CN113865650A - 护岸抛石稳定性监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种护岸抛石稳定性监测系统及其监测方法，包括测控单元、监测分布单元、报警单元、平台服务器、监控终端和供电装置；测控单元向监测分布单元发送数据采集命令，监测分布单元收到采集命令后，向数据采集模块发送当前的监测数据，数据采集模块对数据进行分析、计算以及滤波后得出该时刻的数据信息，通过内嵌程序算法计算，得出该时刻被监测护岸的状态是否稳定，若不稳定发送报警命令，报警单元接到报警命令后，进行声光报警，并将数据结果按照指定的协议发送到平台服务器；平台服务器在收到数据包之后，通过数据解析程序对数据进行解析和存储；监测终端对收到的解析数据判断被监测护岸的稳定状态，实现护岸水下根石状态的实时监测。

Description

护岸抛石稳定性监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及河道护岸抛石稳定性监测领域，尤其是涉及一种护岸抛石稳定性监测系统及其监测方法。

背景技术

长期以来，河道整治工程的根石稳定监测，一直是河防工程安全管理的技术瓶颈，具有实施难度大、精度差、不易实现自动化等特点。目前，主要是依靠非汛期的人工根石探测和汛期的日常人工巡视检查获得，存在工作量大、效率低、覆盖范围有限的不足，导致对水下根石进行大范围、高频次和智能监控能力欠缺；传统的监测技术设备布设复杂，监测系统设备布设范围距离短，传感器的布设受环境影响较大。因此，开发一种传感器布设灵活、长距离监测的护岸抛石稳定性监测，是必要且亟需的。

发明内容

本发明目的在于提供一种护岸抛石稳定性监测系统，本发明另一目的在于提供该监测系统的监测方法，达到对护岸工程进行长距离、多数据、全天候的连续变形测量，实现对护岸工程形态的动态感知和险情及时预警。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的护岸抛石稳定性监测系统，包括测控单元、监测分布单元、报警单元、平台服务器、监控终端和供电装置；

所述测控单元，用于通过无线方式与所述监测分布单元和平台服务器通信交互，并向所述报警单元发送报警触发命令；

所述监测分布单元，用于实时采集被监测护岸的形态监测数据，并将所述形态监测数据发送给测控单元；

所述报警单元，用于接收测控单元发送的报警触发命令，实现对所述被监测护岸现场进行声/光报警；

所述平台服务器，用于将测控单元发送的形态监测数据存储；

所述监控终端，用于读取平台服务器中的所述形态监测数据，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸的稳定状态及是否向测控单元发出报警指令，并对形态监测数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测；

所述供电装置，用于向测控单元和报警单元供电。

优选地，所述测控单元包括无线通信模块、数据采集模块、第一RF射频传输模块、第二RF射频传输模块；

所述第一RF射频传输模块与所述监测分布单元通信交互，将监测分布单元发送的所述形态监测数据传输给所述数据采集模块；数据采集模块将接收的形态监测数据通过所述无线通信模块发送给所述平台服务器，并与所述第二RF射频传输模块进行通信；第二RF射频传输模块，用于向所述报警单元发送报警触发命令。

优选地，所述第一RF射频传输模块和第二RF射频传输模块，分别通过各自的信道来进行信号的传输，避免传感信号及报警信号之间的数据干扰，提高数据传输准确率。

优选地，所述的监测分布单元，包括拉绳位移感知单元、坡比感知单元、姿态感知单元；

所述拉绳位移感知单元，用于感知被监测护岸横向变形数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

拉绳位移感知单元由拉绳位移传感器和RF射频发送模块组成；所述拉绳位移传感器固定于护岸被监测位置，拉绳位移传感器的拉绳端部与钢绞线相连，钢绞线另一端沿护岸水平方向围绕被监测位置锚固在护岸上，所述钢绞线用细管进行套装保护，拉绳位移传感器通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；

所述坡比感知单元，用于感知被监测护岸纵向坡比变形数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

坡比感知单元由柔性测斜仪和RF射频发送模块组成；所述柔性测斜仪采取斜向贴坡方式布设紧贴在护岸水下被监测位置处的根石表面；柔性测斜仪外表面套装有耐压软管以增加其抗剪能力，在所述耐压软管上间隔固定配重块以增加测值稳定性；柔性测斜仪通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；

所述姿态感知单元，用于感知被监测护岸姿态数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

姿态感知单元由姿态传感器和RF射频发送模块组成；所述姿态传感器由陀螺仪、加速度计和地磁场传感器组合而成；姿态传感器内嵌于护岸上预设的监测石块中，用于获取所述监测石块的加速度、角速度和角度值；姿态传感器通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；监控终端通过监测石块的加速度、角速度和角度值，计算监测石块转动的角度值和位移值，从而反映被监测护岸水下根石的位置变化和走向。

进一步地，还包括远程监测分布单元；所述远程监测分布单元，用于实时采集远距离的被监测护岸的形态监测数据，并将所述形态监测数据通过无线中继单元放大后发送给所述测控单元。

本发明所述监测系统的监测方法，所述测控单元中的所述数据采集模块通过串行接口向所述第一RF射频传输模块发送数据采集命令，监测分布单元通过第一RF射频传输模块接收到采集命令后，监测分布单元中的所述姿态传感器、拉绳位移传感器和柔性测斜仪在收到采集命令后，分别向数据采集模块发送当前的监测数据；数据采集模块在收到所述监测数据后，对数据进行分析、计算以及滤波后得出该时刻的数据信息，通过内嵌程序算法计算，得出该时刻被监测护岸的状态是否稳定，若不稳定，则通过第二RF射频传输模块发送报警命令，报警单元接到报警命令后，进行声光报警，并将数据结果按照指定的协议通过无线通信模块发送到所述平台服务器；平台服务器在收到数据包之后，通过数据解析程序对数据进行解析和存储；所述监测终端对收到的解析数据进行二次判断，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸的稳定状态，并对所述解析数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测。

本发明优点在于体现在以下方面：

1、使用浮漂天线，从而保证了水上、水下监测工况的数据传输有效性，使各感知单元监测范围不仅局限于水面以上，也可以在水面淹没时依然可以进行正常监测。

2、各感知单元无线分散式布置，提高了各感知单元布设的数量、范围以及位置的灵活性，多个监测点组成一个监测网，布置灵活，监测数据具有全面性和整体性。

3、通过无线中继单元扩大了整个监测范围，多个无线中继单元可以连接使用，依次传递。

4、将数据采集信号传输信道与报警信号传输信道进行区分设置，保证了信号传输的独立性和准确性，互不干扰。

5、姿态传感器内嵌于护岸上的所述监测石块中，监控终端通过获取姿态传感器的加速度、角速度、角度值，计算监测石块转动的角度值和位移值，从而反映护岸水下根石的位置变化和走向。

附图说明

图1是本发明所述系统的结构框图。

图2是本发明所述拉绳位移感知单元的结构框图。

图3是本发明所述坡比感知单元的结构框图。

图4是本发明所述姿态感知单元的结构框图。

图5是本发明所述拉绳位移感知单元、坡比感知单元和姿态感知单元布置于所述被监测护岸上的示意图。

图6是本发明所述监测方法的流程框图。

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的一部分实施例，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作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。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。如图1-5所示，本发明所述护岸抛石稳定性监测系统，包括测控单元1、监测分布单元2、远程监测分布单元3、报警单元4、平台服务器、监控终端和供电装置。

测控单元1，用于通过无线方式与监测分布单元2和平台服务器通信交互，通过无线中继单元与远程监测分布单元3通信交互，并向报警单元4发送报警触发命令。

如图1所示，测控单元1包括无线通信模块、数据采集模块、第一RF射频传输模块、第二RF射频传输模块；第一RF射频传输模块与监测分布单元2通信交互，并通过无线中继单元与远程监测分布单元3通信交互。

第一RF射频传输模块将监测分布单元2和远程监测分布单元3发送的形态监测数据通过串行接口传输给数据采集模块；数据采集模块将接收的形态监测数据通过无线通信模块发送给平台服务器，并通过串行接口与第二RF射频传输模块进行通信；第二RF射频传输模块，用于向报警单元4发送报警触发命令。

第一RF射频传输模块和第二RF射频传输模块，分别通过各自的信道来进行信号的传输，其目的是避免传感信号与报警信号之间的数据干扰，以提高数据传输准确率。

监测分布单元2，用于实时采集被监测护岸5的形态监测数据，并将形态监测数据发送给测控单元1。当被监测护岸5距离较远时，设置远程监测分布单元3，用于实时采集远距离被监测护岸5的形态监测数据，并将形态监测数据通过无线中继单元放大后发送给测控单元1。

如图1、5所示，监测分布单元2和远程监测分布单元3，均由分布设置在被监测护岸5上的多个拉绳位移感知单元、坡比感知单元和姿态感知单元组成。

如图2、5所示，拉绳位移感知单元，用于感知被监测护岸5横向变形数据，并通过RF射频传输模块以无线传输方式与测控单元1的第一RF射频传输模块进行数据通信。

如图2、5所示，拉绳位移感知单元由拉绳位移传感器6和RF射频发送单元7组成。

如图5所示，拉绳位移传感器6固定于护岸5被监测位置，拉绳位移传感器6的拉绳端部与钢绞线8一端相连，钢绞线8另一端沿护岸5水平方向围绕被监测位置通过锚固件9固定于护岸5上；钢绞线8用细管10进行套装保护；拉绳位移传感器6通过防水接头与RF射频发送单元7通信连接，RF射频发送单元7的发射天线为漂浮天线7.1。

如图3、5所示，坡比感知单元，用于感知被监测护岸5纵向坡比变形数据，并通过RF射频传输模块以无线传输方式与测控单元1的第一RF射频传输模块进行数据通信。

如图5所示，坡比感知单元由柔性测斜仪11和RF射频发送单元12组成，柔性测斜仪11采取斜向贴坡方式布设紧贴在护岸5水下被监测位置处的根石表面。柔性测斜仪11外表面套装有耐压软管以增加其抗剪能力，在耐压软管上间隔固定配重块以增加测值稳定性；柔性测斜仪11通过防水接头与RF射频发送单元12通信连接，RF射频发送单元12的发射天线为漂浮天线12.1。

柔性测斜仪11是一种新型的多维度连续变形测量装置，由多段连续轴和微电子机械系统(MEMS)加速度计组成，每段轴有一个已知的长度，通过检测各段的重力场，得到各段轴之间的弯曲角度，进而计算各节点的变形量。柔性测斜仪11抗剪能力强，采用细直径设计，现场安装简单方便，即埋即测，且具有3D测量、高精度、高稳定性、大量程、可重复利用等优势，十分适合护岸5坡度监测。

如图4、5所示，姿态感知单元，用于感知被监测护岸姿态数据，并通过RF射频传输模块以无线传输方式与测控单元1的第一RF射频传输模块进行数据通信。

如图5所示，姿态感知单元由姿态传感器13和RF射频发送单元14组成，姿态传感器13由陀螺仪、加速度计和地磁场传感器组合而成。姿态传感器13内嵌于护岸5上预设的监测石块15中，用于获取监测石块15的加速度、角速度和角度值。姿态传感器13通过防水接头与RF射频发送单元14通信连接，RF射频发送单元的发射天线为漂浮天线14.1；监控终端通过监测石块15的加速度、角速度和角度值，计算监测石块15转动的角度值和位移值，从而反映被监测护岸5水下根石的位置变化和走向。

如图1所示，报警单元4，用于接收测控单元1发送的报警触发命令，实现对被监测护岸5现场进行声/光报警。

当报警单元4接收到报警触发命令即发出闪光信号和大于 85dB 的声报警信号，通知被监测位置现场人员迅速知道现场已发生险情，尽快采取措施，避免产生重大人员、财物损失。

平台服务器，用于将测控单元1发送的形态监测数据存储。

监控终端，用于读取平台服务器中的形态监测数据，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸5的稳定状态及是否向测控单元1发出报警指令，并对形态监测数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测。

供电装置，用于向测控单元1和报警单元4供电，本实施例的供电装置选择太阳能供电装置，当然也可选择市电。

如图5所示，太阳能供电装置包括固定在堤坝上的立杆16.1，固定在立杆16.1上的太阳能电池板16.2和太阳能转换器16.3，以及埋设于地下的蓄电池16.4。

测控单元1固定于立杆16.1中部，太阳能电池板16.2电源输出端与太阳能转换器16.3电源输入端连接，太阳能转换器16.3电源输出端与蓄电池16.4电源输入端连接，蓄电池16.4电源输出端分别与测控单元1和报警单元4的电源输入端连接。

如图6所示，本发明所述监测系统的监测方法，测控单元1中的数据采集模块通过串行接口向第一RF射频传输模块发送数据采集命令，监测分布单元2通过第一RF射频传输模块接收到采集命令后，监测分布单元2中的姿态传感器13、拉绳位移传感器6和柔性测斜仪11在收到采集命令后，分别向数据采集模块发送当前的监测数据；数据采集模块在收到监测数据后，对数据进行分析、计算以及滤波后得出该时刻的数据信息，通过内嵌程序算法计算，得出该时刻被监测护岸5的状态是否稳定，若不稳定，则通过第二RF射频传输模块发送报警命令，报警单元4接到报警命令后，进行声光报警，并将数据结果按照指定的协议通过无线通信模块发送到平台服务器；平台服务器在收到数据包之后，通过数据解析程序对数据进行解析和存储；监测终端对收到的解析数据进行二次判断，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸5的稳定状态，并对解析数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测。

Claims (6)

1.一种护岸抛石稳定性监测系统，其特征是：包括测控单元、监测分布单元、报警单元、平台服务器、监控终端和供电装置；

所述测控单元，用于通过无线方式与所述监测分布单元和平台服务器通信交互，并向所述报警单元发送报警触发命令；

所述监测分布单元，用于实时采集被监测护岸的形态监测数据，并将所述形态监测数据发送给测控单元；

所述报警单元，用于接收测控单元发送的报警触发命令，实现对所述被监测护岸现场进行声/光报警；

所述平台服务器，用于将测控单元发送的形态监测数据存储；

所述监控终端，用于读取平台服务器中的所述形态监测数据，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸的稳定状态及是否向测控单元发出报警指令，并对形态监测数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测；

所述供电装置，用于向测控单元和报警单元供电。

2.根据权利要求1所述的护岸抛石稳定性监测系统，其中：所述测控单元包括无线通信模块、数据采集模块、第一RF射频传输模块、第二RF射频传输模块；

所述第一RF射频传输模块与所述监测分布单元通信交互，将监测分布单元发送的所述形态监测数据传输给所述数据采集模块；数据采集模块将接收的形态监测数据通过所述无线通信模块发送给所述平台服务器，并与所述第二RF射频传输模块进行通信；第二RF射频传输模块，用于向所述报警单元发送报警触发命令。

3.根据权利要求2所述的护岸抛石稳定性监测系统，其中：所述第一RF射频传输模块和第二RF射频传输模块，分别通过各自的信道来进行信号的传输，避免传感信号及报警信号之间的数据干扰，提高数据传输准确率。

4.根据权利要求1或2所述的护岸抛石稳定性监测系统，其中：所述的监测分布单元，包括拉绳位移感知单元、坡比感知单元、姿态感知单元；

所述拉绳位移感知单元，用于感知被监测护岸横向变形数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

拉绳位移感知单元由拉绳位移传感器和RF射频发送模块组成；所述拉绳位移传感器固定于护岸被监测位置，拉绳位移传感器的拉绳端部与钢绞线相连，钢绞线另一端沿护岸水平方向围绕被监测位置锚固在护岸上，所述钢绞线用细管进行套装保护，拉绳位移传感器通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；

所述坡比感知单元，用于感知被监测护岸纵向坡比变形数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

坡比感知单元由柔性测斜仪和RF射频发送模块组成；所述柔性测斜仪采取斜向贴坡方式布设紧贴在护岸水下被监测位置处的根石表面；柔性测斜仪外表面套装有耐压软管以增加其抗剪能力，在所述耐压软管上间隔固定配重块以增加测值稳定性；柔性测斜仪通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；

所述姿态感知单元，用于感知被监测护岸姿态数据，并通过无线传输方式与所述测控单元进行数据通信；

姿态感知单元由姿态传感器和RF射频发送模块组成；所述姿态传感器由陀螺仪、加速度计和地磁场传感器组合而成；姿态传感器内嵌于护岸上预设的监测石块中，用于获取所述监测石块的加速度、角速度和角度值；姿态传感器通过防水接头与所述RF射频发送模块通信连接，RF射频发送模块的发射天线为漂浮天线；监控终端通过监测石块的加速度、角速度和角度值，计算监测石块转动的角度值和位移值，从而反映被监测护岸水下根石的位置变化和走向。

5.根据权利要求1、2或4所述的护岸抛石稳定性监测系统，其中：还包括远程监测分布单元；所述远程监测分布单元，用于实时采集远距离的被监测护岸的形态监测数据，并将所述形态监测数据通过无线中继单元放大后发送给所述测控单元。

6.一种权利要求1所述监测系统的监测方法，其特征是：

所述测控单元中的所述数据采集模块通过串行接口向所述第一RF射频传输模块发送数据采集命令，监测分布单元通过第一RF射频传输模块接收到采集命令后，监测分布单元中的所述姿态传感器、拉绳位移传感器和柔性测斜仪在收到采集命令后，分别向数据采集模块发送当前的监测数据；数据采集模块在收到所述监测数据后，对数据进行分析、计算以及滤波后得出该时刻的数据信息，通过内嵌程序算法计算，得出该时刻被监测护岸的状态是否稳定，若不稳定，则通过第二RF射频传输模块发送报警命令，报警单元接到报警命令后，进行声光报警，并将数据结果按照指定的协议通过无线通信模块发送到所述平台服务器；平台服务器在收到数据包之后，通过数据解析程序对数据进行解析和存储；所述监测终端对收到的解析数据进行二次判断，利用数据库进行大数据分析，判断被监测护岸的稳定状态，并对所述解析数据进行可视化展示，从而实现护岸水下根石状态的实时监测。

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