CN208400280U - 一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，属于监测预警技术领域。滑坡坡体上及周边区域布设有若干个形变感知节点，且形变感知节点与电信基站无线连接，所述的电信基站分别与中心服务器、声光报警器和手机无线连接，滑坡发生形变才发生报警，且根据传感器信息分级报警，报警信息准确，施工简便，不易受到损坏和不影响地表土地利用，成本低，可以在滑坡体上及周边部署大量节点，而且可以当作一次性产品使用，出现问题或馈电即可放弃，全天候、实时监测，可部分替代人工监测工作。

Description

一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，属于监测预警技术领域。

背景技术

我国是世界上地质灾害最为发育的国家之一，截至目前已查明的灾害约30万处，其中滑坡约占到50%，是造成人员伤亡和财产损失最多的地质灾害灾种。近年来的防治经验表明，日常监测和临灾预警是防范滑坡灾害的有效措施。

传统的滑坡监测预警方法分为群测群防和专业监测。群测群防主要是由监测员对滑坡的形变等信息进行人工监测，如有险情则利用喇叭、手摇报警器等发出警报，由于是人工操作，无法做到全天候、实时的监测、数据传输和报警。专业监测预警多采用自动化的监测设备，对滑坡的形变信息、环境信息等进行监测，存在安装复杂、设备昂贵和对通讯条件、供电条件要求较高的问题，而且部分监测内容对于滑坡的临灾预警意义有限。

近年来传感器技术和通讯技术飞速发展，加速度传感器、倾角传感器、振动传感器已经得到了广泛应用，并且精度逐年提高、成本逐年降低；新兴的窄带物联网具有覆盖广、穿透力强、成本低、功耗低、架构优等特点。

现有技术一的技术方案：

一种地质灾害无线监测装置（授权公告号CN 205664880 U），公开了一种地质灾害无线监测装置，包括微处理器、倾角传感器、超声传感器、温度传感器、湿度传感器、射频装置、GSM通信模块，微处理器采用CC2431芯片，倾角传感器通过CC2431芯片上的A/D转换口与CC2431芯片连接，超声传感器、温度传感器、湿度传感器通过CC2431芯片上的数字I/O接口与CC2431芯片连接，CC2431通过通信串口与GSM通信模块连接，CC2431通过RF接口与射频装置连接。该实用新型装置采用CC2431芯片为微控制器来采集分析地质环境温湿度、倾角、位移信息，应用MC37I模块实现数据的GSM远程传输，采集的数据准确有效，可实现对山体的状态实时跟踪，随时掌握山体的位移、倾角的变化情况，以及监测点的温度湿度等环境状态信息，能够很好反应监测区域的环境信息情况。但是该装置存在以下缺点：（1）温度、湿度、超声等传感器的监测数据与滑坡是否发生形变无直接关系，反而增加了装置的耗电量和成本；（2）设备出露于地表，容易受到人为、牲畜等扰动，造成设备损坏或监测数据异常；（3）数据传输采用GSM网络，功耗较高，且不适用于GSM网络信号不好的区域或埋入地下使用；（4）设备没有直接的报警信号输出，没有与之相连的报警设备。

现有技术二的技术方案：

一种地质灾害监测无线加速度传感器设备，（授权公告号CN 206133037 U），公开了一种地质灾害监测无线加速度传感器设备，包含供电单元、加速度传感器单元、无线网络传输单元；所述供电单元与其他各单元相连接，用于给设备供电，选用一次性电池；所述加速度传感器单元包含单轴或者多轴加速度传感器用于测量设备的重力方向的倾斜度；所述无线网络传输单元与加速度传感器单元连接，用于与上位机进行无线通信。该设备采用Sub-GHz无线通讯模块进行数据传输。但是该设备存在以下缺点：（1）安装设备需将锚杆垂直打入地面埋入地质稳定层，在实际工作中较难实现，且无必要性；（2）单台套设备监测数据受多种因素影响，不宜作为判断整个坡体稳定性的依据，加速度值仅是滑坡变形的参数之一；（3）无报警单元和报警机制。

现有技术三的技术方案：

分布式地质灾害监测采集传输仪（公布号 CN 102169623 A），提供了一种分布式地质灾害监测采集传输仪，所述传输仪包括主机和无线 传感器节点，其中：由布置在监测点的无线传感器节点采集被测点数据信息，再通过无线传感器节点中的无线射频模块将所采集到的信息发送到所述主机；所述主机 负责将所接收到的被测点数据信息通过GPRS传输模块发送到后台服务器，由所述后台服务器对该被测点数据信息进行分析处理。通过该传输仪就能够通过在相关灾害体处布设的大量无线监测传感器节点获得实时数据，在突发性地质灾害来临时进行远程报警。但是该设备存在以下缺点：（1）传输信息使用GPRS技术已经被淘汰；（2）构架复杂，监测现场除了无线传感节点，还有主机作为中继通过网络向服务器传输数据；（3）没有考虑数据采集之后的报警方案。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统。

本实用新型的基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，它包含形变感知节点、电信基站、中心服务器、声光报警器和手机，滑坡坡体上及周边区域布设有若干个形变感知节点，且形变感知节点与电信基站无线连接，所述的电信基站分别与中心服务器、声光报警器和手机无线连接；

所述的形变感知节点包含感知传感器、微控制单元、窄带物联网传输模块、高能电池组和防水抗压外壳，所述的形变感知节点外部设置有防水抗压外壳，所述的防水抗压外壳内部设置有感知传感器、微控制单元、窄带物联网传输模块和高能电池组，所述的感知传感器与微控制单元连接，且微控制单元与窄带物联网传输模块连接，所述的感知传感器、微控制单元和窄带物联网传输模块均与高能电池组电连接。

作为优选，所述的感知传感器为加速度传感器、倾角传感器、振动传感器中的一种或多种。

作为优选，所述的防水抗压外壳为一层或多层结构，且防水抗压外壳材质对电磁信号无屏蔽作用。

本实用新型的有益效果：它的结构简单，设计合理，滑坡发生形变才发生报警，且根据传感器信息分级报警，报警信息准确，施工简便，不易受到损坏和不影响地表土地利用，成本低，可以在滑坡体上及周边部署大量节点，而且可以当作一次性产品使用，出现问题或馈电即可放弃，全天候、实时监测，可部分替代人工监测工作。采用低成本低功耗的传感器和－窄带物联网传输模组，可以在滑坡体及周边广泛布设；传输使用窄带物联网，解决了广大山区通讯信号不好的问题；接受数据后后台自动进行判别，确定是否报警及报警级别；报警采用小区广播、app、声光报警器等综合手段，解决了现有群测群防监测无法做到实时传输、预警，和专业监测设备结构复杂、功耗高、成本高、监测信息不直接的问题，可以使大量滑坡的低成本监测报警成为可能。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实用新型中形变感知节点结构示意图。

附图标记：滑坡坡体1、形变感知节点2、电信基站3、中心服务器4、声光报警器5、手机6、感知传感器7、微控制单元8、窄带物联网传输模块9、高能电池组10、防水抗压外壳11。

具体实施方式

如图1-图2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含形变感知节点2、电信基站3、中心服务器4、声光报警器5和手机6，滑坡坡体1上及周边区域布设有若干个形变感知节点2，且形变感知节点2与电信基站3无线连接，所述的电信基站3分别与中心服务器4、声光报警器5和手机6无线连接。

所述的形变感知节点2包含感知传感器7、微控制单元8、窄带物联网传输模块9、高能电池组10和防水抗压外壳11，所述的形变感知节点2外部设置有防水抗压外壳11，所述的防水抗压外壳11为一层或多层结构，且防水抗压外壳11材质对电磁信号无屏蔽作用，起抗压、防水作用，保护电子原件埋在浅层地下不被压坏和防止水份进入，所述的防水抗压外壳11内部设置有感知传感器7、微控制单元8、窄带物联网传输模块9和高能电池组10，所述的感知传感器7与微控制单元8连接，且微控制单元8与窄带物联网传输模块9连接，微控制单元8采用STC公司的单片机，STC单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8-12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强，微控制单元8负责处理、存储感知传感器7获取的监测数据，窄带物联网传输模块9将处理过的监测数据发送至电信基站3，所述的感知传感器7、微控制单元8和窄带物联网传输模块9均与高能电池组10电连接，所述的感知传感器7为加速度传感器、倾角传感器、振动传感器中的一种或多种，用于感知滑坡坡体1滑动时节点安装位置的运动情况。

其中，形变感知节点2的安装简便，仅需在滑坡坡体1上开挖深度<0.3m的坑埋入即可，也可安装在滑坡坡体1上某些构筑物内部，每个滑坡坡体1上安装不少于2个形变感知节点，可均匀布设或选择重点位置布设。由于形变感知节点2成本低、易安装，只需要简单步骤即可将部署到滑坡坡体1及周边区域，利用多个形变感知节点协同工作对滑坡坡体1进行监控，此种布设方式一方面使得针对滑坡地表形变监测更为精确，克服原有专业监测方法监测点位较少的问题，另一方面如果有少量的节点失效，对整体的监测工作影响也较小。

感知传感器7信号传输使用窄带物联网协议，由于其具有信号强的特点，使传输节点可以完全埋置于地下浅表层，埋入式的安装方式不仅施工简单，仅需在地表挖一浅坑，而且不影响地表利用和不易受动物或人为破坏；感知传感器7的成本和功耗极低，可以作为一次性设备在滑坡体及周边，高能电池组可以使其工作3年以上，电池馈电后即可抛弃。相对传统的监测设备，感知传感器7可以做到免维护，极大降低后期成本，传统的监测主要集中于滑坡体，本传感器低成本的特点可以将监测范围扩大至滑坡周边区域；感知传感器7分布式的布设方式使本系统具有很强的容错性和生存能力，由于在滑坡坡体1及周边部署大量的独立的传感器，个别传感器失效对整个系统的运行影响极小；感知传感器7分布式的布设方式使本系统具有很强的扩展性，可根据实际情况随时扩大和减小布设范围，增加或降低布设密度。

报警策略及报警方法：滑坡坡体1现场环境复杂，人或动物扰动、设备故障等都有可能引起单个形变感知节点2监测数据超出报警值。由于形变感知节点2部署密度较高，即使是由于滑坡坡体1变形引进1处形变感知节点2监测数据异常，造成的影响也十分有限，因此，在设置报警策略时，如果仅1个形变感知节点2的监测数据超出报警值，可向特定人员（如地质灾害防治专业人员或群测群防员等）的手机发出提示性预警，提示对滑坡变形情况进行进一步确认；如果同时或短时间2个或以上的形变感知节点2的监测数据超出报警值，则向声光报警器5和周边手机6发出警报；也可根据实际情况在中心服务器4上灵活设置报警策略。报警方法多样，包括声光报警器报警、手机短信及电话报警、手机小区广播报警、手机app报警等，可全面覆盖集中居民点、零散住户及路过人员。

本具体实施方式的工作原理为：当滑坡坡体1发生变形时，形变感知节点2将监测数据通过电信基站3传输中心服务器4，中心服务器4记录相关信息并自动做出判断，如需发出警报，则将警报指令通过电信基站3发送至居民点的声光警报器5或利用短信、小区广播等方式推送至周边的手机6。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，其特征在于：它包含形变感知节点（2）、电信基站（3）、中心服务器（4）、声光报警器（5）和手机（6），滑坡坡体（1）上及周边区域布设有若干个形变感知节点（2），且形变感知节点（2）与电信基站（3）无线连接，所述的电信基站（3）分别与中心服务器（4）、声光报警器（5）和手机（6）无线连接；

所述的形变感知节点（2）包含感知传感器（7）、微控制单元（8）、窄带物联网传输模块（9）、高能电池组（10）和防水抗压外壳（11），所述的形变感知节点（2）外部设置有防水抗压外壳（11），所述的防水抗压外壳（11）内部设置有感知传感器（7）、微控制单元（8）、窄带物联网传输模块（9）和高能电池组（10），所述的感知传感器（7）与微控制单元（8）连接，且微控制单元（8）与窄带物联网传输模块（9）连接，所述的感知传感器（7）、微控制单元（8）和窄带物联网传输模块（9）均与高能电池组（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，其特征在于：所述的感知传感器（7）为加速度传感器、倾角传感器、振动传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的分布式滑坡监测预警系统，其特征在于：所述的防水抗压外壳（11）为一层或多层结构。