一種泥石流災害無線預警系統的製作方法

2023-12-07 04:21:21

一種泥石流災害無線預警系統的製作方法
【專利摘要】一種泥石流災害無線預警系統，包括：多個巖土變形感知傳感器，其埋設在泥石流攔擋壩、泥石流溝槽內的石塊內，用以採集壩的變形信息、溝槽內石塊由於轉動反轉引起的傾角變動信息；至少有一無線數據採集終端，其接收所述多個巖土變形感知傳感器採集的壩的變形信息、石塊傾角變動信息；數據處理終端，其接收所述至少一無線數據採集終端的壩的變形信息、石塊傾角變動信息，根據報警條件判斷是否進行報警。本實用新型通過設置在堤壩、石塊內的傾斜傳感器來感受堤壩的變形信息、石塊的轉動傾斜信息，再通過無線數據採集終端的收集和傳輸，最後通過數據處理終端的計算和處理從而判斷出是否發生泥石流或泥石流發生的徵兆，實現了泥石流的實時監測和預警。
【專利說明】一種泥石流災害無線預警系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及泥石流災害的防範領域，尤其涉及一種泥石流災害無線預警系統。
【背景技術】
[0002]泥石流是在山區或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區，因為暴雨、暴雪或其他自然災害引發的山體滑坡並攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突發性以及流速快，流量大，物質容量大和破壞力強等特點。發生泥石流常常會衝毀公路鐵路等交通設施甚至村鎮等，造成巨大損失。請參見圖1，在現有技術中，在泥石流易發地帶往往通過建設堤壩的方式來起到阻止泥石流的作用，但是當超過壩體極限時堤壩會崩潰造成嚴重的後果，因此需要對泥石流的發生進行監測，對已修建堤壩的泥石流也需對堤壩是否發生潰壩進行監測，防止更大災害的發生。但是泥石流由於發生地點通常較為偏僻、地形往往較為複雜，所以很難進行覆蓋時間較長的人工監測，同時目前安裝的監測儀器容易受到人為或自然的損壞，造成監測失效，因而目前對於泥石流災害缺乏有效的監測預警方法和系統。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題在於克服上述現有技術存在的不足，而提出一種泥石流災害無線預警系統，以實現泥石流災害的預警。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型提出一種泥石流災害無線預警系統，包括:多個巖土變形感知傳感器，其埋設在壩內和/或石塊內，用以採集壩的變形信息和/或石塊轉動引起的石塊傾角變動信息；至少一無線數據採集終端，其接收所述多個巖土變形感知傳感器採集的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息；數據處理終端，其接收所述至少一無
線數據採集終端的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息，根據報警條件判斷是否進行報
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目O
[0005]優選地，無線數據採集終端包括無線通訊模塊，用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息無線傳輸給所述數據處理終端。
[0006]優選地，無線通訊模塊為GPRS模塊。
[0007]優選地，無線數據採集終端包括太陽能電源模塊，用以為所述無線數據採集終端提供電力或者為所述無線數據採集終端的電池充電。
[0008]優選地，數據處理終端包括:數據處理單元，用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息與報警條件比較，判斷是否符合條件，若是，則發出報警指令；報警器，用以接收數據處理單元發出的報警指令進行報警。
[0009]優選地，巖土變形感知傳感器包括:傾角傳感晶片，用以產生傾斜數據的模擬信號；信號轉換模塊，連接所述傾角傳感晶片，用以將所述傾角傳感晶片的傾斜數據的模擬信號轉換成數位訊號；處理器，所述處理器連接所述信號轉換模塊，用以接收處理所述信號轉換模塊轉換成的數位訊號，對接收到的所述數位訊號進行處理，所述處理器包括處理器本體和時鐘單元；數據傳輸模塊，所述數據傳輸模塊連接所述處理器，用以從處理器中接收處理過的數位訊號並將所述數位訊號傳輸給外界；電池，所述電池用以給所述傾角傳感晶片、信號轉換模塊、處理器和數據傳輸模塊提供電力；其中，所述處理器包括處理器本體和時鐘單元，所述時鐘單元由所述電池持續供電，所述時鐘單元控制所述電池以設定時間間隔交替開啟或關閉對所述傾角傳感晶片、信號轉換模塊、處理器本體和數據傳輸模塊的電力供應。
[0010]優選地，巖土變形感知傳感器還包括天線，所述天線露出在所述壩和/或石塊外部，所述天線用以輔助所述數據傳輸模塊進行無線通訊。
[0011]與現有技術相比，本實用新型的有益效果包括:本實用新型通過設置在泥石流溝槽內的石塊內和/或堤壩的傾斜傳感器來感受堤壩的變形信息和/或石塊的傾斜信息，再通過無線數據採集終端的收集和傳輸，最後通過數據處理終端的計算和處理從而判斷出是否發生泥石流，實現了泥石流的實時監測和預警。該系統不僅可有效解決泥石流的監測預警，而且其傳感器埋設於結構或石塊內部，且現場無需任何線纜，儀器及系統不宜遭到破壞，因此有效解決野外監測系統長期獨立安全工作的難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為泥石流發生的狀況示意圖。
[0013]圖2為本實用新型實施例的無線預警系統的原理示意圖。
[0014]圖3為本實用新型實施例的無線預警系統的結構框圖。
[0015]圖4為本實用新型實施例的無線預警系統的巖土變形感知傳感器的結構框圖。
[0016]圖5為本實用新型實施例的泥石流預警方法的流程圖。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:巖土變形感知傳感器1、信號轉換模塊11、處理器12、數據傳輸模塊13、傾角傳感晶片14、電池15、天線16、無線數據採集終端2、數據處理終端3。
【具體實施方式】
[0018]為了進一步說明本實用新型的原理和結構，現結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細說明。
[0019]請參閱圖2至圖3，本實用新型提供了一種泥石流災害無線預警系統，包括:多個巖土變形感知傳感器1、至少一無線數據採集終端2和數據處理終端3。
[0020]巖土變形感知傳感器I，其埋設在壩內和/或石塊內，用以採集壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息。
[0021]在本實施例中，請參閱圖4，巖土變形感知傳感器I包括信號轉換模塊11、處理器12、數據傳輸模塊13、傾角傳感晶片14、電池15和天線16。
[0022]傾角傳感晶片14，用以產生傾斜數據的模擬信號。
[0023]信號轉換模塊11，連接所述傾角傳感晶片14，用以將所述傾角傳感晶片14的傾斜數據的模擬信號轉換成數位訊號。傾角傳感晶片14檢測得到的傾斜數據信號為模擬信號，處理器無法識別，所以需要將模擬信號轉換成數位訊號。在本實施例中，信號轉換模塊11為16位ADC數模轉換器，在其它實施例中，信號轉換模塊11可以根據需要採用其它位數的數模轉換器，例如32位或者24位等等。[0024]處理器12，連接所述信號轉換模塊11，用以接收處理所述信號轉換模塊11轉換成的數位訊號，對接收到的所述數位訊號進行處理。處理器12的作用是將轉換後的數位訊號進行處理以方便數據傳輸模塊13向外界傳輸。在本實施例中，處理器12使用的是單片機，在其它實施例中，可以根據處理數據的需要或者其它需要採用其它類型的處理器12。在本實施例中，所述處理器12可以包括處理器本體(未圖示)和時鐘單元(未圖示)，所述時鐘單元由所述電池15持續供電,所述時鐘單元控制所述電池15以設定時間間隔交替開啟或關閉對所述傾角傳感晶片14、信號轉換模塊11、處理器本體和數據傳輸模塊13的電力供應。當採用定期檢測的方式時，由於巖土變形感知傳感器I的工作很多時候是不需要整天不間斷進行的，所以通過時鐘單元按時啟動巖土變形感知傳感器I來進行測量、接收指令或者向外界傳送數據等操作，等操作完畢之後關閉巖土變形感知傳感器1，這樣可以有效的減少巖土變形感知傳感器I的電力消耗，這樣就能通過電池15來滿足巖土變形感知傳感器I的長時間工作。
[0025]數據傳輸模塊13，連接所述處理器12，用以從處理器12中接收處理過的數位訊號並將所述數位訊號傳輸給外界。數據傳輸模塊13可以是無線的傳輸模塊也可以是有線的模塊，在本實施例中，數據傳輸模塊13採用無線模式將巖土變形感知傳感器I的所述基坑4的坑壁41的傾角信息傳輸給信息採集終端2。
[0026]電池15，用以給所述傾角傳感晶片14、信號轉換模塊11、處理器12和數據傳輸模塊13提供電力。其中，所述時鐘單元由所述電池15持續供電，所述時鐘單元控制所述電池15以設定時間間隔交替開啟或關閉對所述傾角傳感晶片15、信號轉換模塊11、處理器本體和數據傳輸模塊13的電力供應。在其它實施例中，需要實時測量時，也可以採用外接電源線的方式供電，以便進行實時測量。
[0027]天線16，所述天線16露出在所述壩和/或石塊外部，所述天線16用以輔助所述數據傳輸模塊13進行無線通訊。在本實施例中，由於巖土變形感知傳感器I多採用埋設在壩和巖石中的裝設方式，所以設置天線16可以有效地方便巖土變形感知傳感器I與外界的通訊。在其它實施例中，根據採用的通訊方式的不同，也可以不設置天線16。
[0028]在本實施例中，巖土變形感知傳感器I若採用電池15供電，可實現3飛年的獨立工作，不需要外界供電，並且由於採用無線通訊，實現無線纜獨立工作，便於安裝，不易損壞，不易被發現，解決野外保護難題。
[0029]無線數據採集終端2，其接收所述多個巖土變形感知傳感器I採集的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息。在本實施例中，所述無線數據採集終端2包括無線通訊模塊，用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息無線傳輸給所述數據處理終端3。採用無線通訊模塊是因為泥石流的監測地點的環境往往較為複雜，如果採用有線通訊的方式容易被外界環境所破壞，並且才泥石流來臨時很容易被破壞，在其它實施例中，也可以採用有線通訊的方式。在本實施例中，所述無線通訊模塊為GPRS模塊。採用這種方式可以通過接入網際網路而將數據處理終端3設置在距離無線數據採集終端2很遠的地方。在其它實施例中，根據距離還有設置的環境不同，可以採用不同的無線通訊模塊，例如:RF射頻通訊、紅外通訊或者藍牙等等。在本實施例中，所述無線數據採集終端2包括太陽能電源模塊，用以為所述無線數據採集終端2提供電力或者為所述無線數據採集終端2的電池充電。由於泥石流發生的地點比較偏僻設置有線電纜的話成本較高，而且極易被破壞從而導致整個系統失效，因此採用太陽能電源，並且設置電池，在無法使用太陽能時，可以使用電池供電，再在使用太陽能時順便為電池充電，在其它實施例中，根據需要也可以採用有線輸電方式，同時也可以採用太陽能電源和電池作為補充。
[0030]數據處理終端3，其接收所述至少一無線數據採集終端2的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息，根據報警條件判斷是否進行報警。在本實施例中，所述數據處理終端3包括數據處理單元和報警器。數據處理單元用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息與報警條件比較，判斷是否符合條件，若是，則發出報警指令。報警器用以接收數據處理單元發出的報警指令進行報警。在本實施例中，報警的類型是聲光配合報警，在其它實施例中，可以單獨採用聲或光報警，也可以採用其它的報警方式，能起到提示操作人員注意的目的即可。
[0031]本實用性的泥石流災害預警方法，請參閱圖5，其包括:
[0032]步驟a:將多個巖土變形感知傳感器埋設在壩內和/或石塊內。泥石流經過的地區一般會設置有壩，並且在周圍會有很多零散的石塊，將巖土變形感知傳感器I設置在壩和/或石塊內，當泥石流經過影響到壩和/或石塊時，就可以通過巖土變形感知傳感器I監測和感知到泥石流。
[0033]步驟b:定期或實時通過多個巖土變形感知傳感器採集並輸出壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息。當泥石流經過時，壩在阻擋泥石流時自身會發生變形，從而導致埋設在壩中的巖土變形感知傳感器I的角度發生改變，所以通過巖土變形感知傳感器I測出的角度變化即可知道壩的變形信息，同理當泥石流經過時，石塊被泥石流推動，從而使得石塊的傾角發生變動，石塊內的巖土變形感知傳感器I的角度也發生變化，通過巖土變形感知傳感器I的測量同樣可以得知石塊傾角變動信息。
[0034]步驟bl:接收巖土變形感知傳感器輸出的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息，並匯總輸出。匯總輸出的目的是為了方便對一片區域的信息進行整體分析，以便了解整個泥石流的規模和範圍，並且當需要將數據進行遠距離的傳輸時，消耗的電力比較大，若不進行匯總輸出，則巖土變形感知傳感器I需要設計專門的電纜，使用不方便。
[0035]步驟c:將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息與報警條件比較，判斷是否符合報警條件，若是，則報警。在本實施例中，報警條件包括石塊傾角變動大於90°。在其它實施例中，可以根據具體情況設置不同的報警條件。例如:巖土變形感知傳感器I設置在比較大型的巖石上，由於巖石翻動需要的力較大，因此當傾角變動大於70°時即可報警或者當巖土變形感知傳感器I設置在壩上時，根據壩的承受能力，設定當巖土變形感知傳感器I測量到的角度變化大於壩變形破壞的臨界值或更低時進行報警等等，具體的報警條件可以自行設置。
[0036]下面以本實施例為例詳細說明本實用新型的工作原理。
[0037]當泥石流來臨時，推動沿途的石塊，石塊的傾角發生變化，使得石塊內的巖土變形感知傳感器I的角度變化，巖土變形感知傳感器I檢測到這個變化並傳輸給無線數據採集終端2，泥石流抵達壩處，被壩擋住，此時壩承受泥石流的壓力，從而發生變形，壩變形導致壩內的巖土變形感知傳感器I發生角度變化，巖土變形感知傳感器I檢測到這個變化並傳輸給無線數據採集終端2，無線數據採集終端2將多個巖土變形感知傳感器I採集到的信息匯總傳輸給數據處理終端3，數據處理終端3對信息進行處理分析，再與報警條件進行比較，符合條件則報警。
[0038]綜上所述，本實用新型通過設置在堤壩和/或石塊內的傾斜傳感器來感受石塊轉動傾斜信息和/或堤壩的變形信息，再通過無線數據採集終端的收集和傳輸，最後通過數據處理終端的計算和處理從而判斷出是否發生泥石流，實現了泥石流的實時監測和預警。
[0039]以上所述僅為本實用新型的較佳可行實施例，並非限制本實用新型的保護範圍。凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，包括: 多個巖土變形感知傳感器，其埋設在壩內和/或石塊內，用以採集壩的變形信息、石塊轉動引起的傾角變動信息； 至少一無線數據採集終端，其通過無線方式接收所述多個巖土變形感知傳感器採集的壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息； 數據處理終端，其接收並處理所述至少一無線數據採集終端的信息，並判斷是否進行報警。
2.根據權利要求1所述的泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，所述無線數據採集終端包括無線通訊模塊，用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息無線傳輸給所述數據處理終端。
3.根據權利要求1所述的泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，所述無線數據採集終端包括太陽能電源模塊，用以為所述無線數據採集終端提供電力或者為所述無線數據採集終端的電池充電。
4.根據權利要求1所述的泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，所述數據處理終端包括: 數據處理單元，用以將壩的變形信息和/或石塊傾角變動信息與報警條件比較，判斷是否符合條件，若是，則發出報警指令； 報警器，用以接收數據處理單元發出的報警指令進行報警。
5.根據權利要求1所述的泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，所述巖土變形感知傳感器包括: 傾角傳感晶片，用以產生傾斜數據的模擬信號； 信號轉換模塊，連接所述傾角傳感晶片，用以將所述傾角傳感晶片的傾斜數據的模擬信號轉換成數位訊號； 處理器，所述處理器連接所述信號轉換模塊，用以接收處理所述信號轉換模塊轉換成的數位訊號，對接收到的所述數位訊號進行處理，所述處理器包括處理器本體和時鐘單元; 數據傳輸模塊，所述數據傳輸模塊連接所述處理器，用以從處理器中接收處理過的數位訊號並將所述數位訊號傳輸給外界； 電池，所述電池用以給所述傾角傳感晶片、信號轉換模塊、處理器和數據傳輸模塊提供電力。
6.根據權利要求5所述的泥石流災害無線預警系統，其特徵在於，所述巖土變形感知傳感器還包括天線，所述天線露出在所述壩和/或石塊外部，所述天線用以輔助所述數據傳輸模塊進行無線通訊。
【文檔編號】G08B21/10GK203746207SQ201420151710
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】王建松, 廖小平, 劉慶元, 黃波, 朱本珍, 高和斌, 李龍飛, 熊晉 申請人:中鐵西北科學研究院有限公司深圳南方分院