据，通过相关算法对MEMS三轴加速度传感器二的倾斜角度进行测量，所述单片机二通过微功率无线通信模块二将所述的加速度数据和倾斜角度监测数据发送到智能网关，所述单片机二还经光电隔离接口电路二和所述声光报警器二连接，用于控制声光报警器二进行现场告警。

7.根据权利要求1所述的山洪地质灾害综合监测预警系统，其特征在于：所述智能网关含有单片机三、加密芯片、微功率无线通信模块三、GPRS通信模块和RS485通信模块，所述单片机三和加密芯片连接，加密芯片内置有加密算法，所述单片机三通过加密芯片获取接入预警平台所需的身份认证密钥文件，所述单片机三通过微功率无线通信模块三，以轮询方式，依序向所述的无线传感器网络内的每个监测桩发送查询指令，唤醒并接收所述无线传感器网络内的各监测桩所发送的的监测数据信息，所述单片机三通过RS485通信模块采集现地雨量计的降雨量数据，根据现地降雨量的监测数据动态调整轮询的时间，所述单片机三通过GPRS通信模块，将接收的所述无线传感器网络内各监测桩所发送的监测数据信息，远程发送到预警平台，所述单片机三还通过GPRS通信模块接收预警平台的指令。

8.一种山洪地质灾害综合监测预警系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，洪水监测桩，用于对洪水实时简易监测，将所述洪水监测桩竖直固定于靠桩上，大量布设于山洪沟河道沿岸、水库、山塘坝前和易受洪水威胁的人口居住区、工矿企业、学校及村落、城镇地势低洼处；

步骤2，振动监测桩，用于对泥石流、滑坡实时监测，将所述振动监测桩的部分下段壳体牢固的固定于地表土层中，大量布设于易发生地质灾害的山体山坡、尾矿坝、水库堤坝，河流堤岸斜面处；

步骤3，由若干智能网关和所布设的监测桩组成至少一个无线传感器网络，所述洪水监测桩和振动监测桩可以混合组网，也可以分类组网；

步骤4，智能网关，通过身份认证接入预警平台，并通过GPRS通信与预警平台保持在线连接，预警平台，完成对所述无线传感器网络内智能网关和监测桩的现场报警参数设置；

步骤5，智能网关，依序向所述的无线传感器网络内的每个监测桩发送查询指令，唤醒并接收所述无线传感器网络内的各监测桩的监测数据信息，所述智能网关根据现地降雨量的监测数据动态调整轮询时间，紧急情况下，智能网关还能根据预警平台的指令，快速实时获取各监测桩的监测数据信息；

步骤6，洪水监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述洪水监测桩被唤醒后，将所述水位报警等级和桩体倾斜角度监测数据发送到智能网关；

步骤7，洪水监测桩还由洪水触发的水位报警等级信号唤醒，所述水位报警等级到达设置的报警上限时，洪水监测桩自行打开声光报警器进行现场告警；

步骤8，振动监测桩平时处于休眠状态，依序由智能网关唤醒，所述振动监测桩被唤醒后，将所述的振动加速度和桩体倾斜角度监测数据发送到智能网关；

步骤9，振动监测桩还由外力冲击产生的振动触发信号唤醒，所述桩体倾角变化达到设置的报警上限时，振动监测桩自行打开声光报警器进行现场告警；

步骤10，智能网关，将接收到的各监测桩的监测数据信息进行解析，如监测数据信息达到设置的报警上限时，智能网关可以选择通过短信的形式向外界报警，所述解析后的监测数据信息按照预警平台的通信协议进行封装处理，然后发送到预警平台；

步骤11，预警平台，实时接收各智能网关所发送的监测数据信息，对所述监测数据信息进行解析，将所述无线传感器网络的各监测桩的报警状态信息实时在在GIS信息地图中展示，所述展示包括用颜色直接反映出各洪水监测桩的水位报警等级，以此判断洪水实际达到的高度，所述预警平台还以Web形式对大众进行实时预警展示。