CN114445578A - 一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统，涉及信号装置技术领域，它包括Beacon发射器，蓝牙信号接收处理器、信号发射器、平台系统和PC终端或者移动终端；Beacon发射器用于发送自己的标号到信号接收处理器；蓝牙信号接收处理器对接收到的信号进行处理后发送到信号发射器；信号发射器将已触发的Beacon标号和防护系统地理位置信息发送到平台系统；平台系统根据接收的Beacon标号对应的位置信息和防护系统地理位置信息判断致灾体的冲击能量范围和冲击位置，并在PC终端或者移动终端上进行灾情报警。本发明以尽可能少的数据信号实现了对柔性防护系统受到冲击能量、冲击位置的快速评估。

Description

一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统

技术领域

本发明涉及信号装置技术领域，尤其涉及一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统。

背景技术

在边坡地质灾害防护领域，柔性防护技术已获得广泛应用，然而，边坡防护设置大多地处偏远地区，如川藏铁路沿线的边坡防护工程，灾害发生后无法及时报警，防护设施的工作状态无法得到实时监测，拖延了灾情的判断以及抢险救灾响应速度；现有的柔性防护系统中，根据所致灾体冲击能量、冲击位置的级别、网面的变形量、钢丝绳的滑移距离、钢柱的偏摆、消能器的拉升量等响应系统均有差异且存在一定的规律，根据系统响应差异可以判断灾情，但是，远程且快速采集大量的响应数据十分困难，因此，如何通过采集尽量少的响应数据来确定柔性防护系统是否受到冲击并及时报警，是现阶段需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统，解决了现有柔性防护系统中存在的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估系统，它包括多个带有标号的Beacon发射器，至少两个蓝牙信号接收处理器、至少两个信号发射器，以及平台系统和PC终端或移动终端；所述Beacon发射器用于当被触发时发送自己的标号到信号接收处理器；所述蓝牙信号接收处理器对接收到的信号进行处理后发送到信号发射器；所述信号发射器将已触发的Beacon标号和防护系统地理位置信息发送到平台系统；所述平台系统根据接收的Beacon标号对应的位置信息和防护系统地理位置信息判断致灾体的冲击能量范围和冲击位置，并在PC终端或移动终端上进行灾情报警。

还包括消能器，所述Beacon发射器安装于消能器的固定板件上，并通过触发带与消能器的拉伸端连接，当消能器的拉伸端拉伸到触发长度后牵引触发带从Beacon发射器脱离，Beacon发射器发送自身的Beacon标号到信号接收处理器。

还包括影像采集设备，用于循环录制现场的灾害视频信息并上传到平台系统供监管人员分析灾情。

所述平台系统包括接收模块、存储模块和处理模块；所述接收模块用于接收信号发射器发送的Beacon标号、防护系统地理位置信息和灾害视频信息；所述存储模块用于存储防护系统所在地三维地形模型、设计施工图纸以及多级能量冲击有限元动力分析结果数据库；所述处理模块用于根据接收到的Beacon信号处理得到对应的消能器安装位置，根据防护系统地理位置信息查找对应的三维地形模型和设计施工图纸以及对应的多级能量冲击有限元动力分析结果数据完成灾情快速评估处理。

一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法，快速评估方法包括：

接收报警步骤：蓝牙信号接收处理器接收被触发的Beacon发射器发射的Beacon标号，并通过信号发射器将已触发的Beacon标号和防护系统地理位置信息发送到平台系统进行灾情评估后在PC终端或移动终端进行灾情报警；

灾情快速评估步骤：平台系统根据已触发的Beacon标号对应的位置信息和防护系统地理位置信息，判断本次致灾体的冲击能量范围和冲击位置。

所述灾情快速评估步骤具体包括：

根据防护系统所在地的三维地形模型和设计施工图纸建立与实际安装情况一致的有限元分析模型，并进行多位置、多级能量的冲击模拟获得不同冲击状态对应的消能器启动情况数据库，定义某一状态为y，y∈[1,Y]，Y为总状态数量，某一状态y对应的状态数列Sy = [x0, x1, ……, xn-1, xn], x∈(0, 1), x0~xn对应y状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度，1表示已拉伸至触发长度，每个状态对应具体的冲击位置y_position和冲击能量y_energy；

根据所接收到的已触发Beacon发射器的标号对应的消能器的位置信息，定义实际触发状态为k，k∈[1,Y]，其状态数列为Sk = [z0, z1, ……, zn-1, zn], z∈(0, 1)，z0~zn对应k状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度即Beacon发射器未触发，1表示已拉伸至触发长度即Beacon发射器已触发，并与消能器启动情况数据库中的状态数列Sy逐一对比；

当Sk数列与Sy数列所含元素一一相等，则判断防护系统所受冲击位置是y_position，冲击能量至少为y_energy，完成灾情快速评估；若对比完成后，无Sy与Sk一致，则根据Sk人工判断灾情。

本发明具有以下优点：一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法及系统，通过低功耗、高广播频率的Beacon技术实现了对柔性防护系统有无受到冲击的无线监控，采用触发式Beacon发射器，可延长其使用寿命，减少电力补充需求；以尽可能少的数据信号实现了对柔性防护系统受到冲击能量、冲击位置的快速评估；实现了对坡面地质灾害柔性防护的“报警-灾情快速评估-画面传输”三阶段响应，可提高偏远山区，如川藏铁路沿线的坡面地质灾害灾情判断、抢险救灾效率。

附图说明

图1 为本发明系统的结构示意图；

图2 为本发明方法的流程示意图；

图3 为灾情快速评估的流程示意图；

图4 为Beacon发射器在防护系统中的安装布设示意图；

图5 为Beacon发射器与消能器安装示意图；

图6 为Beacon发射器与消能器未触发状态示意图；

图7 为Beacon发射器与消能器已触发状态示意图；

图8 为性防护系统某位置、某级能量冲击有限元动力分析结果。

图中：110-Beacon发射器，112-绝缘触发带，120-蓝牙信息接收处理及视频录制发送设备，121-蓝牙信号接收处理器，122-信号发射器，123-影像采集设备，131-平台系统，132-PC终端或移动终端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于Beacon技术的柔性防护报警和灾情快速评估系统，其装置包括：多个触发式的Beacon发射器110，多个蓝牙信号接收处理器121，多个信号发射器122，多个影像采集设备123，平台系统131以及PC终端或移动终端132。进一步的，多个蓝牙信号接收处理器121，多个信号发射器122，多个影像采集设备123可集成为多套蓝牙信息接收处理及视频录制发送设备120。其中，Beacon发射器110的数量大于等于蓝牙信号接收处理器121、信号发射器122和影像采集设备123的数量。

如图2所示，本发明的另一实施例提供的基于Beacon技术的柔性防护报警和灾情快速评估方法，其步骤为：

S201：触发；消能器上加设有绝缘触发带的Beacon发射器110，每个Beacon发射器110有独立标号，一旦消能器拉伸至触发长度后可牵引绝缘触发带从Beacon发射器110脱落，Beacon发射器110电路连通后发射包含标号的触发蓝牙信号；

S202：接收报警；触发蓝牙信号被防护系统周边的蓝牙信号接收处理器121接收，信号处理后信号发射器122将已触发Beacon发射器110的标号、防护系统地理位置信息发送至平台系统131，在PC终端或移动终端132实现灾害报警；

S203：灾情快速评估；根据Beacon标号对应的消能器位置信息、防护系统地理位置信息，初步判断本次致灾体的冲击能量范围和冲击位置；

S204：发送图像；影像采集设备123循环录制视频，视频的帧率不低于30fps，蓝牙信号接收处理器121接收到触发信号后，将接收信号时刻至少±5s的视频信息上传至平台系统131，供监管人员了解灾情。

进一步地，平台系统131包括：接收模块，接收防护系统端发射的Beacon标号、防护系统地理位置信息和灾害视频信息；存储模块，存储柔性防护系统所在地三维地形模型、柔性防护系统设计施工图纸以及柔性防护系统多级能量冲击有限元动力分析结果数据库；处理模块，根据接收到的Beacon信号处理得到对应的消能器安装位置，根据防护系统地理位置信息查找对应的三维地形模型、柔性防护系统设计施工图纸以及对应柔性防护系统多级能量冲击有限元动力分析结果数据库，并完成灾情快速评估处理。

如图3所示，灾情快速评估方法的具体为步骤为：

S301：根据防护系统所在地的三维地形模型和设计施工图纸建立与实际安装情况一致的有限元分析模型，并进行多位置、多级能量的冲击模拟获得不同冲击状态对应的消能器启动情况数据库，定义某一状态为y，y∈[1,Y]，Y为总状态数量，某一状态y对应的状态数列Sy = [x0, x1, ……, xn-1, xn], x∈(0, 1), x0~xn对应y状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度，1表示已拉伸至触发长度，每个状态对应具体的冲击位置y_position和冲击能量y_energy；

S302：根据所接收到的已触发Beacon发射器的标号对应的消能器的位置信息，定义实际触发状态为k，k∈[1,Y]，其状态数列为Sk = [z0, z1, ……, zn-1, zn], z∈(0,1)，z0~zn对应k状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度即Beacon发射器未触发，1表示已拉伸至触发长度即Beacon发射器已触发，并与消能器启动情况数据库中的状态数列Sy逐一对比；

S303：当Sk数列与Sy数列所含元素一一相等，则判断防护系统所受冲击位置是y_position，冲击能量至少为y_energy，完成灾情快速评估；若对比完成后，无Sy与Sk一致，则根据Sk人工判断灾情。

其中， Sy即为S（状态y），Sk即为S（状态k）。

进一步的，Beacon发射器110安装位置包括但不限于：柔性防护系统中的支撑绳、上拉锚绳等主要受力钢丝绳上连接的消能器上，根据具体防护系统结构及受力特点可做调整；

进一步的，上述多个蓝牙信号接收处理器121、多个影像采集设备123、多个信号发射器121可集中设置于柔性防护系统两端受冲击可能性较小区域，其中，蓝牙信号接收处理器121信号接收范围需覆盖该区域所有Beacon发射器110信号发射范围，若无法完全覆盖上述范围，可在柔性防护系统中段增设上述设备。

本发明可以应用与被动网、引导网、泥石流柔性防护系统等柔性防护系统的应用场景，在此仅以应用于被动网为例进行介绍，其他应用场景均可参照下面的介绍。

某边坡落石灾害防护中，采用被动网防护系统作为防护手段，防护范围24m，设计最大防护冲击能量为2000kJ。

如图4所示，为针对该被动网防护系统的基于Beacon技术的柔性防护报警和灾情快速评估系统装置示意图，图中Anchor_1~ Anchor_8均表示上拉锚绳、UpSup_1和 UpSup_2表示上支撑绳、DownSup_1和 DownSup_2表示下支撑绳，上拉锚绳、上支撑绳和下支撑绳上的消能器上安装触发式Beacon发射器110；刚性支撑间距8m，系统总长24m，某型号Beacon发射器信号最大发射范围40m，则在防护系统一端布置一个蓝牙信号接收处理器121，一个信号发射器122，一个影像采集设备123可集成为一套蓝牙信息接收处理及视频录制发送设备120即可，为防止上述设备被意外损毁，因此设计安装两套上述设备作为补充，两套设备分别安装于防护系统两侧。

如图5所示，本发明使用棒式消能器，触发式Beacon发射器110安装于消能器的固定板件与拉伸端之间。图6为消能器未拉伸、Beacon发射器110未触发状态，Beacon发射器110安装在消能器的固定板件上，绝缘触发带112安装在消能器的拉伸端，固定板件与拉伸端之间的距离为10cm，绝缘触发带112长度为20cm，即当消能器拉伸10cm时，绝缘触发带112从Beacon发射器110脱落，Beacon发射器110开始发射信号。图7为消能器拉伸超过10cm、Beacon发射器110已触发状态。

根据三维地形模型、柔性防护系统设计施工图纸建立对应柔性防护系统多级能量冲击有限元动力分析结果数据库：如图8为中跨受到冲击动能为450kJ的落石冲击的有限元计算结果，此时，上、下支撑绳两端的消能器拉伸长度在10~11cm之间，上拉锚绳上的消能器均未拉伸。同理，计算其他冲击状态防护系统的响应，数据记录如表1所示。

表1 某工点被动网消能器启动状态数据库

其中，状态数列S中，x0 ~ x7表示：Anchor_1~Anchor_8的触发状态，x8、x9表示：UpSup_1和UpSup_2的触发状态，x10、x11表示：DownSup_1和DownSup_2的触发状态。

当落石冲击被动网，触发Beacon发射器110，平台系统131中的接收模块收到信号，发生报警“发生落石灾害”，此为第一阶段响应；接着，存储模块根据信号中的位置信息调出该工点的三维地形模型、柔性防护系统设计施工图纸以及对应柔性防护系统多级能量冲击有限元动力分析结果数据库；随后，处理模块根据返回的信号，生成本次灾害被动网消能器启动状态数列Sk = [0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]，与数据库进行枚举对比，当y=5，Sk = S (状态5)，输出“防护系统所受冲击位置是第2跨，冲击能量至少为1250kJ”，此为第二阶段响应；最后，接收模块接收到从灾害发生点上传的10s视频，作为进一步判断灾情的信息，从而第三阶段响应。

本发明通过Beacon技术实现了对柔性防护系统有无受到冲击的无线监控，采用触发式Beacon发射器110，可延长其使用寿命，减少电力补充需求；以尽可能少的数据信号实现了对柔性防护系统受到冲击能量、冲击位置的快速评估；实现了对坡面地质灾害柔性防护的“报警-灾情快速评估-画面传输”三阶段响应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估系统，其特征在于：它包括多个带有标号的Beacon发射器，至少两个蓝牙信号接收处理器、至少两个信号发射器，以及平台系统和PC终端或移动终端；所述Beacon发射器用于当被触发时发送自己的标号到信号接收处理器；所述蓝牙信号接收处理器对接收到的信号进行处理后发送到信号发射器；所述信号发射器将已触发的Beacon标号和防护系统地理位置信息发送到平台系统；所述平台系统根据接收的Beacon标号对应的位置信息和防护系统地理位置信息判断致灾体的冲击能量范围和冲击位置，并在PC终端或移动终端上进行灾情报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估系统，其特征在于：还包括消能器，所述Beacon发射器安装于消能器的固定板件上，并通过触发带与消能器的拉伸端连接，当消能器的拉伸端拉伸到触发长度后牵引触发带从Beacon发射器脱离，Beacon发射器发送自身的Beacon标号到信号接收处理器。

3.根据权利要求1所述的一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估系统，其特征在于：还包括影像采集设备，用于循环录制现场的灾害视频信息并上传到平台系统供监管人员分析灾情。

4.根据权利要求1所述的一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估系统，其特征在于：所述平台系统包括接收模块、存储模块和处理模块；所述接收模块用于接收信号发射器发送的Beacon标号、防护系统地理位置信息和灾害视频信息；所述存储模块用于存储防护系统所在地三维地形模型、设计施工图纸以及多级能量冲击有限元动力分析结果数据库；所述处理模块用于根据接收到的Beacon信号处理得到对应的消能器安装位置，根据防护系统地理位置信息查找对应的三维地形模型和设计施工图纸以及对应的多级能量冲击有限元动力分析结果数据完成灾情快速评估处理。

5.一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法，其特征在于：快速评估方法包括：

接收报警步骤：蓝牙信号接收处理器接收被触发的Beacon发射器发射的Beacon标号，并通过信号发射器将已触发的Beacon标号和防护系统地理位置信息发送到平台系统进行灾情评估后在PC终端或移动终端进行灾情报警；

灾情快速评估步骤：平台系统根据已触发的Beacon标号对应的位置信息和防护系统地理位置信息，判断本次致灾体的冲击能量范围和冲击位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于Beacon的柔性防护报警和灾情快速评估方法，其特征在于：所述灾情快速评估步骤具体包括：

根据防护系统所在地的三维地形模型和设计施工图纸建立与实际安装情况一致的有限元分析模型，并进行多位置、多级能量的冲击模拟获得不同冲击状态对应的消能器启动情况数据库，定义某一状态为y，y∈[1,Y]，Y为总状态数量，某一状态y对应的状态数列Sy =[x0, x1, ……, xn-1, xn], x∈(0, 1), x0~xn对应y状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度，1表示已拉伸至触发长度，每个状态对应具体的冲击位置y_position和冲击能量y_energy；

根据所接收到的已触发Beacon发射器的标号对应的消能器的位置信息，定义实际触发状态为k，k∈[1,Y]，其状态数列为Sk = [z0, z1, ……, zn-1, zn], z∈(0, 1)，z0~zn对应k状态下的各个消能器，0表示未拉伸至触发长度即Beacon发射器未触发，1表示已拉伸至触发长度即Beacon发射器已触发，并与消能器启动情况数据库中的状态数列Sy逐一对比；

当Sk数列与Sy数列所含元素一一相等，则判断防护系统所受冲击位置是y_position，冲击能量至少为y_energy，完成灾情快速评估；若对比完成后，无Sy与Sk一致，则根据Sk人工判断灾情。

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