CN208225263U - 一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，包括设置在边坡远端的远程监控中心、预埋在边坡体内的若干个加固用的预应力锚索，从边坡体最高处至最低处依次往下设置有监测控制单元、GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器，在预应力锚索的上端部固定设置有外锚头，监测控制单元和GPS定位模块外锚头固定在边坡体最高处，GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器分别附着在预应力锚索的检测点上且通过数据线与监测控制单元连接，监测控制单元与远程监控中心通信连接。本实用新型能对边坡内部进行实时监测和数据实时交互，保证了边坡监测数据的精确度。

Description

一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统

技术领域

本实用新型涉及岩土安全监测技术领域，具体涉及一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统。

背景技术

在岩土工程中，高边坡工程是其中一个中要的分支，尤其是在水利、桥梁、公路等工程建设中，高边坡运行的安全稳定性是关系到整个工程运行的关键，因此高边坡安全监测是高边坡工作治理中的重要内容，也是高边坡运行中安全预警预报的重要的基础。近年来，我国地质灾害发生频繁，根据中国相关地质灾害调查数据，每年发生的地质灾害中，滑坡灾害占到占50％以上，更是每年都有增无减，造成的经济直接损失高达数十亿元，造成的人员伤亡高达数百人以上。因此，做好地质灾害监测和预警，特别是滑坡体的监测和预警，对于有效减少直接经济损失和人员伤亡显得尤为重要。

但由于大量的岩土工程(公路、桥梁和水利工程)对边坡工程监测总投入仍然较大，难以达到全部覆盖风险源，随着现代物联网技术和传感测试、信号分析、远程智能控制、计算机技术、危险性分析、结构计算等技术的迅猛发展，本实用新型提出基于物联网技术的边坡安全监测采集系统就是建立在物联网技术和岩土工程技术的基础之上的。其能够在不影响岩土结构正常使用状态下，按照边坡发生灾害破坏模式等基础信息，对边坡安全状况进行长期远程、实时、在线监测，确定边坡的安全运行状态，保证边坡运行稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，根据本实用新型的边坡安全监测采集系统能将边坡数据采集单元附着在坡体上的岩土工程内部的预应力锚索上，用于直接反应边坡内部相应的位移以及预应力锚索不同部位的受力状态，对边坡内部进行实时监测和数据实时交互，保证了边坡监测数据的精确度。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：包括设置在边坡远端的远程监控中心、预埋在边坡体内的若干个加固用的预应力锚索，从边坡体最高处至最低处依次往下设置有监测控制单元、GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器，在预应力锚索的上端部固定设置有外锚头，所述监测控制单元和GPS定位模块外锚头固定在边坡体最高处，所述GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器分别附着在预应力锚索的检测点上且通过数据线与监测控制单元连接，所述监测控制单元与远程监控中心通信连接。

上述方案进一步优选的，所述监测控制单元包括数据处理器、数据存模块、无线通信模块、激光报警模块和图像采集模块，所述数据处理器分别与所述数据存模块、无线通信模块、激光报警模块、图像采集模块、GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器连接，所述数据处理器通过无线通信模块与所述远程监控中心通信连接。

上述方案进一步优选的，所述测斜仪、雨量传感器和渗压计沿边坡体表面竖直方向固定设置并附着于预应力锚索的检测点处，所述雨量传感器4设置于边坡体的中央，所述含水传感器和钢筋计垂直于边坡体表面并附着于预应力锚索的检测点处，所述应变传感器水平设置在边坡体底端的截面内并附着于预应力锚索的检测点处。

上述方案进一步优选的，所述应变传感器采用FBG应变传感器，所述FBG应变传感器通过一光纤分析仪与所述数据处理器连接，该FBG应变传感器的数量为两个以上，且分别呈规则几何方式布置于边坡上的检测点处。

上述方案进一步优选的，所述远程监控中心包括远程终端、远程服务器和网络传输模块，所述无线通信模块通过网络传输模块进行无线通信连接，所述网络传输模块通过所述远程服务器与所述远程终端进行通信连接。

上述方案进一步优选的，所述无线通信模块为Zigbee无线通信模块，该Zigbee无线通信模块采用CC2530集成电路模块，所述网络传输模块采用GPRS网络通信模块，该GPRS网络通信模块采用的型号为SIM300无线通讯模块，所述SIM300无线通讯模块的外形尺寸为40mm×33mm×2.85mm。

上述方案进一步优选的，所述预应力锚索沿边坡体呈横向、纵向或倾斜方式设置。

上述方案进一步优选的，在所述FBG应变传感器的外表面还设置有蜂窝网状的防护罩。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本实用新型将边坡数据采集单元附着在坡体上的岩土工程内部的预应力锚索上，用于直接反应边坡内部相应的位移以及预应力锚索不同部位的受力状态，对边坡内部进行实时监测和数据实时交互，保证了边坡监测数据的精确度，以及通过边坡数据采集单元全面地采集边坡数据并上传至远程服务器，在远程终端的监测人员可以结合边坡的监测数据信息(例如，土压力、表面位移、深部位移、钢筋变形、水分渗透压力、降雨量等)和图像信息来综合分析边坡状态，为边坡的日常养护、检测、维护、加固维修以及突发事件应急管理提供有效的科学依据，从而能够最大限度地确保边坡的安全。

(2)本实用新型将边坡安全监测数据信息以及边坡结构响应参数通过GPRS发送至远程终端进行查看和监测，提醒维护人员采取安全防护和维修，减少了安全隐患，降低了风险。本实用新型结合ZigBee网络和GPRS网络的物联网监测系统，实现了对边坡现场数据监测以及远程监控和管理，保证了数据的可靠和实时传输，减少了投资和维护费用，通信质量更好，功耗较低，不仅减少了人力物力；本实用新型的系统结构简单、操作便捷、成本低廉、运行高效，自动化程度高，实用性强。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统的原理图；

图2是本实用新型的智能控制单元的控制原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1和图2所示，根据本实用新型提供的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，包括设置在边坡远端的远程监控中心10、预埋在边坡体内的若干个加固用的预应力锚索100，所述预应力锚索100沿边坡体呈横向、纵向或倾斜方式设置，从边坡体最高处至最低处依次往下设置有监测控制单元1、GPS定位模块2、测斜仪3、雨量传感器4、含水传感器5、渗压计6、钢筋计7和应变传感器8，在预应力锚索100的上端部固定设置有外锚头101，所述监测控制单元1和GPS定位模块2外锚头101固定在边坡体最高处，所述GPS定位模块2、测斜仪3、雨量传感器4、含水传感器5、渗压计6、钢筋计7和应变传感器8分别附着在预应力锚索100的检测点上且通过数据线与监测控制单元1连接，所述监测控制单元1与远程监控中心10通信连接；在本实用新型中，所述GPS定位模块2用于对当前的预应力锚索100的上端部的外锚头101进行定位跟踪，根据所监测到的预应力锚索100张拉力变化情况，可以判断出边坡所在位置的变化情况；所述测斜仪3、雨量传感器4和渗压计6沿边坡体表面竖直方向固定设置并附着于预应力锚索100的检测点处，所述雨量传感器4设置于边坡体的中央，所述含水传感器5和钢筋计7垂直于边坡体表面并附着于预应力锚索100的检测点处，所述应变传感器8水平设置在边坡体底端的截面内并附着于预应力锚索100的检测点处；本实用新型通过将测斜仪3、雨量传感器4、含水传感器5、渗压计6、钢筋计7和应变传感器8等边坡数据采集单元附着在坡体上的岩土工程内部的预应力锚索100上，用于直接反应边坡内部相应的位移以及预应力锚索100不同部位的受力状态，对边坡内部进行实时监测，并将检测的数据通过无线传输方式上传至远程监控中心10，供远程终端(PC机终端或手机用户终端)进行实时查看，对监测的数据进行实时交互，保证了边坡监测数据的精确度。

如图2所示，所述监测控制单元1包括数据处理器、数据存模块、无线通信模块、激光报警模块和图像采集模块，所述数据处理器分别与所述数据存模块、无线通信模块、激光报警模块、图像采集模块、GPS定位模块2、测斜仪3、雨量传感器4、含水传感器5、渗压计6、钢筋计7和应变传感器8连接，所述测斜仪3用于对边坡岩石工程的具体部位倾斜量进行自动监测；雨量传感器4用于检测并发送所述边坡周围的雨量至监测控制单元1，及时掌握边坡区域环境参数情况，有较大降雨时需要进行报警；含水传感器5(水分传感器)通过监测边坡水分渗流量和含水量，从而掌握边坡内部水分的分布情况；渗压计6用于监测边坡岩石工程内部的孔隙水压或渗透压；钢筋计7用于监测边坡岩石工程内部的钢筋支护结构所受应力应变的情况，从而判断边坡的稳定情况；所述数据处理器通过无线通信模块与所述远程监控中心10通信连接，图像采集模块采用CCD图像传感器对边坡周围的实际环境进行拍摄和采集，使得监测结果更加全面和准确，所述激光报警模块实现对边坡变形破坏程度和安全风险进行报警；作为本实用新型的最佳实施例，所述应变传感器8采用FBG应变传感器，多个FBG应变传感器通过一光纤光栅分析仪(未图示)与所述数据处理器连接，该FBG应变传感器的数量为两个以上，且分别呈规则几何方式布置于边坡上的检测点处，FBG应变传感器通过一根光纤串联发送所述检测点处，并且从一端引出的光纤连接至光纤光栅分析仪，在所述FBG应变传感器的外表面还设置有蜂窝网状的防护罩以防止FBG应变传感器(光纤光栅应变传感器)外表受到损伤和腐蚀，从而延长FBG应变传感器的使用寿命，通过FBG应变传感器实现自动实时监测滑坡深部位移和表部位移，而且空间分辨率高，且成本较低。

如图2所示，所述远程监控中心10包括远程终端、远程服务器和网络传输模块，所述无线通信模块通过网络传输模块进行无线通信连接，所述网络传输模块通过所述远程服务器与所述远程终端进行通信连接；所述无线通信模块为Zigbee无线通信模块，该Zigbee无线通信模块采用CC2530集成电路模块，所述网络传输模块采用GPRS网络通信模块，该GPRS网络通信模块采用的型号为SIM300无线通讯模块，所述SIM300无线通讯模块的外形尺寸为40mm×33mm×2.85mm；通过结合ZigBee网络和GPRS网络的物联网监测系统，实现了对边坡现场数据监测以及远程监控和管理，保证了数据的可靠和实时传输，减少了投资和维护费用，提高了通信质量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：包括设置在边坡远端的远程监控中心、预埋在边坡体内的若干个加固用的预应力锚索，从边坡体最高处至最低处依次往下设置有监测控制单元、GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器，在预应力锚索的上端部固定设置有外锚头，所述监测控制单元和GPS定位模块外锚头固定在边坡体最高处，所述GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器分别附着在预应力锚索的检测点上且通过数据线与监测控制单元连接，所述监测控制单元与远程监控中心通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述监测控制单元包括数据处理器、数据存模块、无线通信模块、激光报警模块和图像采集模块，所述数据处理器分别与所述数据存模块、无线通信模块、激光报警模块、图像采集模块、GPS定位模块、测斜仪、雨量传感器、含水传感器、渗压计、钢筋计和应变传感器连接，所述数据处理器通过无线通信模块与所述远程监控中心通信连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述测斜仪、雨量传感器和渗压计沿边坡体表面竖直方向固定设置并附着于预应力锚索的检测点处，所述雨量传感器4设置于边坡体的中央，所述含水传感器和钢筋计垂直于边坡体表面并附着于预应力锚索的检测点处，所述应变传感器水平设置在边坡体底端的截面内并附着于预应力锚索的检测点处。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述应变传感器采用FBG应变传感器，所述FBG应变传感器通过一光纤分析仪与所述数据处理器连接，该FBG应变传感器的数量为两个以上，且分别呈规则几何方式布置于边坡上的检测点处。

5.根据权利要求2所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述远程监控中心包括远程终端、远程服务器和网络传输模块，所述无线通信模块通过网络传输模块进行无线通信连接，所述网络传输模块通过所述远程服务器与所述远程终端进行通信连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述无线通信模块为Zigbee无线通信模块，该Zigbee无线通信模块采用CC2530集成电路模块，所述网络传输模块采用GPRS网络通信模块，该GPRS网络通信模块采用的型号为SIM300无线通讯模块，所述SIM300无线通讯模块的外形尺寸为40mm×33mm×2.85mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：所述预应力锚索沿边坡体呈横向、纵向或倾斜方式设置。

8.根据权利要求4所述的一种基于物联网大数据的边坡安全监测采集系统，其特征在于：在所述FBG应变传感器的外表面还设置有蜂窝网状的防护罩。