TW201101242A - Debris flow wireless detecting device, detecting system and method thereof - Google Patents

Description

201101242 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種土石流無線感測裳置、感測系統及 /、方法’尤指-種放置在潛勢溪流之河道或河床上，並在土石 彳ΪΓ 土减資膽翻的土而測裝置。 目=土石流_系統中，係有利用低空衛星觀察並監 形’以預警土石流的發生，不過利用此方法監 測福硯察職顧被濃厚㈣麵，僅知該地區有豐沛 本無法贿魏__是蝴目騎移 此也根本無法預知是否有土石流發生。 再者，更有利用聲音比對方式來監測土石流之發生鱼 與物擬土石流聲音進行比對，若聲音相 流聲音容易受到干擾，進而使得該方法^報二二 山坡::的表更二—中種 是否發生的繼㈣ί康鋼索是否被扯斷，作為土石流 知器分離時，=知而與鋼索檢 石流的警報效果。=錢’以達到土 有土石流發生，並2=二此種方式只能判斷是否 …、法寸知土石▲的速度及位移的趨勢。 201101242 【發明内容】 /有^於此’本發明提供—種土石流無線感測裝置、感測 系統及其方法。其中，本發明的土石流無線感測裝置可以被放 ，在常發生土石流縣的潛勢溪流之河道紐床上，並且，隨 著土石，運動進而量測到土石流流動的加速度、速度與位置， 進而運异出表面流速、震動大小及位移變化等土石流的水文資 訊。 本發明較雜施儀土；5流無_繼置包括有一殼體 〇 與一電路模組，其中，殼體的密度比重大於水的密度比重，電 路模組設置在殼體中。該電路模組包括—Gps單元、一加速 度規(^ceierometer)、—運算單元及一無線傳送單元，其中， GPS單το用以接收一 GPS定位信號。加速度規(咖此麵㈣ 用以感測物體加速度並且輸出一加速度信號。運算單元耦接於 GPS單元與加速度規，係運算哪定位信號與加速度信號， 並且輸出一通報資料。無線傳送單元耦接於運算單元，係將通 報資料傳送到遠端。 、 〇 本發明較佳實施例的土石流無線感測系統包括有一無線 接收主機與前段所述的土石流無線感測裝置，其中，前段所述 的土石流無線感測裝置係將通報資料以無線技術的方式傳送 至無線接收主機，以提供進一步的分析應用與警報。 本發明較佳實施例的土石流無線感測方法係使用於前述 勺土石k無線感測糸統中，其步驟如下。首先，土石流無線感 ' 測裳置根據河道或河床震動變化’以產生一加速度信號，並且 從遠端一衛星接收一 GPS定位信號。然後，無線接收主機根 201101242 號的數值，加以判斷土石流是否發生，並且，在土 ====：簡土石流的位移趨= 土石流無線_裝置的位置與，。無線接收主機運算出 土声’本發㈣土对躲_裝置《要埋設在 發生的潛勢=:=放=的方式’自由佈置在土石流容易 感測裝置本發明的土石流無線 面，，二：在力：主Si 與接τ來的詳細說明皆為示範性f，是為了 愈優二"腺/明的申請專難11。而有關本發明的其他目的 7Ϊ將在後續的說明與圖示加以闡述。 【實施方式】 一 4考第圖，為本發明實施例的應用環境適意圖。如第 ；^:不本發明的土石流無線感測裝置1為—個客製化的土 線感測裝置卜在使用上，土石流無線感測裝置1係放 發生土石流的潛勢溪流之河道或河床3上。土石流無 、重i"破置1透過適當的密度比重調整，使其可以隨著土石流 以即日守的量測到土石流的加速度、速度及位置。同時， 線感測裝置1可維持與遠端-無線接收主機2的無線 =錢力’進而將所量_】土石流的加速度、速度及位置送至 "、、線接收主機2，再由無線接收主機2運算出土石流的水文資 201101242 二2面流速、震動大小及位移變化等，以協助專家了解土 石▲運動行為，並且，進行更歧之防災方法研究。 土^ ’本發明的土石流無線感測系統包括 兩者之間係以無線 系絲φ 的傳輸外，在本發明的土石流無線_ ^統^無線接收主機2可以與複數個土石流無線感測裝置ι

=貝=的傳輸’進而取得多點的土石流資訊，以協助專家了 石*運動㈣’並且，進行更先進之防災方法研究。 復參考第二圖。土石流無線感職置丨包括—個殼體n 該殼體u的密度比重大於水的密度比重，並且，殼體12中設 fir電路模組1G。電路模組1G係用來感測土石流的一個^ 上:料si ’並將土石流的通報資料S1藉由無線傳輸技術送到 …、線接收主機2，無線接收主機2再根據土石流的通報資料S1 、#j斷土石•是否發生、土石流位移趨勢及表面流速估計 等。 “配合第二圖，參考第三圖。第三圖為本發明實施例的電 路核組之功能方塊示意圖。如第三_示，電路餘⑴包括 ^朽單元^^一加速度規㈤城⑺贈㈡顺一運算單元 =、一無線傳送單元1〇5。其中，Gps單元1〇3從遠端一衛 星(未標示)接收-GPS定位信號％，並將Gps定位信號幻 轉送之運算單元102。加速度規綱用以感測土石流無線感測 裝置1的加速度，並且輸出一加速度信號S3至運算單元。 運异單元102编接於GPS單元1〇3與加速度規1〇4，係 7 201101242 運算GPS粒錢S2與加速度職S3，並且輸出通報資料 si至柄接於運算單元102的無線傳送單元1〇5。無線傳送單元 105再將通報資料S1以無線傳輸技術傳送到遠端的無線接收 主機。前述的通報資料S1包括了肥定位信號s2與加速 度信號S3。同時’ GPS定位信號S2具有一座標資料、一速度 資料及-時間資料’而加速度信號S3 ^ 一個三軸加速度信號: 配合第二_第三®，請參考第五®。第五圖為本發明 的加速度錄波形示賴。#土石流發生在顿u時，加速 度規1〇4會產生—劇烈震盡的加速度信號S3，此劇烈震靈的 加速度信號S3被制無線接收主機2，無線接收域2再根 據此劇烈錢的加速度錢S3 _出時㈣駐^流發 時間點。 另外，在土石流發生後，無線接收主機2可以根據加速 度規104持續所產生的加速度信號S3，進而運算出土石流的 表面流速、震動大小及位移變化。無線接收主機2根據公式⑴ 係可以將取得的加速度信號S3的加速度值a在—時域【中， 轉換輸出與加速度值a相對應的速度值8。 s=at (1) 於上迹公式⑴中，速度值s等於加速度值a對時間值 L的積分，無線接收主機2透過公式⑴將加速度值a轉換計 异成為速度值s後，係在根據公式⑵，以在一時域t中，轉 換輸出與加速度值a相對應的位移值d。 d=st+(l/2)at2 (2) 於上述公式（2) +，位移值d等於速度值s對時間值t 201101242 ^積^。如此，無線触主機2係可以藉由加速度值 述公式⑴及公式⑵的運算，進而得到位移值d，以 土石流的表面流速與位移變化。 、 印:線接收主機2也可錄據GPS定位域S2中的 坐心貝料運料土石流無線_裝置丨的位置 =定健號S2中的速度資料功與時間 = 圖），運算出土石流的GPS加速度S22 (參照第:運^ 式同前述公式（1)。 口）建异方 Ο ❹ 復參考第二_第三圖。電職組W 1〇6，該儲能單元1〇6叙接 n __ 〇秸储此早兀 力V1〜軍瞀t 運异早70 102，係提供一工作電 另外、1石=，瞒的儲能單元106為—二次電池。 !20对二 妓1的鑛12上更具有一透光面 該透先面120係可以提供外部光線射入殼體12中。 單元m:圖與第三圖。電路模、组ig還包括—光電轉換 電轉換單元術雜於雜單元觸，係 體叫縣㈣轉蝴，並且產生電力以儲 電模^: 〇6中’前述的光電轉換單元107為一太陽能光 電杈、、且叫，電路模組1〇還 搞接於無線觀單元祕。 獻線108 施例mm第三圖，參照第四圖。第四圖為本發明實 感測方法感測方法流程示意圖。本發明的土石流無線 置在土石二二:先，將土石流無線感測裝置1投入或設 潛編之河道或河床上，此時，土石 置1會根據河道或河床震動變化，以產生-加速 9 201101242 度信號S3(S100)。並且，土石流無線感測裝置丨也會從遠端— 衛星(未標示)接收一 GPS定位信號S2(S102)。然後，土石流無 線感測裝置1將加速度信號S3與GPS定位信號S2發送至; 端的無線接收主機2。 、 此時，無線接收主機2可以根據加速度信號S3的數值， 加以判斷土石流是否發生(讓）。並且，在土石流發生時，無 線接收主機2可以根據加速度信號S3，運算出土石流的位移 趨勢與表面錢。另外，無線接收主機2可以根據Gps定位 k就S2 ’加以運算出土石流無線感測裝置⑴的位置盘流動方 向(S108)。在步驟S106中，當加速度信號％ #數餘於或等 於-設紐時’判斷為土石流發生。相反的，當加速度信號 S3的數值小於設定值時，係判斷為土石流沒有發生。 f上所述’本發_土石流無線感測裝置以加度速規及 GPS單元為主要感測模組，其中，加速度規輸出的加速度，可 以在土石流發生之前，提供是否駐减_斷依據，以及在 j石流發生後，提供持續追耻石流位移趨勢舆表面流速的依 據。另外’ GPS單元輸㈣Gps定位錢可㈣為土石流無 線感測裝置的位置與流動方向的依據。另外，將Gps定位_ ，中=速度輒㈣微錢職生的加賴t料與加速度規 生的加逮度互相比對，可以更精確的得知土石流的運動行 為。 如日此，本發明的土石流無線感測裝置不需要埋設在土層 的潛放，方式’自由佈置在土石流容易發生 裝置在叹置上無需花費過多的時間與人力，同時，可以根據土 10 、運出土石流的表面流速、震動大 ，以協助專家了解土石流運動行為， 201101242 石流發生時的通報信號，以運 小及位移變化等水文資訊，以 並且，進行更先進之防災方法 研究。 按，以上所述，

，惟本發 月之領域 内，可輕易思及之變化或修飾， 圍。 皆可涵蓋在以下本案之專利範 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明實施例的應用環境適意圖； 第-圖為本發明實補的土錯無喊測祕賴示意圖； 第三圖為本發明實施例的電路模組之功能方塊示意圖； 第四圖為本發明實施例的土石流無線感測方法流程示意圖； 第五圖為本發明的加速度信號波形示意圖； 第六圖為本發明的GPS速度信號波形示意圖；及 第七圖為本發明的GPS加速度信號波形示意圖。 【主要元件符號說明】 土石流無線感測裝置1 電路模組10 運算單元102 GPS單元1〇3 加速度規104 無線傳送單元105 11 201101242

儲能單元106 光電轉換單元107 天線108 殼體12 透光面120 無線接收主機2 河床3 通報資料S1 GPS定位信號S2 加速度信號S3 工作電力VI

Claims (1)

1. 201101242 七、申請專利範圍： 1. 一種土石流無線感測裝置 上’包括有： 放置於潛勢溪流 之〉可道或河床 设體，其逸、度比重大於水的密度比重. 私路模組，設置在該殼體中，該電路模組包括： —GPS單元，接收一 GPS定位信號； 一加 一加速度規(accelerometer)， 速度信號； 感測物體加速度並且輪出

   -運算單元，減於該Gps單元與該加速度規，係運 GPS定位錄_加速度錢，並且輸出—通報資= 元將 -無線傳鱗元’输於辆算單元，該絲傳送單 該通報資料傳送到遠端。 2. 如申請專利_第丨項所述之土石流無線感測裝置， 電路模，還包括一儲能單元，該儲能單元搞接於該運算^ 元，係提供一工作電力給該運算單元。 其中該 3. 如申請專利範圍第2項所述之土石流無線感測裝置 儲此單元為一二次電池。 4. 如申請專利範圍第2賴述之土石流無線劇裝置，其中該 殼體具有一透光面。 5. 如申請專利範圍第4項所述之土石流無線感測裝置，其中該 電!ϋ组還包括一光電轉換單元，該光電轉換單元輕接於該 儲此單7L ’係對應於該殼體的透光面以接收光線，並且產生 電力以儲放在該儲能單元中。 6. 如申請專概圍第5項所述之土石流無線感測裝置，其中該 光電轉換單元為一太陽能光電模組。 13 201101242 7. 如申請專利細第】顧述之土石流無線感顺置， 電路模組還包括-天線，該天線耗接於該無線傳送單元。" 8. —種土石流無線感測系統，包括： 一無線接收主機； -土石流無祕㈣置，放置於潛m之河道或 上，包括有： 〆 一殼體，其密度比重大於水的密度比重； 一電路模組，設置在該殼體中，該電路模組包括·· GPS早元，接收一 GPS定位信號； 一加速度規(aCCderometer)，感測物體加速度並且輸出一 速度信號； σ 一運算單it，祕於該GPS單元與該加速度規，係運算該 GPS定位钱與該加速度信號，並且輸出—通報資^ 及 ， -無線傳送單元，耦接於該運算單元，該無線傳送單元將 該通報資料傳送到該無線接收主機。 9·=請專機圍第8項所述之土石流無線感_統，其中讀 二路模組還包括-儲能單元，該儲能單元_於該運算^ 元，係提供一工作電力給該運算單元。 1〇:2專=範圍第9項所述之土石流無線感測系統，其中請 爾月b早7L為一二次電池。 11·如申請專利範圍第9項所述之土石流無線感測系統，其中鸪 =^莫組還包括—光電轉換單元，該光電轉換單元柄接於讀 ^早70 ’係藉由光電轉換技術產生電力，並且將產生 力儲放在該儲能單元中。 申明專利韻第11項所述之土石流無線感測系統，其中讀 14 201101242 光電轉換單元為一太陽能光電模組。 13·如申請專利範圍第8項所述 電路桓m土石*無線感測系統，其中該 14 _錄Γ 天線输於該無線傳送單元。 土石、顧财法，做職”專_圍第9項之 々丨L热線感測系統中，其步驟包括有： a.該土石流紐朗織根射道物床肋變化，以產 生一加速度信號；

   b·該土石流無線感測裝置從遠端—衛星接收一 號； GPS定位信 c.該無線接收錢根據該加速度賤的數值，加以判斷土 石流是否發生； 丄在^f流發生時’該無線触主機根據該加速度信號， 運异出土石流的位移趨勢與表面流速，·及 e.根據該肥定位信號，該無線接收主機運算出該土石流 無線感測裝置的位置與流動方向。

   K如申請專利範圍第14項所述之土石流無線感測方法，盆中 在步驟c中，當該加速度信號的數值大於或等於一設定值 時，判斷為土石流發生。 W如申請專利翻第15項所狀土石流無線感财法，豆中 在步驟e巾’當該加速度信號醜值小_設定值時，係判 斷為土石流沒有發生。 15