基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法
2023-07-11 19:10:16
基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法，所述的系統包括RTU(遠程終端)和多個泥石流監測預警傳感裝置，每一個泥石流監測預警傳感裝置作為一個MESH網絡節點，RTU中集成有用於數據收集的集中器，RTU通過集中器與所有的泥石流監測預警傳感裝置無線通信連接。該基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法基於多傳感器協同實現泥石流監測預警，具有顯著的社會效益。
【專利說明】基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於無線自組網群檢測泥石流預警傳感裝置、系統及方法。
【背景技術】
[0002]泥石流是發生在山地地區的一種地質災害，它是含有大量沙石塊的特殊山洪，具有突發、兇猛和破壞力強等特點。我國地貌類型複雜多樣，且以山地為主，約佔全國陸地面積三分之二。由於山區地質地貌錯綜複雜且處於東亞季風區，暴雨頻發，加之人類行為，導致泥石流災害頻發，嚴重的影響生態環境及民生。
[0003]泥石流的基礎研究和泥石流去的動態監測必須進行野外現場科學試驗觀測。傳統的泥石流監測預警方法是在野外建立簡易監測點，採用簡易的觀測方法，即主要利用人觀測雨量和發生泥石流後預警，檢測儀器科技含量不高，方法單一，遇到雷雨天氣通訊難以暢通，特別夜間，監測預警工作很難實施。目前國內外基本採用長期監測預報、中期監測預報、短期監測預報和臨監測預報。長期監測是數月到數年的趨勢預測，一般不大引起人們的注意。中短期預報是氣象部門對天氣預報信息，屬於險情監測預報和防災預報。臨監測預報即零小時到數小時內的預報，是依據每小時的雨量圖、雨勢情報、監測儀器制定依據。對城鎮、工礦和交通運輸部門的泥石流臨災避難與救助有重要意義。然而，現有的各種泥石流監測預警方法和設備都存在科技含量不高、監測精度差、成果不及時和可靠度不夠的缺點。因此亟待一種改進的泥石流監測預報預警系統及方法以克服上述缺陷。
[0004]目前根據國家規範，臨災泥石流的監測多靠雨量和泥石流歷史事件來評估。在《崩塌、滑坡、泥石流監測規範》DZ/T0221-2006標準中，很大程度上是依據雨量強度R值來預警泥石流的發生。
【權利要求】
1.一種基於無線自組網泥石流監測預警傳感裝置，其特徵在於，包括MCU、電池、三軸加速度傳感器、地聲傳感器、振動傳感器、電池電壓檢測電路和電源管理電路、MESH網絡模塊；所述的加速度傳感器、地聲傳感器、振動傳感器、電池電壓檢測電路均通過A/D轉換器與MCU的輸入接口相連，MESH網絡控制器與MCU相連。
2.根據權利要求1所述的泥石流監測預警傳感裝置，其特徵在於，還包括DC/DC模塊、電源管理器、比較器和D/A轉換器；D/A轉換器的輸入端接MCU的一個數據輸出接口 ；電池通過DC/DC模塊與電源管理器的電能輸入接口相連，比較器的輸出端、MCU的一個輸出端以及MESH網絡控制器的ACT信號輸出端均與電源管理器連接；電源管理器的電源輸出接口與MCU的電源接口相連； 比較器的兩個輸入端分別接D/A轉換器的輸出端和震動傳感器的輸出信號；或比較器的兩個輸入端分別接D/A轉換器的輸出端和地聲傳感器的輸出信號。
3.根據權利要求2所述的泥石流監測預警傳感裝置，其特徵在於，地聲傳感器、震動傳感器與A/D轉換器的輸入端之間設有信號調理及放大電路；在電池電壓檢測電路與A/D轉換器的輸入端之間設有阻抗變換和信號調理電路。
4.根據權利要求3所述的泥石流監測預警傳感裝置，其特徵在於，還包括備用電源、太陽能電池和充電控制器；DC/DC模塊的電源輸入側與備用電源連接； 太陽能電池通過充電控制器為電池充電。
5.根據權利要求1所述的泥石流監測預警傳感裝置，其特徵在於，所述的加速度傳感器(12)、地聲傳感器(11)、振動傳感器(10)和電池均位於由外管和外管蓋(I)形成的空腔內；MESH網絡控制器中的天線固定在外管側壁上；所述的空腔內設有由2個固定環(4)固定的內管(3)，電池(14)置於內管中；內管頂部設有一個固定架(13)，加速度傳感器(12)、地聲傳感器(11)和振動傳感器(10)均固定在固定架上；電池的外壁粘貼有發泡橡膠條(5)。
6.一種泥石流監測預警傳感監測系統，其特徵在於，包括RTU (遠程終端)和多個如權利要求1-5任一項所述的泥石流監測預警傳感裝置，每一個泥石流監測預警傳感裝置作為一個MESH網絡節點，RTU中集成有用於數據收集的集中器，RTU通過集中器與所有的泥石流監測預警傳感裝置無線通信連接。
7.一種泥石流監測預警傳感監測方法，其特徵在於，由一個RTU和多個泥石流監測預警傳感裝置組成MESH網絡，泥石流監測預警傳感裝置用於採集現場數據並將現場數據通過MESH網絡控制器發送給RTU ;所述的現場數據包括震動數據、加速度數據、地聲數據和電池電壓數據； RTU通過集成的集中器以無線方式收集泥石流監測預警傳感裝置發出的現場數據，並通過集中器發出指令以控制所述的泥石流監測預警傳感裝置； RTU對收集的現場數據進行分析處理，每一個傳感器都運行單獨設定閾值和權重，在設定時間範圍內所有傳感器權重的積分超過設定閾值時則啟動報警，實現對泥石流災害的實時監測和預警； 所述的泥石流監測預警傳感裝置包括MCU、電池、加速度傳感器、地聲傳感器、振動傳感器、電池電壓檢測電路和MESH網絡控制器；所述的加速度傳感器、地聲傳感器、振動傳感器、電池電壓檢測電路均通過A/D轉換器與MCU的輸入接口相連，MESH網絡控制器與MCU相連； 所述的泥石流監測預警傳感裝置還包括DC/DC模塊、電源管理器、比較器和D/A轉換器；D/A轉換器的輸入端接MCU的一個數據輸出接口 ； 電池通過DC/DC模塊與電源管理器的電能輸入接口相連，比較器的輸出端、MCU 的一個輸出端即使能信號(EN)輸出端以及MESH網絡控制器的ACT信號輸出端均與 電源管理器連接；電源管理器的電源輸出接口與MCU的電源接口相連； 比較器的兩個輸入端分別接D/A轉換器的輸出端和震動傳感器的輸出信號； 電源管理模塊由三種信號聯合控制，第一個是單片機發出來的使能信號(EN)，第二個是MESH模塊發出的ACT信號；ACT信號是MESH節點接收到集中器廣播指令、或者符合自身地址的信號才會輸出；第3個信號是由震動傳感器的放大信號進行閾值比較輸出的QCFBJ信號，三個信號經或門和單穩聯合喚醒電源管理模塊的供電管理單元從而為MCU被供電，單片機被喚醒後輸出使能信號使電源管理模塊保持供電，完成數據採集和通信傳輸後通過電源管理模塊關閉MCU電源以降低待機能耗； 地聲傳感器、震動傳感器與A/D轉換器的輸入端之間設有信號調理及放大電路；在電池電壓檢測電路與A/D轉換器的輸入端之間設有阻抗變換和信號調理電路； 所述的泥石流監測預警傳感裝置還包括備用電源、太陽能電池和充電控制器；DC/DC模塊的電源輸入側與備用電源連接； 太陽能電池通過充電控制器為電池充電； 所述的加速度傳感器(12)、地聲傳感器(11)、振動傳感器(10)和電池均位於由外管和外管蓋(I)形成的空腔內；MESH網絡控制器中的天線固定在外管側壁上；所述的空腔內設有由2個固定環⑷固定的內管(3)，電池(14)置於內管中；內管頂部設有一個固定架(13)，加速度傳感器(12)、地聲傳感器(11)和振動傳感器(10)均固定在固定架上。
【文檔編號】G08B21/10GK103646514SQ201310685102
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】夏偉, 馮凱, 呂雲華, 覃昱昱 申請人:湖南華中災害預警研究開發有限公司