CN108955999B - 一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，包括压力感应模块，中央处理模块，数据传输模块，电力供应模块；所述压力感应模块包括用于测量崩退宽度的水平和/或倾斜线型压力感应模块，所述中央处理模块能够将压力感应模块传输的压力值通过预先设定的算法转化为岸线的崩退宽度数据，并对数据进行储存；所述数据传输模块用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端。本发明装置利用土体，水体和空气的密度差异以及压力传感技术，建立起岸线崩退宽度与河岸一定埋深处垂直于河道方向上的若干压力测点数据的相关关系，并将上述压力测点数据转化为岸线崩退宽度数据进行实时储存、传送至远程终端，实现了崩岸监测的智能化和信息化。

Description

一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，尤其涉及一种河道崩岸的实时监测装置。

背景技术

崩岸是冲积河流河床演变过程的重要组成部分，在长江中下游等河段普遍存在崩岸现象。据不完全统计，60余年来，长江中下游累计发生崩岸长度超过1600km。三峡工程运用后，2003—2013年长江中下游干流河道共发生崩岸险情698处，累计崩岸长度约521km。尤以荆江河段最为严重，累计崩岸总长达42.3km，年均崩退速率约为15.0m/a，其中荆98断面崩岸强度较大，年均崩退速率达37.3m/a(2002～2008年)。崩岸影响长江干堤防洪安全，危及沿岸基础设施安全和航运发展，严重威胁沿江经济社会发展和人民生命财产安全。

2012年11月11日，长江下游龙门口下段尾部发生坍江窝塘，口宽长度约185m，中间宽475m，坍进265m，坍失征润洲江滩面积约8.47hm²。2016年12月11日，长江龙门口下游引航道入江口处又发生窝崩险情，窝塘内横向宽度约450m，窝塘口门宽度190m，窝崩形成的窝塘面积约18.67hm²。窝崩对金山湖水利工程——引航道枢纽的运行构成了严重威胁。

2016年7月22日上午，长江中游湖北省黄冈长江干堤茅山堤团林段(桩号148+850～148+950)堤外发生水下崩岸险情。据现场目测，崩岸呈弧形，长约100m，宽约20m，距堤脚最近距离约20m。根据2006年5月和2014年2月水下地形图对比分析，崩岸处10m等高线从距堤最近约195m崩退至约120m，岸坡最陡坡度由1∶9.10冲刷至1∶2.25。由于弯道水流作用回流淘刷，加上岸坡抗冲能力弱，近岸边坡逐渐变陡，导致岸坡崩塌，影响着长江干堤保护区内约10万人和1万hm²耕地的防洪安全。

由此可见，崩岸影响水工建筑物、堤防及防洪安全，必须引起足够的重视。但崩岸发生具有很大的突发性和不确定性。现有的崩岸监测预警方法，如稳定坡比法、深泓预测法等只能对崩岸险情是否发生做出大致估计，不能对崩岸的规模和危害性做出合理的预测，也不能实时监测岸线崩退的过程。目前崩岸监测方法大多为人工巡逻查勘，这种监测方法的主要缺点是监测时间间隔较长、数据信息采集不及时。因此亟需一套实用性较强的崩岸实时监测装置，在崩岸未发生或是发生过程中的对河岸岸坡变化进行实时监测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种能够对局部河岸崩退过程进行实时监测并能进行数据实时传输的装置。

本发明通过利用空气、水体与土体的密度差异，建立起河岸崩退宽度与同深度下数组压力测量值之间的相关关系，之后通过控制型单片机或微型电脑RaspberryPi运用特定算法将数组压力测量值数据转化为河岸崩退宽度数据进行实时储存，并且采用有线局域网将监测数据自动实时进行远距离传输。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，包括：

压力感应模块，用于测量压力感应模块所埋河岸环境承载的压力；

中央处理模块，至少用于根据包括压力感应模块所埋河岸环境承载的压力在内的数据计算河岸崩退距离；

数据传输模块，用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端；以及

电力供应模块，用于给压力感应模块、中央处理模块和数据传输模块供电；

所述压力感应模块包括以垂直于河道方向埋于岸顶且近似平行于岸顶顶面的水平线型压力感应模块，和/或垂直于河道方向埋于岸坡且近似平行于岸坡坡面的倾斜线型压力感应模块；

所述中央处理模块，包括：

参数存储部，至少存储监测频率ν、水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N、倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α、崩岸系数R，其中R取值为37.7％＜R＜69.8％；

岸顶压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；

岸坡压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸顶崩岸段传感器个数统计部，包括岸顶第一选择部，岸顶第二选择部，岸顶第三选择部，岸顶统计部；

岸顶第一选择部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

岸顶第二选择部，用于在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

岸顶第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最大的岸顶压力数据序列Ⅲ；

岸顶统计部，用于统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

岸坡崩岸段传感器个数统计部，包括岸坡第一选择部，岸坡第二选择部，岸坡第三选择部，岸坡统计部；

岸坡第一选择部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

岸坡第二选择部，用于在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

岸坡第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最大的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；

岸坡统计部，用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

河岸崩退距离计算部，用于确定岸顶崩岸段传感器个数m：当水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＝0时，m＝0，当N≠0时，m＝n；用于确定岸坡崩岸段传感器个数m＇：当倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇＝0时，m＇＝0，当N＇≠0时，m＇＝n＇；用于将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

控制部，用于控制中央处理器模块的各个部件的工作；

暂存部，用于暂时存放中央处理模块各部件采集或计算出的数据。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，水平线型压力感应模块和倾斜线型压力感应模块结构相同，主要由条形壳体和等距安装于壳体内的若干片状压力传感器构成，片状压力传感器分别信号连接于中央处理模块，中央处理模块再信号连接于数据传输模块。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，壳体采用柔性闭泡橡塑绝热材料。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中通过冒泡排序算法找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中通过冒泡排序算法找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，崩岸系数R取值为50％。

本发明还提供另一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于，包括：

压力感应模块，用于测量压力感应模块所埋河岸环境承载的压力；

中央处理模块，至少用于根据包括压力感应模块所埋河岸环境承载的压力在内的数据计算河岸崩退距离；

数据传输模块，用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端；以及

电力供应模块，用于给压力感应模块、中央处理模块和数据传输模块供电；

所述压力感应模块包括以垂直于河道方向埋于岸顶且近似平行于岸顶顶面的水平线型压力感应模块，和/或垂直于河道方向埋于岸坡且近似平行于岸坡坡面的倾斜线型压力感应模块；

所述中央处理模块，包括：

参数存储部，至少存储监测频率ν、水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N、倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α、崩岸系数R，其中R取值为37.7％＜R＜69.8％；

岸顶压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；

岸坡压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸顶崩岸段传感器个数统计部，包括岸顶第一选择部，岸顶第二选择部，岸顶第三选择部，岸顶统计部；

岸顶第一选择部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

岸顶第二选择部，用于在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

岸顶第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最小的岸顶压力数据序列Ⅲ；

岸顶统计部，用于统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

岸坡崩岸段传感器个数统计部，包括岸坡第一选择部，岸坡第二选择部，岸坡第三选择部，岸坡统计部；

岸坡第一选择部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

岸坡第二选择部，用于在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

岸坡第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最小的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；

岸坡统计部，用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

河岸崩退距离计算部，用于确定岸顶崩岸段传感器个数m：当水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＝0时，m＝0，当N≠0时，m＝n；用于确定岸坡崩岸段传感器个数m＇：当倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇＝0时，m＇＝0，当N＇≠0时，m＇＝n＇；用于将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

控制部，用于控制中央处理器模块的各个部件的工作；

暂存部，用于暂时存放中央处理模块各部件采集或计算出的数据。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，水平线型压力感应模块和倾斜线型压力感应模块结构相同，主要由条形壳体和等距安装于壳体内的若干片状压力传感器构成，片状压力传感器分别信号连接于中央处理模块，中央处理模块再信号连接于数据传输模块。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，壳体采用柔性闭泡橡塑绝热材料。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中通过冒泡排序算法找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中通过冒泡排序算法找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值。

上述基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，崩岸系数R取值为50％。

本发明装置的使用及工作原理如下：

在监测地点，首先将压力感应模块垂直河岸，水平埋入地下一定深度处，起始端与岸线平齐，然后启动电源供应模块对整个监测装置进行供电。装置开始运行。

崩岸发生时，岸线崩退，压力感应模块起始端暴露在水中(埋入较深的情况)或空气中(埋入较浅的情况)由于空气，水体与土体的密度不同，故不同位置的压力传感器感应到的压力值是不同的，在所处高度相同的情况下感应到的压力值从大到小依次为，土体>水体>空气。根据每个片状压力传感器感应压力的大小便可知感应系统埋入土体的长度为多少，得到暴露在水体或空气中的长度是多少。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、实现崩岸测量智能化，信息化。本发明利用中央处理处理模块对装置整体进行控制，通过提前设置测量频率，可实现对崩岸的无人测量与数据传输，大大节省了人力物力。

2、测量精度高，受外界影响较小。本发明采用压力感应值值作为第一数据进行采集，相比于采集光信号和温度信号，所受外界影响较小。本发明的测量精度主要取决于压力传感系统中传感器的布设密度，通过改变传感器的布设密度，可实现测量精度最大化。

适用范围广。本发明采用蓄电池与太阳能发电联合供电，不仅在一定程度上实现了节能减排，而且使得监测装置能在较为恶劣的环境中使用，使用条件大大放宽。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明装置中央处理模块结构示意图；

图3为本发明装置河岸崩退距离计算流程示意图；

图4为本发明实施例1现场布置示意图；

图5为本发明实施例2现场布置示意图；

图6为本发明实施例1中装置的整体电路示意图；

图7为本发明实施例1中装置的压力感应模块示意图。

图中：

压力感应模块1；水平线型压力感应模块101；倾斜线型压力感应模块102；片状压力传感器103；壳体104；中央处理模块2；参数存储部201；岸顶压力数据存储及压力数据编号部202；岸坡压力数据存储及压力数据编号部203；岸顶传感器压力数据排序部204；岸坡传感器压力数据排序部205；岸顶崩岸段传感器个数统计部206；岸顶第一选择部206a；岸顶第二选择部206b；岸顶第三选择部206c；岸顶统计部206d；岸坡崩岸段传感器个数统计部207；岸坡第一选择部207a；岸坡第二选择部207b；岸坡第三选择部207c；岸坡统计部207d；河岸崩退距离计算部208；控制部209；暂存部210；数据传输模块3；电力供应模块4；太阳能发电装置401；蓄电池402；岸顶5；岸坡6；水面7；崩落土体8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述：

本发明提供一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，参见图1、图2，包括：

压力感应模块1，用于测量压力感应模块1所埋河岸环境承载的压力；

中央处理模块2，用于根据包括压力感应模块1所埋河岸环境承载的压力在内的数据计算河岸崩退距离并存储该计算数据；

数据传输模块3，用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端；以及

电力供应模块4，用于给压力感应模块1、中央处理模块2和数据传输模块3供电；

所述压力感应模块1包括以垂直于河道方向埋于岸顶且近似平行于岸顶顶面的水平线型压力感应模块101，和/或垂直于河道方向埋于岸坡且近似平行于岸坡坡面的倾斜线型压力感应模块102；

所述中央处理模块2，包括：

参数存储部201，至少存储监测频率ν、水平线型压力感应模块101中片状压力传感器103个数N、倾斜线型压力感应模块102中片状压力传感器103个数N＇、压力感应模块1中片状压力传感器103的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块102的倾斜角度α、崩岸系数R，其中R取值为37.7％＜R＜69.8％；

岸顶压力数据存储及压力数据编号部202，用于存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块101中的片状压力传感器103测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器103从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；(或者按照另一种编号情况A：按照所述模块中片状压力传感器103从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ)

岸坡压力数据存储及压力数据编号部203，用于存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块102中的片状压力传感器103测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器103从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；(或者按照另一种编号情况A：按照所述模块中片状压力传感器103从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ＇)

岸顶传感器压力数据排序部204，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部205，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸顶崩岸段传感器个数统计部206，包括岸顶第一选择部206a，岸顶第二选择部206b，岸顶第三选择部206c，岸顶统计部206d；

岸顶第一选择部206a，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

岸顶第二选择部206b，用于在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

岸顶第三选择部206c，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最大的岸顶压力数据序列Ⅲ；(当按照另一种编号情况A进行编号时，在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最小的岸顶压力数据序列Ⅲ)；

岸顶统计部206d，用于统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

岸坡崩岸段传感器个数统计部207，包括岸坡第一选择部207a，岸坡第二选择部207b，岸坡第三选择部207c，岸坡统计部207d；

岸坡第一选择部207a，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

岸坡第二选择部207b，用于在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

岸坡第三选择部207c，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最大的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；(当按照另一种编号情况A进行编号时，在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最小的岸顶压力数据序列Ⅲ＇)

岸坡统计部207d，用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

河岸崩退距离计算部208，用于确定岸顶崩岸段传感器个数m：当水平线型压力感应模块101中片状压力传感器103个数N＝0时，m＝0，当N≠0时，m＝n；用于确定岸坡崩岸段传感器个数m＇：当倾斜线型压力感应模块102中片状压力传感器103个数N＇＝0时，m＇＝0，当N＇≠0时，m＇＝n＇；用于将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块1中片状压力传感器103的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块102的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

控制部209，用于控制中央处理器模块的各个部件的工作；

暂存部210，用于暂时存放中央处理模块2各部件采集或计算出的数据。

上述一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置中，

水平线型压力感应模块101和倾斜线型压力感应模块102结构相同，主要由条形壳体104和等距安装于壳体104内的若干片状压力传感器103构成，片状压力传感器103分别信号连接于中央处理模块2，中央处理模块2再信号连接于数据传输模块3。

壳体104采用柔性闭泡橡塑绝热材料。

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中通过冒泡排序算法找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部205，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中通过冒泡排序算法找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值。

崩岸系数R取值为50％。

压力感应模块1中片状压力传感器103的布设密度ρ为0.1-5个每米。

电力供应模块4，包括太阳能发电装置401和蓄电池402。

基于本发明装置实施的一种河岸崩退距离监测方法，参见图3，具体步骤如下：

S1，设置并存储参数：

设置参数监测频率ν、水平线型压力感应模块101中片状压力传感器103个数N、倾斜线型压力感应模块102中片状压力传感器103个数N＇、压力感应模块中片状压力传感器103的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块102的倾斜角度α、崩岸系数R，R取值为37.7％＜R＜69.8％，R取值优选为50％；通过参数存储部201实现上述参数的存储；

S2，对压力感应模块1提供的数据进行处理，得到压力数据序列：

S2.1通过岸顶压力数据存储及压力数据编号部202实现：存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块101中的片状压力传感器103测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器103从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号即1.2.3…，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；

S2.2通过岸坡压力数据存储及压力数据编号部203实现：存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块102中的片状压力传感器103测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器103从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号即1.2.3…，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；

S3，找出压力数据序列中的最大压力值：

S3.1通过岸顶传感器压力数据排序部204实现：在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

S3.2通过岸坡传感器压力数据排序部205实现：在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

S4，统计压力感应模块崩岸段传感器个数：

S4.1通过岸顶崩岸段传感器个数统计部206进行岸顶崩岸段传感器个数统计：

S4.1.1通过岸顶第一选择部206a实现：在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

S4.1.2通过岸顶第二选择部206b实现：在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

S4.1.3通过岸顶第三选择部206c实现：进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最大的岸顶压力数据序列Ⅲ；

S4.1.4通过岸顶统计部206d实现：统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

S4.2通过岸坡崩岸段传感器个数统计部207进行岸坡崩岸段传感器个数统计：

S4.2.1通过岸坡第一选择部207a实现：在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

S4.2.2通过岸坡第二选择部207b实现：在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

S4.2.3通过岸坡第三选择部207c实现：进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最大的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；

S4.2.4通过岸坡统计部207d实现：用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

S5，计算河岸崩退距离：

通过河岸崩退距离计算部208实现：确定岸顶崩岸段传感器个数m，确定方法具体为：当水平线型压力感应模块101中片状压力传感器103个数N＝0时，m＝0；当N≠0时，m＝n；确定岸坡崩岸段传感器个数m＇确定方法具体为：当倾斜线型压力感应模块102中片状压力传感器103个数N＇＝0时，m＇＝0；当N＇≠0时，m＇＝n＇；将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块1中片状压力传感器103的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块102的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

S6，存储并传输河岸崩退距离数据：

通过暂存部210实现河岸崩退距离数据的存储，控制数据传输模块3在控制部209的指令下将河岸崩退距离数据传送至远程终端。

S7，中央处理模块2按照监测频率ν，重复S2-S6，再次进行计算河岸崩退距离并将新计算的数据传送至远程终端。

基于本发明装置实施的另一种河岸崩退距离监测方法(即按照另一种编号情况A进行编号时的方法)，其方法整体上与上述步骤S1-S7相同，区别在于，S2.1以及S2.2中，分别按照所述模块中片状压力传感器103从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号即1.2.3…；S4.1.3中，通过岸顶第三选择部206c实现：进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最小的岸顶压力数据序列Ⅲ；S4.2.3中，通过岸坡第三选择部207c实现：进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最小的岸坡压力数据序列Ⅲ＇。

本发明的中央处理模块2主要包括单片机或微型电脑，所述单片机为控制型，所述微型电脑采用RaspberryPi，单片机或微型电脑内部核心算法如图3所示，采用python、c或c++语言开发。

下面通过两个具体实施例对本发明进行进一步描述。

实施例1：

只铺设水平线型压力感应模块，现场布置参见图4：

图4所示为岸坡较陡的情况，只铺设水平线型压力感应模块101；为了减弱河岸岸顶5土体中的渗透水对水平线型压力感应模块101造成不利影响，水平线型压力感应模块101的埋入高程应尽量选择在河道水面7以上。

实施例2：

同时铺设水平线型压力感应模块和倾斜线型压力感应模块，参见图2：

图5所示为岸坡较缓的情况，同时铺设水平线型压力感应模块101和倾斜线型压力感应模块102；水平线型压力感应模块101垂直河道埋入河岸岸顶5土体，倾斜线型压力感应模块102平行岸坡倾斜埋入河岸岸坡6土体，倾斜线型压力感应模块102与竖直方向夹角为α，埋入深度一般为0.1～0.5m。铺设水平线型压力感应模块101和倾斜线型压力感应模块102中，相邻两个片状压力传感器的布设密度ρ为0.1-5个每米。

实施例1中，在河岸崩退距离的计算过程中，由于水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N≠0，因此m＝n；由于倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇＝0，因此m＇＝0。

实施例2中，在河岸崩退距离的计算过程中，由于水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N≠0，因此m＝n；由于倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇≠0，因此m＇＝n＇。

实施例1和2中，片状压力传感器的布设密度可根据测量的精度要求、蓄电池402的容量、太阳能发电装置401的发电能力来调整。在水平线型压力感应模块101、倾斜线型压力感应模块102埋入深度适当的情况下，片状压力传感器的测量误差可以忽略，相邻两个片状压力传感的距离便为本发明的测量精度。

本发明装置，参见图6，电力供应模块4包括太阳能发电装置401和蓄电池402，太阳能发电装置401与蓄电池402串联连接，在阳光充足的情况下蓄电池402一边接受太阳能发电装置401的充电，一边给本发明装置供电(图4、图5中蓄电池未画出)。在阳光较弱的情况下或无阳光的情况下蓄电池402只进行供电，当蓄电池402电量将要耗尽时，由中央处理模块2通过数据传输模块3向远程PC端发送电量信息，更换蓄电池402。数据传输模块3包括有线局域网和PC接收端。

本发明装置，参见图7，压力感应模块1包括水平线型压力感应模块101和倾斜线型压力感应模块102两种，其结构相同，均主要由壳体104和等间距嵌入壳体104内的若干片状压力传感器103构成，壳体104为长条形；壳体104采用外壳材料采用具有一定柔性且防水塑料板材料，优选柔性闭泡橡塑绝热材料，该柔性闭泡橡塑绝热材料，高度柔软且具有较好的保温隔热性能，不仅减少壳体104对片状压力传感器103的影响，而且减弱了片状压力传感器103受到的来自外界的破坏和影响。片状压力传感器103采用电阻应变式压力传感器，属于现有技术，电阻应变式压力传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成；弹性敏感元件受到压力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形；电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量压力。

本发明中关于传感器编号的解释说明：

每个传感器在出厂前给定一个特定的id，在进行封装的时候，记录下id自远水段向近水段的id顺序，即完成对传感器的编号。远水段与进水端，在出厂前即确定，安装的时候按照出厂前的顺序进行安装。参考资料：《LTM8000系列模块新增指令及功能说明》北京长英新业数码科技有限公司.2006。

本发明中崩岸系数R，此处以水平线型压力感应模块做解释说明：

取自然土容重为26.5kN/m³，饱和土容重为18.5kN/m³，水的容重为10kN/m³，忽略空气的重量，在埋入深度为h的自然土体、饱和土体和水体中理论压强测量值与埋入深度为h的自然土体的理论压强测量值的比值一般为100％，69.8％，37.7％。在埋入深度h相同的情况下，埋入土体中的片状压力传感器的感应值会大于或等于69.8％P(i)max，埋入水体中或暴露在空气中的片状压力传感器的感应值会小于等于37.7％P(i)max，这里的P(i)max是指没有独立的，因此崩岸系数R取值为37.7％＜R＜69.8％。因此把是否小于R×P(i)max作为片状压力传感器101a是否暴露在空气或是水体中的标准。为了便于计算R取值为50％。此处P(i)max为水平线型压力感应模块中所有片状压力传感器所测压力中的最大压力值。

倾斜线型压力感应模块中，崩岸系数R计算原理及取值同上。

本发明利用土体，水体和空气的密度差异以及压力传感技术，建立起岸线崩退宽度与同深度下数组压力测量值之间的相关关系，之后通过微型电脑RaspberryPi运用特定算法将数组压力测量值数据转化为岸线崩退宽度数据进行实时储存，并且采用局域网将实时监测数据自动进行远距离传输。实现了崩岸监测的智能化和信息化。

以上所述为发明的最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于，包括：

压力感应模块，用于测量压力感应模块所埋河岸环境承载的压力；

中央处理模块，至少用于根据包括压力感应模块所埋河岸环境承载的压力在内的数据计算河岸崩退距离；

数据传输模块，用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端；以及

电力供应模块，用于给压力感应模块、中央处理模块和数据传输模块供电；

所述压力感应模块包括以垂直于河道方向埋于岸顶且近似平行于岸顶顶面的水平线型压力感应模块，和/或垂直于河道方向埋于岸坡且近似平行于岸坡坡面的倾斜线型压力感应模块；

所述中央处理模块，包括：

参数存储部，至少存储监测频率ν、水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N、倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α、崩岸系数R，其中R取值为37.7％＜R＜69.8％；

岸顶压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；

岸坡压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从远水端向近水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸顶崩岸段传感器个数统计部，包括岸顶第一选择部，岸顶第二选择部，岸顶第三选择部，岸顶统计部；

岸顶第一选择部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

岸顶第二选择部，用于在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

岸顶第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最大的岸顶压力数据序列Ⅲ；

岸顶统计部，用于统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

岸坡崩岸段传感器个数统计部，包括岸坡第一选择部，岸坡第二选择部，岸坡第三选择部，岸坡统计部；

岸坡第一选择部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

岸坡第二选择部，用于在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

岸坡第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最大的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；

岸坡统计部，用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

河岸崩退距离计算部，用于确定岸顶崩岸段传感器个数m：当水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＝0时，m＝0，当N≠0时，m＝n；用于确定岸坡崩岸段传感器个数m＇：当倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇＝0时，m＇＝0，当N＇≠0时，m＇＝n＇；用于将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

控制部，用于控制中央处理器模块的各个部件的工作；

暂存部，用于暂时存放中央处理模块各部件采集或计算出的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

水平线型压力感应模块和倾斜线型压力感应模块结构相同，主要由条形壳体和等距安装于壳体内的若干片状压力传感器构成，片状压力传感器分别信号连接于中央处理模块，中央处理模块再信号连接于数据传输模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

壳体采用柔性闭泡橡塑绝热材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中通过冒泡排序算法找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中通过冒泡排序算法找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值。

5.根据权利要求1所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

崩岸系数R取值为50％。

6.一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于，包括：

压力感应模块，用于测量压力感应模块所埋河岸环境承载的压力；

中央处理模块，至少用于根据包括压力感应模块所埋河岸环境承载的压力在内的数据计算河岸崩退距离；

数据传输模块，用于将河岸崩退距离信息传送至远程终端；以及

电力供应模块，用于给压力感应模块、中央处理模块和数据传输模块供电；

所述压力感应模块包括以垂直于河道方向埋于岸顶且近似平行于岸顶顶面的水平线型压力感应模块，和/或垂直于河道方向埋于岸坡且近似平行于岸坡坡面的倾斜线型压力感应模块；

所述中央处理模块，包括：

参数存储部，至少存储监测频率ν、水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N、倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α、崩岸系数R，其中R取值为37.7％＜R＜69.8％；

岸顶压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸顶的水平线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸顶压力数据序列Ⅰ；

岸坡压力数据存储及压力数据编号部，用于存储埋于岸坡的倾斜线型压力感应模块中的片状压力传感器测得的压力数据，同时按照所述模块中片状压力传感器从近水端向远水端的物理排列顺序对对应压力数据进行顺次编号，得到岸坡压力数据序列Ⅰ＇；

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸顶崩岸段传感器个数统计部，包括岸顶第一选择部，岸顶第二选择部，岸顶第三选择部，岸顶统计部；

岸顶第一选择部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸顶传感器压力数据中的最大压力值之积的岸顶压力数据，形成岸顶压力数据集合Ⅱ；

岸顶第二选择部，用于在上述岸顶压力数据集合Ⅱ中选出至少一个编号连续的岸顶压力数据序列；

岸顶第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸顶压力数据序列中选出编号平均值最小的岸顶压力数据序列Ⅲ；

岸顶统计部，用于统计岸顶压力数据序列Ⅲ中数据个数n；

岸坡崩岸段传感器个数统计部，包括岸坡第一选择部，岸坡第二选择部，岸坡第三选择部，岸坡统计部；

岸坡第一选择部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中选出压力小于或等于崩岸系数R与岸坡传感器压力数据中的最大压力值之积的岸坡压力数据，形成岸坡压力数据集合Ⅱ＇；

岸坡第二选择部，用于在上述岸坡压力数据集合Ⅱ＇中选出至少一个编号连续的岸坡压力数据序列；

岸坡第三选择部，用于进一步在上述至少一个编号连续的岸坡压力数据序列中选出编号平均值最小的岸坡压力数据序列Ⅲ＇；

岸坡统计部，用于统计岸坡压力数据序列Ⅲ＇中数据个数n＇；

河岸崩退距离计算部，用于确定岸顶崩岸段传感器个数m：当水平线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＝0时，m＝0，当N≠0时，m＝n；用于确定岸坡崩岸段传感器个数m＇：当倾斜线型压力感应模块中片状压力传感器个数N＇＝0时，m＇＝0，当N＇≠0时，m＇＝n＇；用于将岸顶崩岸段传感器个数m、岸坡崩岸段传感器个数m＇、压力感应模块中片状压力传感器的布设密度ρ、倾斜线型压力感应模块的倾斜角度α代入公式S＝m/ρ+sinα·m＇/ρ计算河岸崩退距离S；

控制部，用于控制中央处理器模块的各个部件的工作；

暂存部，用于暂时存放中央处理模块各部件采集或计算出的数据。

7.根据权利要求6所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

水平线型压力感应模块和倾斜线型压力感应模块结构相同，主要由条形壳体和等距安装于壳体内的若干片状压力传感器构成，片状压力传感器分别信号连接于中央处理模块，中央处理模块再信号连接于数据传输模块。

8.根据权利要求6所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

壳体采用柔性闭泡橡塑绝热材料。

9.根据权利要求6所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

岸顶传感器压力数据排序部，用于在岸顶压力数据序列Ⅰ中通过冒泡排序算法找出岸顶传感器压力数据序列中的最大压力值；

岸坡传感器压力数据排序部，用于在岸坡压力数据序列Ⅰ＇中通过冒泡排序算法找出岸坡传感器压力数据序列中的最大压力值。

10.根据权利要求6所述的一种基于压力传感技术的河道崩岸实时监测装置，其特征在于：

崩岸系数R取值为50％。