一种山体滑坡监测系统
阅读：451发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种山体滑坡监测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 适用于地质灾害监控领域，提供了一种山体滑坡监测系统，该系统包括：测量装置，用于实时测量山体表面位移数据； 数据采集 传输装置，与测量装置进行网络通信，用于读取山体表面位移数据并上传至监测装置；以及监测装置，与数据采集传输装置进行网络通信，用于接收并处理山体表面位移数据，并根据 数据处理 的结果进行预警分析和预警决策。本发明的监测系统，通过设置测量装置实时测量山体的表面位移数据，数据测量受天气的影响小，且测量连续、及时、效率高，测量成本低；且通过数据采集传输装置可定期或不定期将测量数据传输至监测装置，以使监测装置能够及时对数据进行处理并作出相应的预警分析和决策，为相关部 门 制定防灾应对措施提供了可靠的依据。，下面是一种山体滑坡监测系统专利的具体信息内容。
1.一种山体滑坡监测系统，其特征在于，所述系统包括：测量装置、数据采集传输装置以及监测装置；
所述测量装置，用于实时测量山体表面位移数据；
所述数据采集传输装置，与所述测量装置进行网络通信，用于读取所述山体表面位移数据并上传至所述监测装置；
所述监测装置，与所述数据采集传输装置进行网络通信，用于接收并处理所述山体表面位移数据，并根据数据处理的结果进行预警分析和预警决策。
2.如权利要求1所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述数据采集传输装置还用于：根据所述监测装置下发的数据采集指令读取所述山体表面位移数据并反馈给所述监测装置。
3.如权利要求1所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述数据采集传输装置包括：
数据采集器、CLAA网关和管理服务器；
所述数据采集器与所述测量装置进行网络通信，具体用于读取所述山体表面位移数据，并经由所述CLAA网关和所述管理服务器将所述山体表面位移数据传输至所述监测装置。
4.如权利要求3所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述数据采集器具体用于：读取所述山体表面位移数据并传输至所述CLAA网关；
所述CLAA网关与所述数据采集器进行网络通信，用于将所述山体表面位移数据透传至所述管理服务器；
所述管理服务器与所述CLAA网关进行网络通信，用于将所述山体表面位移数据传输给所述监测装置。
5.如权利要求3所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述数据采集器包括：微处理器；以及
与所述微处理器连接的通信接口、CLAA模块和存储器。
6.如权利要求1所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述测量装置具体用于：实时测量山体的裂缝宽度数据；
所述数据采集传输装置具体用于：读取所述裂缝宽度数据并上传至所述监测装置；
所述监测装置具体用于：接收和处理所述裂缝宽度数据，并根据数据处理结果进行预警分析和预警决策。
7.如权利要求1所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述监测装置包括：
数据处理单元，用于接收所述数据采集传输装置上传的所述山体表面位移数据；以及预警分析决策单元，用于根据数据处理结果进行预警分析和预警决策。
8.如权利要求7所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，
所述数据处理单元具体用于：接收并判断所述山体表面位移数据与预设的门限值之间的大小关系；
所述预警分析决策单元具体用于：当检测到所述数据处理单元的判断结果为所述山体表面位移数据大于预设的门限值时，输出预警信息。
9.如权利要求8所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述系统还包括：
终端，与所述监测装置进行网络通信，用于根据所述预警信息向用户展示山体滑坡的情况。
10.如权利要求1所述的山体滑坡监测系统，其特征在于，所述测量装置为拉线位移传感器；
所述测量装置至少有两个，分别安装于山体裂缝的两侧边。
一种山体滑坡监测系统
技术领域
[0001] 本发明属于地质灾害监控领域，尤其涉及一种山体滑坡监测系统。
背景技术
[0002] 地质灾害是由于自然或人为作用，多数情况下是二者协同作用引起的，在地球表层比较强烈地破坏人类生命财产和生存环境的岩土体移动事件。地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时也属于人为灾害的范畴。在某种意义上，地质灾害已经是一个具有社会属性的问题，已经成为制约社会经济发展和人民安居的重要因素。
[0003] 山体滑坡是一种会对人民生命财产造成重大损失的地质灾害，每年都会有此类事件发生，特别是在云贵川等中国西南高山地区。大雨导致土壤吸水过度会造成山体滑坡，地震会造成山体滑坡，煤矿采空区塌陷会造成山体滑坡，大型工程修建影响山体也会造成山体滑坡，原因很多。
[0004] 通过山体滑坡安全监测，可以及时获取第一手的资料来了解危险边坡的情况，并供当地政府决策参考，制订适当的维护维修或防灾措施，对辖区的管理而言十分必要。
[0005] 然而，现有山体滑坡安全监测大多依赖人工定期巡查，巡查时，作业员使用测量工具手动测量和记录位移数据，但是，当遇到恶劣天气时，作业员则无法进入山体危险区域进行巡查，巡查密度低，巡查效率低，不能尽早发现灾害危险，并且人工巡查成本高，巡查人员危险大。
[0006] 由此可见，现有的山体滑坡监测是通过人工巡查记录的，不但巡查的效率低、成本高、易受天气情况的影响，且不能及时向相关部门反馈危险边坡的情况，不利于相关部门及时发现险情并制定应对措施以降低灾害可能带来的损失。
发明内容
[0007] 本发明实施例提供一种山体滑坡监测系统，旨在解决现有的山体滑坡监测效率低、成本高，容易受天气影响，且监测数据反馈时效性较差的问题。
[0008] 本发明实施例是这样实现的，一种山体滑坡监测系统，所述系统包括：测量装置、数据采集传输装置以及监测装置；
[0009] 所述测量装置，用于实时测量山体表面位移数据；
[0010] 所述数据采集传输装置，与所述测量装置进行网络通信，用于读取所述山体表面位移数据并上传至所述监测装置；
[0012] 本发明实施例提供的山体滑坡监测系统，通过在山体上设置测量装置以实时测量山体的表面位移数据，数据测量受天气的影响小，且测量连续性和时效性高，测量成本低；且通过数据采集传输装置可定期或不定期读取山体表面位移数据，并将读取到的数据及时传输至监测装置，以使监测装置能够及时地对这些数据进行处理并作出相应的预警分析和预警决策，这有利于及时发现山体滑坡的险情，并为相关部门制定防灾应对措施提供了可靠的依据，降低了灾害可能带来的经济等方面的损失。
附图说明
附图说明
[0013] 图1是本发明实施例提供的一种山体滑坡监测系统的结构示意图；
[0014] 图2是本发明实施例提供的一种数据采集传输装置的结构示意图；
[0015] 图3是本发明实施例提供的一种数据采集传输网络架构示意图；
[0016] 图4是本发明实施例提供的一种数据采集器的结构示意图；
[0017] 图5是本发明实施例提供的一种监测装置的结构示意图；
[0018] 图6是本发明实施例提供的另一种山体滑坡监测系统的结构示意图。
具体实施方式
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0021] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0022] 本发明的监测系统，通过设置测量装置实时测量山体的表面位移数据，数据测量受天气的影响小，且测量连续、及时、效率高，测量成本低；且通过数据采集传输装置可定期或不定期将测量数据传输至监测装置，以使监测装置能够及时对数据进行处理并作出相应的预警分析和决策，为相关部门制定防灾应对措施提供了可靠的依据。
[0023] 图1是本发明实施例提供的一种山体滑坡监测系统的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0024] 如图1所示，该山体滑坡监测系统包括测量装置100、数据采集传输装置200以及监测装置300。
[0025] 测量装置100，用于实时测量山体表面位移数据。
[0026] 在本发明实施例中，测量装置100可安置于山体间，其受天气的影响很小，并且可以实时不间断地测量得到山体表面位移数据，因此，具有测量连续性好、测量便利、测量准确性高和测量成本低等优点。利用测量装置100测量山体表面位移数据不再依赖于人工定期或不定期的进山巡查，克服了人工巡查的时效性差和成本高的问题。
[0027] 数据采集传输装置200，与测量装置进行网络通信，用于读取山体表面位移数据并上传至监测装置。
[0028] 在本发明实施例中，数据采集传输装置200与测量装置100之间可以通过ZigBee等无线方式进行通信，并读取测量装置100测量到的山体表面位移数据，再通过无线传输方式及时上传至监测装置300。
[0029] 监测装置300，与数据采集传输装置进行网络通信，用于接收并处理山体表面位移数据，并根据数据处理的结果进行预警分析和预警决策。
[0030] 在本发明实施例中，监测装置300可为一台或多台应用服务器。
[0031] 在本发明的优选实施例中，监测装置300与数据采集传输装置之间可通过CLAA网络进行通信，并对从数据采集传输装置200中获取到的山体表面位移数据进行处理，并根据数据处理结果进行预警分析和预警决策。其中，预警分析可为：根据接收到的山体表面位移数据判断山体是否出现山体滑坡现象。预警决策可为：根据预警分析的结论，得出是否需要输出警告信息。
[0032] 举个例子，假设监测装置300根据获取到的山体表面位移数据判断书山体出现滑坡现象，那么可进一步地根据该分析结果输出警告信息，以使监测人员可以第一时间发现险情并制定相应的应对措施，降低灾害损失。
[0033] 本发明实施例提供的山体滑坡监测系统，通过在山体上设置测量装置以实时测量山体的表面位移数据，数据测量受天气的影响小，且测量连续性和时效性高，测量成本低；且通过数据采集传输装置可定期或不定期读取山体表面位移数据，并将读取到的数据及时传输至监测装置，以使监测装置能够及时地对这些数据进行处理并作出相应的预警分析和预警决策，这有利于及时发现山体滑坡的险情，并为相关部门制定防灾应对措施提供了可靠的依据，降低了灾害可能带来的经济等方面的损失。
[0034] 进一步的，上述数据采集传输装置200还用于：根据监测装置下发的数据采集指令读取山体表面位移数据并反馈给监测装置。
[0035] 在本发明实施例中，数据采集指令包括数据采集周期、数据上报周期等信息。
[0036] 示例性的，当数据采集传输装置200接收到监测装置300下发的数据采集指令为“每隔30秒采集并上报一次山体表面位移数据”，那么数据采集传输装置200则根据该指令每隔30秒读取一次测量装置100当前测量的山体表面位移数据，并反馈给监测装置300。
[0037] 图2是本发明实施例提供的一种数据采集传输装置的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下:
[0038] 如图2所示，该数据采集传输装置200包括：数据采集器201、CLAA网关202和管理服务器203。
[0039] 其中，数据采集器201与测量装置100进行网络通信，具体用于读取山体表面位移数据，并经由CLAA网关202和管理服务器203将山体表面位移数据传输至监测装置300。
[0040] 在本发明实施例中，CLAA是China Lora Application Alliance的简称，即中国LoRa应用联盟。
[0041] 在本发明实施例中，数据采集器201、CLAA网关202和管理服务器203以及监测装置300构成了一种CLAA网络架构，具体架构可参见图3。
[0042] 结合图3，在此网络架构中，CLAA网关可以布设一个或多个，每个CLAA网关下可以连接一个或多个数据采集器201，一个或多个CLAA网关受控于管理服务器203，管理服务器203则可分别连接到监测装置300。
[0043] 具体的，管理服务器203可对多个CLAA网关202和每个CLAA网关下的多个数据采集器201进行管理，管理服务器203在此架构中的作用是组网和分发CLAA网关传输过来的山体表面位移数据给对应的监测装置300。此外，管理服务器203还可将监测装置300下发的数据采集指令经由CLAA网关202传送至数据采集器201，以使数据采集器201可根据该数据采集指令进行数据的采集和上传。
[0044] 在本发明实施例中，CLAA网关202可部署在户外，例如可布设在需要监测的山体附近的基站或网络传输节点上。CLAA网关202的部署不需要埋设于地下，部署的局限性和难度将大大减小，而且还可抵抗恶劣的户外环境，即不易受恶劣天气的影响，保证了数据传输的路径不易因气候原因而中断，保证了数据传输的时效性。
[0045] 此外，CLAA网关202能够自适应数据采集器201的数据采集和传输速率，可适应不同数据采集器201节点的数据传输速率和工作功率，有利于延长数据采集器201的电池的使用寿命，降低数据采集传输的成本。
[0046] 进一步的，CLAA网关202可不断地扩张网络，具体的，当需要同时对多座山体进行监测时，可在原有的CLAA网关布设基础上增加设置一个或多个CLAA网关202，并使其可以同时与多个数据采集器201连接通信，接收各数据采集器201上传的山体表面位移数据，并不需要重新设置所有的CLAA网关，因此可进一步提高该山体滑坡监测系统的实用性。此外，这也降低了扩张网络的难度和扩张成本。
[0047] 作为本发明的一个实施例，该数据采集器201具体用于：读取山体表面位移数据并传输至CLAA网关202。
[0048] CLAA网关202与数据采集器201进行网络通信，用于将山体表面位移数据透传至管理服务器203。
[0049] 管理服务器203与CLAA网关202进行网络通信，用于将山体表面位移数据传输给监测装置300。
[0050] 透传，即是透明传送，即传送网络无论传输业务如何，只负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理。
[0051] 在本发明实施例中，数据采集器201还可用于采集测量装置100的电源电量数据、故障信息等。故障信息包括测量装置损坏--无法测量。
[0052] 在本发明实施例中，数据采集器201、CLAA网关202和管理服务器203和监测装置300之间可实现双向数据传输，数据传输的时效性高，有利于及时分析并发现山体滑坡的险情，提前做出相应的预警措施，减小灾害带来的损失和保障灾害可能波及范围内的人们的人身安全。
[0053] 图4为本发明实施例提供的一种数据采集器的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0055] 在本发明实施例中，微处理器2011可以是单片机，例如为51单片机，本方案公开的数据采集器201对于其微处理器2011的处理性能要求不高，一般的单片机即可满足其需求，在实际生产应用中，可以根据实际情况选择相应类型的微处理器。
[0056] 在本发明实施例中，通信接口2012包括串口/USB接口和RS485接口。
[0057] 在本发明的一个实施例中，当数据采集器201出现故障而无法及时传输数据时，可以通过USB接口外接其他的设备，如USB、手机等，以使外设设备可通过USB接口直接获取到数据采集器201采集到的山体表面移动数据，并且通过外设设备将数据传输至监测装置300，以免数据传输不及时而导致错漏预警。
[0058] 在本发明实施例中，数据采集器201可通过其RS485接口与测量装置100连接，并读取其山体表面位移数据。
[0059] 在本发明的实施例中，数据采集器201可通过其CLAA模块2013加入到CLAA网络中，并将山体表面位移数据通过该CLAA模块传输给CLAA网关202。
[0061] 在本发明实施例中，存储器2014为非易失性存储器。
[0062] 在本发明实施例中，数据采集器201还设有数据采集周期定时器T1和数据上报周期定时器T2。
[0063] 作为本发明的一个实施例，数据采集器201采集山体表面位移数据的主要过程如下：
[0064] 1)预先设置位移警报阈值、数据采集周期和上报周期，并存储与存储器2014中；
[0065] 2)微处理器2011启动CLAA模块2013，使其运行CLAA协议，通过CLAA网关202加入CLAA网络；
[0066] 3)开启数据采集周期定时器T1和数据上报周期定时器T2；
[0067] 4)当检测到数据采集周期定时器T1的时间到达T1后，微处理器2011通过RS485接口读取测量装置100的测量的山体表面位移数据；
[0068] 5)微处理器2011将所读取的当前山体表面位移数据和预设的位移阈值进行比较：若比较的结果为当前山体表面位移数据大于或等于预设的位移阈值，则将数据立即上报；
若比较的结果为当前山体表面位移数据小于预设的位移阈值，则可将数据保存在微处理器
2011内存中，不立即上报；
若比较的结果为当前山体表面位移数据小于预设的位移阈值，则可将数据保存在微处理器
2011内存中，不立即上报；
[0069] 6)当检测到数据上报周期定时器T2的时间达到T2到时后，微处理器2011读取出保存在其内存中的数据，并将数据上报给监测装置300，以便监测装置300可获取这些数据进行分析，并根据分析结果作出提前的预警，以便于监测人员第一时间掌握山体滑坡的状态。
[0070] 在本发明实施例中，山体表面位移数据的采集和上报分别由T1和T2两个定时器驱动，重复以上第3)～6)步骤，以达到不间断监测山体滑坡情况的目的，保证了数据传输的连续性和时效性，提高了监测的效果，防患于未然。
[0071] 在实际应用中，预设的位移阈值可由监测人员根据其经验或者具体监测的山体环境自行设置，最大的位移值为测量装置100的量程。数据采集周期和上报周期可根据实际情况灵活设置，比如，数据采集周期可为间隔30秒上报一次，数据上报周期可以设置为60秒上报一次。
[0072] 作为本发明的一个优选实施例，测量装置100具体可用于：实时测量山体的裂缝宽度数据。
[0073] 山体表面位移，一般情况下不会突然发生，这是一个缓慢、渐进的量变过程，当发展到一定程度才会产生质变，并发生滑坡灾害。在滑坡灾害发生之前的很长一段时间内，一般山体会因重力作用在某些区域产生裂缝，并随着时间的推移，裂缝会慢慢扩大。因此可以通过测量山体某些区域产生的裂缝的宽度变化情况来预测山体滑坡的情况。
[0074] 数据采集传输装置200具体用于：读取裂缝宽度数据并上传至监测装置300。
[0075] 监测装置300具体用于：接收和处理裂缝宽度数据，并根据数据处理结果进行预警分析和预警决策。
[0076] 在本发明的实施例中，可预先根据山体滑坡的历史数据或理论分析数据设置预警宽度阈值并保存在监测装置300中。
[0077] 在本发明的一个实施例中，当监测装置300接收到数据采集传输装置200上报的当前山体裂缝宽度数据为A，那么将A与预设的预警宽度阈值进行比较，若A大于或等于预设的预警宽度阈值时，则表示此时山体很有可能已经出现滑坡的现象，需要进行预警。
[0078] 在本发明的另一个实施例中，监测装置300可根据接收到的山体裂缝宽度数据与预警宽度阈值的比较结果，形成一山体位移状态表/状态图，以便于监测人员通过该山体位移状态表/状态图进行山体滑坡险情分析并制定相应的防治措施，进一步提高监测的效果。
[0079] 图5是本发明实施例提供的一种监测装置的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0080] 如图5所示，该监测装置300包括：数据处理单元301和预警分析决策单元302。
[0081] 数据处理单元301，用于接收数据采集传输装置200上传的山体表面位移数据。
[0082] 预警分析决策单元302，用于根据数据处理结果进行预警分析和预警决策。
[0083] 作为本发明的一个实施例，上述数据处理单元301具体用于：接收并判断山体表面位移数据与预设的门限值之间的大小关系。
[0084] 预警分析决策单元302具体用于：当检测到数据处理单元301的判断结果为山体表面位移数据大于预设的门限值时，输出预警信息。
[0085] 在本发明实施例中，预设的门限值可为山体表面位移预警阈值。预警信息包括：语音、文字或图像信息。例如，预警信息可为“XX地点的XX山山体滑坡一级警报”的语音信息。
[0086] 在本发明的一个优选实施例中，可预先建立一当前山体裂缝宽度与预设的山体裂缝宽度的比较结果(以两者的差值为例做说明)、险情等级和预警信息的预警关系映射表，监测装置300可根据该映射表的对应关系输出对应的预警信息，以警示当前山体的滑坡程度。其中a小于b。
[0087] 表1
[0088]
[0089] 一般来说，山体裂缝宽度越大，说明山体滑坡的情况越严重，反之越轻。若当前山体裂缝宽度达到预设的预警阈值时，根据上表1的预警关系映射表可输出不同程度的预警信号，以使监测人员可根据预警信息的情况大致推断出当前山体滑坡的险情严重程度，并根据此制定合适的防灾应对措施，大大提高了预警分析效率，有助于尽可能降低灾害带来的损失。
[0090] 可以理解的是，当当前山体裂缝宽度与预设的山体裂缝宽度的比较结果为小于0时，则不输出任何的警报信息，即表示当前山体并没有出现山体滑坡情况。
[0091] 图6是本发明实施例提供的另一种山体滑坡监测系统的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0092] 如图6所示，该系统与前述系统架构基本相同，其不同之处在于：还包括终端400。
[0093] 终端400，与监测装置300进行网络通信，用于根据预警信息向用户展示山体滑坡的情况。
[0094] 在本发明实施例中，终端400可以为手机、平板电脑、个人电脑、台式电脑、IPAD等。
[0095] 在本发明的一个示例性实施例中，当预警信息为“某山出现3级滑坡”的语音和文字信息，并且配有对应等级的山体滑坡模拟图像，那么终端400可将这些信息展示给用户，以使用户了解当前山体滑坡的情况，并配合相关部门做好及时的转移或其他防灾措施，进一步减小灾害的损失，保障生命安全。
[0097] 拉线位移传感器的工作原理如下：当直线位移或角位移发生变化，拉线伸缩，带动内轴旋转，高精度电位器同轴旋转产生电阻变化，再通过变送器将电阻信号转化成标准的电流或电压信号输出。内轴上装有精密旋力弹簧机构，以0.3KG恢复力作用于拉线上，保证拉线始终处于拉直状态。
[0098] 作为本发明的一个示例，测量装置为两个，分别相对地安装在山体裂缝之间的两侧边上，两个拉线传感器之间通过一拉线连接，当山体间的裂缝扩大时，两拉线传感器之间的拉线就会被拉长和拉直，并且准确地测量出拉线之间的距离，即为当前山体的裂缝宽度。
[0099] 可以理解的是，拉线传感器的数量可以为四个、六个、八个不等，分别安装在同一山体裂缝中的不同位置，同时或不同时测量山体的裂缝宽度，以提供更多组测量宽度数据，以防漏测或错测，提高测量的准确性和可靠性。
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