[发明专利]基于无线传感器网络的边坡实时安全监控系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程安全监控研究领域，具体涉及基于无线传感器网络的边坡实时安全监控系统。

背景技术

对于大型复杂边坡，除采取及时有效的支护措施外，布设完善先进的安全监测系统、对监测成果及时分析反馈，是边坡安全施工和动态优化的重要保障。安全监测作为边坡工程不可缺少的重要组成部分，能够监控边坡施工期和运行期的安全，并为施工期信息化设计提供客观真实的资料和指导现场施工。因此，边坡安全监测体系随着社会经济的发展越来越得到高度重视。尤其20世纪90年代以来，岩土工程安全监测手段的硬件和软件得到迅速发展，监测范围不断扩大，监测自动化系统、监测数据信息管理系统、安全预警系统技术也在不断发展。目前，工程安全监测已基本成为岩土工程设计的必要手段，安全监控成为岩土工程信息化设计、安全评价不可缺少的重要组成部分和工程设计、施工质量控制的主要手段之一。

现有边坡监测系统各监测点和监测区域与中心控制站间采用有线方式连接。但边坡一般监测地域范围广，传统监测线缆敷设是一项复杂工程，而且价格昂贵，且监测测点调整、扩充、维护都很不方便，而且监测数据的检测、传输到接收、处理都没有真正实现数字化和网络化，空间和时间监测的连续性未能真正得到满足，影响了监测资料传输和分析的实时性和准确性，从而不能对边坡发展状况进行实时动态反馈分析评价。

随着传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的迅速发展，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络从智能感知检测、传输到接收、处理全程数字化方式，实现在恶劣环境中边坡数据可靠监测采集与大范围数据实时安全传输。可对岩土体内部位移、应力、渗流渗压、水位、加固效果等进行连续实时监测，及时捕捉边坡性状变化的特征信息，通过无线方式将监测数据及时发送到远程边坡安全监控分析系统。无线传感器网络的自动化远程监测系统，是综合了数据采集、微小信号处理、现代网络、短距离无线通信、嵌入式计算机、分散式信息处理等多学科新兴前沿技术，能构成恶劣环境中的数据采集远程监测网络系统。实现对复杂地区高边坡实时在线高精度监测与传输，实现无人值守边坡远程监测预警自动化，为我国环境复杂地区岩土体工程安全施工和运行提供保障。

发明内容

本发明的目的在于改进现有边坡安全监控系统和技术方法的不足，提出了一种基于无线传感器网络的边坡实时安全监控系统，涉及岩土工程安全监控领域。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于无线传感器网络的边坡实时安全监控系统，其特征在于：包括n个结构相同的边坡监测区域数据采集层以及数据传输层和边坡远程安全监控中心；边坡监测区域数据采集层覆盖众多边坡监测区域，由m个终端信息采集节点以及路由节点和协调器节点组成；数据传输层由具有接入Internet网络的GPRS/CDMA数传设备构成；m个终端信息采集节点通过ISM频段与路由节点通信，协调器节点采用ZigBee无线网络方式与路由节点连接，协调器节点并通过GPRS/CDMA数传设备与边坡远程安全监控中心连接。

优选地，所述终端信息采集节点包括传感器模块、数据处理和控制模块、无线收发模块和电源模块，其中传感器模块由传感器串接数/模转换模块构成，数据处理和控制模块由存储器连接微处理器构成，无线收发模块由收发器外接天线构成，数/模转换模块和收发器分别与微处理器连接，电源模块给传感器模块、数据处理和控制模块、无线收发模块供电。

优选地，所述终端信息采集节点还包括移动管理模块和定位模块，所述移动管理模块和定位模块分别与微处理器连接。

优选地，所述传感器包括位移、压力、渗流、降水和温度无线传感器。

优选地，所述的路由节点通过多跳路由辅助它的子节点终端信息采集节点完成通信，进行消息转发和数据传送，通过连接邻居节点来扩展网络覆盖范围。

优选地，所述的协调器节点是全功能设备FFD，包括网络通信模块、处理器模块、节点通信模块和电源模块；网络通信模块负责传感器网络分别与接入Internet网络的GPRS/CDMA数传设备通信，进行数据和信息的传递；处理器模块由存储器连接处理器组成，负责整个无线传感网络的控制和管理；节点通信模块负责与路由节点之间交互信息；电源模块负责其它模块的电源产生、电压变换和电源管理供电任务；其中处理器分别与网络通信模块和节点通信模块通信。

优选地，所述的边坡远程监控中心，是Web后台管理系统，包括监测数据的处理及显示、远程操作、采集设备远程管理、预警发布和用户管理系统，上述系统分别与GPRS/CDMA数传设备通信。