CN109862533A - 一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，包括分布埋设在地表中浅部的多个传感器检测设备、集成网关、云服务器以及远程预警监控平台，所述多个传感器检测设备通过无线通讯与集成网关信号连接，所述集成网关通过无线通讯接入云服务器，云服务器通过互联网与远程预警监控平台信号连接。本发明的整体部署和维护简单，采用低功耗的传感器检测设备，可长时间野外工作，无需后期繁琐的维护，组建成本低，全部采用无线通讯，能够实时准确的监测地质活动。
Description
技术领域
本发明涉及山体滑坡预警技术领域，具体为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统。
背景技术
地表中浅部倾斜导致的山体滑坡是地质灾害中最常见最易发的一种，是指山体斜坡上某一部分岩土在重力(包括岩土本身重力及地下水的动静压力)作用下，沿着一定的软弱结构面(带)产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。
山体滑坡的监测难点有：1)山体滑坡监测区域的地理条件复杂，线路架设困难；2)山体滑坡监测区域一般处于偏远地带，外接电源供电比较困难；3)山体滑坡监测点比较分散，而且时间和空间上随机性大；4)大多数山体滑坡监测点需要人工采集数据，手工数据归档和大数据分析。
传统山体滑坡监测系统及其存在的问题有：1)有线传输方式部署困难，维护费用高；2)专用监测设备费用昂贵，无法大面积部署；3)依靠人工操作和离线式数据采集，很难及时、可靠地捕捉到山体滑坡灾害事件或者数据；4)滑坡形成的机理复杂，无法采用单一的方式监控滑坡的形成和预警，通常需要多种方式的有机结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，包括分布埋设在地表中浅部的多个传感器检测设备、集成网关、云服务器以及远程预警监控平台，多个传感器检测设备通过无线通讯与集成网关信号连接，所述集成网关通过无线通讯接入云服务器，云服务器通过互联网与远程预警监控平台信号连接。
作为本发明进一步的方案：还包括雨量检测装置(100)，所述雨量检测装置包括埋设在地表上的雨量检测支架、雨水收集筒以及雨量检测组件，所述雨量检测组件包括固定在雨量检测支架上的雨量检测箱体，雨量检测箱体内安装有雨量检测控制器、第一无线传输模块、雨量检测量筒以及用于提供电能的雨量检测蓄电池，所述雨量检测量筒内安装有液位传感器，液位传感器和第一无线传输模块均与雨量检测控制器信号连接，第一无线传输模块与雨量检测箱体外部的第一信号天线信号连接，所述雨水收集筒的底部出口连接有导水管，导水管下端穿过雨量检测箱体并延伸至雨量检测量筒内。
作为本发明进一步的方案：所述雨水收集筒的底部出口通过第一电磁阀与导水管连接，所述雨量检测量筒的底部出口通过第二电磁阀连接有排水管，排水管底部穿出雨量检测箱体，所述第一电磁阀和第二电磁阀均与雨量检测控制器信号连接。
作为本发明进一步的方案：所述传感器检测设备包括检测设备壳体，检测设备壳体内部安装有数据检测控制器、第三无线传输模块、角度位移传感器/加速度传感器以及用于提供电能的的宽温蓄电池，所述第三无线传输模块和角度位移传感器/加速度传感器均与数据检测控制器信号连接，所述第三无线传输模块与检测设备壳体外部的第三信号天线信号连接。
作为本发明进一步的方案：所述集成网关包括网关壳体，网关壳体上安装有用于与云服务器通讯的NB/GPRS信号天线以及第二信号天线，所述第一信号天线、第二信号天线以及第三信号天线通过IPv6协议通讯连接，网关壳体内安装有NB/GPRS无线数传模块、网关数据处理器、第二无线传输模块以及用于提供电能的网关蓄电池，所述网关数据处理器分别与NB/GPRS无线数传模块、第二无线传输模块信号连接。
作为本发明进一步的方案：还包括太阳能充电组件，所述太阳能充电组件包括充电支架，充电支架上固定安装有太阳能电板和充电控制器，所述太阳能电板通过充电控制器分别为雨量检测蓄电池以及网关蓄电池供电。
作为本发明进一步的方案：所述集成网关固定在充电支架上，充电支架顶部安装有接入地线的避雷针。
作为本发明进一步的方案：还包括第三方物联网平台，第三方物联网平台通过互联网与云服务器通讯连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过传感器检测设备内的角度位移传感器或/和加速度传感器检测地质活动数据(角度变化、震动、冲击以及相对位移)，并将地质活动数据通过IPv6协议传送至集成网关，集成网关将地质活动数据通过云服务器传送至远程预警监控平台，通过远程预警监控平台进行后期的大数据分析和地质活动预测，在地表中浅部分布埋设传感器检测设备，实现地质活动的网格化检测，确保检测数据的可靠性；本发明的整体部署和维护简单，采用低功耗的传感器检测设备，可长时间野外工作，无需后期繁琐的维护；雨量检测装置和各个传感器检测设备均采用IPv6协议与集成网关通讯连接，形成了近距离低功耗高可靠性无线协议组网，保证链接数量和无线的穿透性；集成网关与云服务器之间采用NB和GPRS双模的移动蜂窝通讯模块进行网络通讯，直接接入物联大网，云服务器通过标准物联网应用层协议对接远程预警监控平台，可实现远程大数据分析、策略部署、人员联动等，还可无缝对接第三方物联网平台。本发明的整体部署和维护简单，采用低功耗的传感器检测设备，可长时间野外工作，无需后期繁琐的维护，组建成本低，全部采用无线通讯，能够实时准确的监测地质活动。
附图说明
图1为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统的结构示意图；
图2为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统的架构连接示意图；
图3为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统中雨量检测装置的结构示意图；
图4为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统中雨量检测装置的系统框图；
图5为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统中传感器检测设备的系统框图；
图6为一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统中集成网关的系统框图。
图中：100-雨量检测装置，200-太阳能充电组件，300-传感器检测设备，1-雨量检测支架，2-雨水收集筒，3-第一电磁阀，4-导水管，5-雨量检测箱体，6-雨量检测量筒，7-液位传感器，8-第二电磁阀，9-排水管，10-雨量检测蓄电池，11-雨量检测控制器，12-第一无线传输模块，13-第一信号天线，14-充电支架，15-充电控制器，16-太阳能电板，17-避雷针，18-集成网关，19-NB/GPRS信号天线，20-第二信号天线，21-第三信号天线，22-第三无线传输模块，23-数据检测控制器，24-角度位移传感器，25-宽温蓄电池，26-第二无线传输模块，27-网关数据处理器，28-NB/GPRS无线数传模块，29-网关蓄电池。
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做出创造性劳动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。
请参阅图1～6，本发明提供一种技术方案：一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，包括分布埋设在地表中浅部的多个传感器检测设备300、集成网关18、云服务器以及远程预警监控平台，多个传感器检测设备300通过无线通讯与集成网关18信号连接，所述集成网关18通过无线通讯接入云服务器，云服务器通过互联网与远程预警监控平台信号连接。
本发明还包括雨量检测装置(100)，所述雨量检测装置100包括埋设在地表上的雨量检测支架1、雨水收集筒2以及雨量检测组件，所述雨量检测组件包括固定在雨量检测支架1上的雨量检测箱体5，雨量检测箱体5内安装有雨量检测控制器11、第一无线传输模块12、雨量检测量筒7以及用于提供电能的雨量检测蓄电池10，所述雨量检测量筒7内安装有液位传感器7，液位传感器7和第一无线传输模块12均与雨量检测控制器11信号连接，第一无线传输模块12与雨量检测箱体5外部的第一信号天线13信号连接，所述雨水收集筒2的底部出口连接有导水管4，导水管4下端穿过雨量检测箱体5并延伸至雨量检测量筒6内。通过液位传感器7检测雨量检测量筒7内的水位数据，雨量检测控制器11将水位数据换算成降水量数据并将降水量数据传送至第一无线传输模块12，第一无线传输模块12通过第一信号天线13将降水量数据发送至集成网关18。
所述雨水收集筒2的底部出口通过第一电磁阀3与导水管4连接，所述雨量检测量筒6的底部出口通过第二电磁阀8连接有排水管9，排水管9底部穿出雨量检测箱体5，所述第一电磁阀3和第二电磁阀8均与雨量检测控制器11信号连接。当雨量检测量筒6内的水位到达最高处时，雨量检测控制器11接收到液位传感器7的满水位信号，接着，雨量检测控制器11控制第一电磁阀3关闭，停止导水管4的导水，同时，雨量检测控制器11控制第二电磁阀8打开，将雨量检测量筒6内的水排出。当雨量检测量筒6内的水排尽时，雨量检测控制器11控制第一电磁阀3打开，导水管4可以继续导水，同时，雨量检测控制器11控制第二电磁阀8关闭，液位传感器7继续对雨量检测量筒6内的水位进行检测。
所述传感器检测设备300包括检测设备壳体，检测设备壳体内部安装有数据检测控制器23、第三无线传输模块22、角度位移传感器24或/和加速度传感器以及用于提供电能的的宽温蓄电池25，所述第三无线传输模块22和角度位移传感器24均与数据检测控制器23信号连接，所述第三无线传输模块22与检测设备壳体外部的第三信号天线21信号连接。通过角度位移传感器24或/和加速度传感器监测目标点在三维空间X方向空间绝对角度、三维空间Y方向空间绝对角度、三维空间Z方向空间绝对角度、震动事件的频率、震动事件持续的时间、震动事件加速度、震动事件加速的持续时间以及加速度后传感器移动的相对位置。数据检测控制器23将角度位移传感器24或/和加速度传感器检测到的地质活动数据进行处理后，发送至第三无线传输模块22，第三无线传输模块22通过第三信号天线21将地质活动数据传送给集成网关18。
所述集成网关18包括网关壳体，网关壳体上安装有用于与云服务器通讯的NB/GPRS信号天线19以及第二信号天线20，所述第一信号天线13、第二信号天线20以及第三信号天线21通过IPv6协议通讯连接，网关壳体内安装有NB/GPRS无线数传模块28、网关数据处理器27、第二无线传输模块26以及用于提供电能的网关蓄电池29，所述网关数据处理器27分别与NB/GPRS无线数传模块28、第二无线传输模块26信号连接。
本发明还包括太阳能充电组件200，所述太阳能充电组件200包括充电支架14，充电支架14可直接埋设在地表上，也可直接一体连接在雨量检测支架1，充电支架14上固定安装有太阳能电板16和充电控制器15，所述太阳能电板16通过充电控制器15分别为雨量检测蓄电池10以及网关蓄电池供电29。通过太阳能充电组件200持续为雨量检测装置100和分布埋设在地表中浅部的多个传感器检测设备300提供电力，确保系统能够长时间野外工作，无需后期繁琐的维护。
所述集成网关18固定在充电支架14上，充电支架14顶部安装有接入地线的避雷针17。
本发明还包括第三方物联网平台，第三方物联网平台通过互联网与云服务器通讯连接。
本发明的工作原理是：通过传感器检测设备300内的角度位移传感器24或/和加速度传感器检测地质活动数据(角度变化、震动、冲击以及相对位移)，并将地质活动数据通过IPv6协议传送至集成网关18，集成网关18将地质活动数据通过云服务器传送至远程预警监控平台，通过远程预警监控平台进行后期的大数据分析和地质活动预测，在地表中浅部分布埋设传感器检测设备300，实现地质活动的网格化检测，确保检测数据的可靠性；本发明的整体部署和维护简单，采用低功耗的传感器检测设备300，可长时间野外工作，无需后期繁琐的维护；雨量检测装置100和各个传感器检测设备300均采用IPv6协议与集成网关18通讯连接，形成了近距离低功耗高可靠性无线协议组网，保证链接数量和无线的穿透性；集成网关18与云服务器之间采用NB和GPRS双模的移动蜂窝通讯模块进行网络通讯，直接接入物联大网，云服务器通过标准物联网应用层协议对接远程预警监控平台，可实现远程大数据分析、策略部署、人员联动等，还可无缝对接第三方物联网平台。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：包括分布埋设在地表中浅部的多个传感器检测设备(300)、集成网关(18)、云服务器以及远程预警监控平台，多个传感器检测设备(300)通过无线通讯与集成网关(18)信号连接，所述集成网关(18)通过无线通讯接入云服务器，云服务器通过互联网与远程预警监控平台信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：还包括雨量检测装置(100)，所述雨量检测装置(100)包括埋设在地表上的雨量检测支架(1)、雨水收集筒(2)以及雨量检测组件，所述雨量检测组件包括固定在雨量检测支架(1)上的雨量检测箱体(5)，雨量检测箱体(5)内安装有雨量检测控制器(11)、第一无线传输模块(12)、雨量检测量筒(7)以及用于提供电能的雨量检测蓄电池(10)，所述雨量检测量筒(7)内安装有液位传感器(7)，液位传感器(7)和第一无线传输模块(12)均与雨量检测控制器(11)信号连接，第一无线传输模块(12)与雨量检测箱体(5)外部的第一信号天线(13)信号连接，所述雨水收集筒(2)的底部出口连接有导水管(4)，导水管(4)下端穿过雨量检测箱体(5)并延伸至雨量检测量筒(6)内。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：所述雨水收集筒(2)的底部出口通过第一电磁阀(3)与导水管(4)连接，所述雨量检测量筒(6)的底部出口通过第二电磁阀(8)连接有排水管(9)，排水管(9)底部穿出雨量检测箱体(5)，所述第一电磁阀(3)和第二电磁阀(8)均与雨量检测控制器(11)信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：所述传感器检测设备(300)包括检测设备壳体，检测设备壳体内部安装有数据检测控制器(23)、第三无线传输模块(22)、角度位移传感器(24)或/和加速度传感器以及用于提供电能的宽温蓄电池(25)，所述第三无线传输模块(22)和角度位移传感器(24)或/和加速度传感器均与数据检测控制器(23)信号连接，所述第三无线传输模块(22)与检测设备壳体外部的第三信号天线(21)信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：所述集成网关(18)包括网关壳体，网关壳体上安装有用于与云服务器通讯的NB/GPRS信号天线(19)以及第二信号天线(20)，所述第一信号天线(13)、第二信号天线(20)以及第三信号天线(21)通过IPv6协议通讯连接，网关壳体内安装有NB/GPRS无线数传模块(28)、网关数据处理器(27)、第二无线传输模块(26)以及用于提供电能的网关蓄电池(29)，所述网关数据处理器(27)分别与NB/GPRS无线数传模块(28)、第二无线传输模块(26)信号连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：还包括太阳能充电组件(200)，所述太阳能充电组件(200)包括充电支架(14)，充电支架(14)上固定安装有太阳能电板(16)和充电控制器(15)，所述太阳能电板(16)通过充电控制器(15)分别为雨量检测蓄电池(10)以及网关蓄电池供电(29)。
7.根据权利要求6所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：所述集成网关(18)固定在充电支架(14)上，充电支架(14)顶部安装有接入地线的避雷针(17)。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统，其特征在于：还包括第三方物联网平台，第三方物联网平台通过互联网与云服务器通讯连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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