一種基於物聯網的拱壩監控系統的製作方法
2023-09-23 11:33:20
本發明涉及一種基於物聯網的拱壩監控系統，屬於水電設備安全監測系統技術領域。
背景技術：
人類修建拱壩具有悠久的歷史。早在一、二千年以前，人們就已意識到拱結構有較強的攔蓄水流的能力。近幾十年來，中國修建了許多拱壩，約佔全世界已建拱壩總數的1/4強，2010年8月建成的中國雲南小灣水電站，已經成為世界上最高的拱壩。隨著壩高的不斷增加，壩體的安全性能就顯得尤為重要。
申請號為201320121690.7，申請日為2013年3月17日的實用新型提供一種大壩內部變形的機器人監測系統，包括：埋設於大壩內部的並隨大壩內部變形而變形的監測管道、一行走於該監測管道內並用於監測大壩內部變形的測量機器人以及一外部監控系統，測量機器人與外部監控系統之間配置有信息傳輸通道，其中，所述監測管道包括：一內部水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定並作為垂直沉降位移的測量基準點；以及若干個設置於所述監測管道外部的水平位移測點裝置；所述測量機器人搭載有多種測量裝置並受控制地在所述監測管道內行走和實時檢測所述大壩內部變形情況。該實用新型的監測系統提供一種直接測量方式，保證監測的準確性、實時性，克服間接測量帶來的誤差。
申請號為201310443377.X，申請日為2013年9月23日的發明專利申請屬於位移測量技術領域，涉及的是一種拱壩變形三維位移自動化監測方法，其是將拱壩分成n段，測得第1段端點處的三維位移值，且監測每段端點相對於上一端點的三維變化量，根據傳遞原理即可求所有分段端點處的三維位移值。該發明簡單、可行、便於工程實施且符合實際工程監測需要，為拱壩的三維位移自動化監測提供了一種有效的手段，解決了原有測量方法只能監測一維或二維的缺陷。另外，該方法結合實際壩體的變形情況，在保證測量有效性和測量精度的前提下，取消了測點平臺部位的轉角參數監測，優化了測量程序，簡化了測量裝置，提高了測量可靠性且降低了測量成本。
申請號為201410070397.1，申請日為2014年2月28日的發明專利申請公開了一種拱壩全變形監測方法，其特徵在於在拱壩某一斷面的不同高程的廊道或觀測間內設置監測儀器，所述的監測儀器包括垂線監測儀和傾斜監測儀，並且一一對應設置；通過傾斜監測儀器的監測成果，計算監測點位置上部壩體在垂線尚未安裝期間所對應的變形，以此對拱壩分段的垂線監測成果進行修正，從而得到拱壩實際全變形。該發明成功解決了拱壩實際全變形無法監測的問題，且已成功應用於水電工程，取得了良好的效果，實用性強。本發明改變了我國拱壩安全監測設計和監測方法，在拱壩中具有廣泛的市場前景和推廣價值。
技術實現要素：
本發明提出了一種基於物聯網的拱壩監控系統，運用ZigBee無線通訊網絡，對拱壩實現24小時監控，及時發現變形隱患，且降低了監控成本。
本發明為解決其技術問題採用如下技術方案：
一種基於物聯網的拱壩監控系統，包括監測終端、協調器、路由器、ZigBee無線網絡節點，每個路由器連接有n個ZigBee無線網絡節點，m個路由器通過協調器與監測終端相連接，n和m為大於1的自然數；每個ZigBee無線網絡節點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee模塊，所述ZigBee模塊的輸出端通過天線收發器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進行無線通訊；
所述ZigBee無線網絡節點還包括有變形監測單元、控制單元和圖像採集單元，所述變形監測單元、控制單元和圖像採集單元分別與ZigBee模塊連接，所述變形監測單元用於監測節點處拱壩是否出現形變，所述控制單元用於接收變形監測單元的信息並向圖像採集單元發出指令，所述圖像採集單元用於收到控制單元的指令後拍攝、傳輸、保存節點處拱壩形變圖像；
所述圖像採集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為f1的第一雙凸形透鏡，焦距為f2的第二單凸形透鏡，所述第一雙凸形透鏡和第二單凸型透鏡的至少一個表面上具有二元衍射光學結構，f1/f2比值為0.25-1.36。
作為本發明的一種優選技術方案：所述協調器與監測終端通過RS232串口相連接。
作為本發明的一種優選技術方案：所述ZigBee模塊為CC2530模塊。
作為本發明的一種優選技術方案：所述協調器採用TI公司的CC2530晶片。
作為本發明的一種優選技術方案：所述控制單元採用嵌入式ARM7晶片。
本發明所述的一種基於物聯網的拱壩監控系統，採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
1、本發明可利用ZigBee無線通訊網絡監測拱壩形變，對拱壩實現24小時監控，及時發現變形位置，從而及時維護拱壩，避免不必要的安全事故的發生。
2、本發明的圖像傳輸模塊包括焦距為f1第一雙凸形透鏡，焦距為f2的第二單凸形透鏡，且第一雙凸形透鏡和第二單凸型透鏡的至少一個表面上具有二元衍射光學結構，f1/f2比值為0.25-1.36，可以消除系統像差，提高圖像的解析度。
3、本系統功耗低、使用方便、擴展性高，且提高了監測的準確性。
具體實施方式
下面對本發明創造做進一步詳細說明。
一種基於物聯網的拱壩監控系統，包括監測終端、協調器、路由器、ZigBee無線網絡節點，每個路由器連接有n個ZigBee無線網絡節點，m個路由器通過協調器與監測終端相連接，n和m為大於1的自然數；每個ZigBee無線網絡節點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee模塊，所述ZigBee模塊的輸出端通過天線收發器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進行無線通訊；
所述ZigBee無線網絡節點還包括有變形監測單元、控制單元和圖像採集單元，所述變形監測單元、控制單元和圖像採集單元分別與ZigBee模塊連接，所述變形監測單元用於監測節點處拱壩是否出現形變，所述控制單元用於接收變形監測單元的信息並向圖像採集單元發出指令，所述圖像採集單元用於收到控制單元的指令後拍攝、傳輸、保存節點處拱壩形變圖像；
所述圖像採集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為f1的第一雙凸形透鏡，焦距為f2的第二單凸形透鏡，所述第一雙凸形透鏡和第二單凸型透鏡的至少一個表面上具有二元衍射光學結構，f1/f2比值為0.25-1.36。
作為本發明的一種優選技術方案：所述協調器與監測終端通過RS232串口相連接。
作為本發明的一種優選技術方案：所述ZigBee模塊為CC2530模塊。
作為本發明的一種優選技術方案：所述協調器採用TI公司的CC2530晶片。
作為本發明的一種優選技術方案：所述控制單元採用嵌入式ARM7晶片。
本發明的圖像傳輸模塊包括焦距為f1第一雙凸形透鏡，焦距為f2的第二單凸形透鏡，且第一雙凸形透鏡和第二單凸型透鏡的至少一個表面上具有二元衍射光學結構，f1/f2比值為0.25-1.36，可以消除系統像差，提高圖像的解析度。
本發明的鏡片除了包括單凸型非球面鏡片和雙凸型非球面鏡片之外，在上述兩個鏡片之間還設有用於阻擋或吸收反射光線的麥拉片，以及位於鏡片後部的濾光片，且為了消除鏡片和濾光片之間的空氣間隙，還在鏡片和濾光片之間加設有鏡間環。
本發明的第一雙凸形透鏡和第二單凸型透鏡的至少一個表面上優選設置有二元衍射光學結構，用於進一步消除系統像差。所述雙凸型非球面鏡片的曲率設計能使光線透過該鏡片後得到更清晰的聚焦點，尤其中間的凹陷部可以補正影像的像差及色散，從而提高整個圖像的解析度。此外，鏡頭的亮度與鏡片所使用的材料特性也有關係，如材料的折射率、透光率，本發明的鏡片均採用進口高性能光學專用樹脂材料，如ZEONEX-480R，OKP4HT。
本發明運用ZigBee無線通訊網絡，對拱壩實現24小時監控.
ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似於CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似於行動網路基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公裡，並且支持無限擴展。ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡範圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。
ZigBee的特點是近距離、低複雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用於自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE802.15.4標準的規定。ZigBee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網絡中的設備可分為協調器(Coordinator)、匯聚節點(Router)、傳感器節點(EndDevice)等三種角色。
本發明可利用ZigBee無線通訊網絡監測拱壩形變，對拱壩實現24小時監控，及時發現變形位置，從而及時維護拱壩，避免不必要的安全事故的發生。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。