一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及電子設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在三峽庫區(qū)，滑坡的孕育因素非常復(fù)雜，覆蓋面積極其廣泛，大部分滑坡發(fā)生時伴隨著惡劣的自然氣候和其它地質(zhì)災(zāi)害，其發(fā)生的時間和運動的方式難以精確預(yù)測，治理方式較為復(fù)雜，治理資金非常昂貴，從而導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的滑坡預(yù)警方法難以達到要求的效果。因此，針對三峽庫區(qū)這一獨特的土質(zhì)環(huán)境，采用一種精確有效的滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置，及時開展三峽庫區(qū)內(nèi)滑坡的研究及預(yù)警工作，保障人民的生命財產(chǎn)安全，顯得尤為重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，解決由三峽庫區(qū)獨特的地理環(huán)境導(dǎo)致的一般監(jiān)測裝置不能對滑坡進行有效預(yù)警的問題，能對三峽庫區(qū)滑坡情況進行實時的監(jiān)測，并通過不同評估結(jié)果發(fā)布不同程度的報警模式。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)與中繼點節(jié)點系統(tǒng)之間進行無線通信，中繼點節(jié)點系統(tǒng)與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)之間通過4G網(wǎng)絡(luò)通信。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)包括依次連接的傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊、第一處理器模塊、第一無線傳輸模塊。所述中繼點節(jié)點系統(tǒng)包括依次連接的第二無線傳輸模塊、調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)化模塊、第二處理器模塊、SIM模塊。所述監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括監(jiān)控中心。所述第二無線傳輸模塊接收第一無線傳輸模塊發(fā)出的無線信號，監(jiān)控中心接收SIM模塊發(fā)出的信號。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)分別連接第一電源模塊、第二電源模塊、第三電源模塊；第一電源模塊、第二電源模塊采用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，并通過全橋整流電路整流成穩(wěn)定的直流電后，向傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)供電；第三電源模塊采用220V交流電對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)供電。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)包括：微型孔隙壓力傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤孔隙水壓力信號的采集；微型土壓力傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤壓力信號的采集；土壤水分傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面含水量信號的采集；振動傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤振動信號的采集；拉線式位移傳感器，用于滑坡監(jiān)測面位移信號的采集。本發(fā)明一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，技術(shù)效果如下：1：SIM模塊采用SIM卡進行實時通訊，可以對故障區(qū)域進行實時定位。2：第一電源模塊與第二電源模塊采用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，有效的彌補了滑坡監(jiān)測地區(qū)用地不方便的問題。3：監(jiān)控中心采用的預(yù)警方式包括網(wǎng)站公布、APP消息推送以及短信推送，簡單有效并節(jié)省監(jiān)測系統(tǒng)的成本。4：傳感器節(jié)點系統(tǒng)與中繼點節(jié)點系統(tǒng)的測點布置，有效的提高了監(jiān)測預(yù)警裝置的有效性。5：傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)分別進行初級評估、中級評估、終極評估，是監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有實時性，并有更高的效率。6：第一微處理器模塊中特有算法采用多層次模糊綜合評價體系，通過設(shè)定區(qū)域分塊穩(wěn)定性因素集U＝{u1,u2,…,un}，特征信號穩(wěn)定因數(shù)ui＝{ui1,ui2,…,uim}，對每一個ui進行模糊綜合判斷，得出了有效評分結(jié)果。7：第二微處理器模塊中特有算法采用SNESIM算法，通過對監(jiān)測預(yù)警點周圍情況進行模擬分析后與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，得出了有效結(jié)果。8：監(jiān)控中心含有專家系統(tǒng)，可以通過對原始數(shù)據(jù)資料庫中的信息的調(diào)用與推理，得出結(jié)果，從而與步驟2中結(jié)果進行比對，得出了有效結(jié)果。附圖說明圖1為本發(fā)明的控制框圖。圖2為本發(fā)明中運用于多層次模糊綜合的評價體系。圖3為本發(fā)明中傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)的布置圖。圖4為本發(fā)明中運用于SNESIM算法的區(qū)域模塊劃分示意圖。圖5為本發(fā)明中運用于SNESIM算法的分析比對參量示意圖。具體實施方式如圖1所示，一種用于三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)與中繼點節(jié)點系統(tǒng)之間進行無線通信，中繼點節(jié)點系統(tǒng)與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)之間通過4G網(wǎng)絡(luò)通信。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)包括依次連接的傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊3、第一處理器模塊4、第一無線傳輸模塊5。其中傳感器模塊1采用自制的微型孔隙壓力傳感器、微型土壓力傳感器、土壤水分傳感器、振動傳感器、拉線式位移傳感器；數(shù)據(jù)采模塊2采用XR440PocketLogger，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊3采用A/D轉(zhuǎn)化器ADC0801，第一處理器模塊4采用，第一無線微處理器STM32傳輸模塊5采用無線傳輸芯片CC2530，所述中繼點節(jié)點系統(tǒng)包括依次連接的第二無線傳輸模塊6、調(diào)理電路7、A/D轉(zhuǎn)化模塊8、第二處理器模塊9、SIM模塊10。第二無線傳輸模塊6無線傳輸芯片CC2530，調(diào)理電路采用XR440PocketLogger，A/D轉(zhuǎn)化模塊8采用A/D轉(zhuǎn)化器ADC0801，第二處理器模塊9采用8051單片機，SIM模塊10采用SIM卡。所述監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括監(jiān)控中心11。監(jiān)控中心11采用數(shù)據(jù)服務(wù)器主機(PC機)所述第二無線傳輸模塊6接收第一無線傳輸模塊5發(fā)出的無線信號，監(jiān)控中心11接收SIM模塊10發(fā)出的信號。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)分別連接第一電源模塊、第二電源模塊、第三電源模塊；第一電源模塊、第二電源模塊采用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，并通過全橋整流電路整流成穩(wěn)定的直流電后，向傳感器節(jié)點系統(tǒng)、中繼點節(jié)點系統(tǒng)供電；第三電源模塊采用220V交流電對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)供電。所述傳感器節(jié)點系統(tǒng)包括：微型孔隙壓力傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤孔隙水壓力信號的采集；微型土壓力傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤壓力信號的采集；土壤水分傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面含水量信號的采集；振動傳感器，用于對滑坡監(jiān)測面土壤振動信號的采集；拉線式位移傳感器，用于滑坡監(jiān)測面位移信號的采集。一種三峽大壩壩體的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法，步驟1：用傳感器節(jié)點系統(tǒng)對滑坡情況進行初級評估，傳感器模塊1對滑坡參數(shù)進行相應(yīng)采集；數(shù)據(jù)采集模塊2對傳感器模塊1數(shù)據(jù)進行濾波、放大處理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊3對數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊2傳輸?shù)母鞣N信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，傳輸?shù)降谝惶幚砥髂K4，由第一處理器模塊4中特定算法處理后，將結(jié)果傳輸?shù)降谝粺o線傳輸模塊5，由第一無線傳輸模塊5將信號轉(zhuǎn)化為無線信號進行傳輸，其中，當(dāng)風(fēng)險評估為優(yōu)秀；0～20分、良好:20～40分時，第一處理器模塊4只傳輸原始檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)險評估為普通與普通以下時，第一處理器模塊4傳輸原始檢測數(shù)據(jù)并發(fā)出報警信號與評估結(jié)果；步驟2：用中繼點節(jié)點系統(tǒng)對滑坡情況進行中級評估，由第二無線傳輸模塊6對第一無線傳輸模塊5發(fā)出的無線信號進行接收，并傳輸?shù)秸{(diào)理電路7進行濾波、放大處理后傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)化模塊8，將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)降诙幚砥髂K9，由第二處理器模塊9中特定算法處理后，將結(jié)果傳輸?shù)絊IM模塊10，由SIM模塊10對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出信號，其中，當(dāng)中繼點節(jié)點系統(tǒng)只收到一個或未收到傳感器節(jié)點系統(tǒng)的預(yù)警信號時，中繼點節(jié)點系統(tǒng)中第二處理器模塊9不進行其特定算法，當(dāng)中繼點節(jié)點系統(tǒng)同時接收到兩個傳感器節(jié)點系統(tǒng)的預(yù)警信號時，中繼點節(jié)點系統(tǒng)中第二處理器模塊9進行特定算法，且當(dāng)評價為優(yōu)秀與良好時，中繼點節(jié)點系統(tǒng)只向監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)傳遞原始監(jiān)測信號，否則，中繼點節(jié)點系統(tǒng)向監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)傳遞原始監(jiān)測信號，并傳遞報警信號與評估結(jié)果；步驟3：用監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對滑坡情況進行終極評估，由監(jiān)控中心11對SIM模塊10發(fā)出的信號進行接收，并通過歷史數(shù)據(jù)比對后，得出最終結(jié)果，并通過互聯(lián)網(wǎng)或APP等網(wǎng)絡(luò)工具發(fā)出預(yù)警信號。步驟1中，第一處理器模塊4中特有算法采用多層次模糊綜合評價體系，通過設(shè)定區(qū)域分塊穩(wěn)定性因素集U＝{u1,u2,…,un}，特征信號穩(wěn)定因數(shù)ui＝{ui1,ui2,…,uim}，對每一個ui進行模糊綜合判斷，得出最終評分結(jié)果。步驟2中，第二處理器模塊9中特有算法采用SNESIM算法，通過對監(jiān)測預(yù)警點周圍情況進行模擬分析后，與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，從而得出具體的判斷結(jié)果。步驟3中，監(jiān)控中心11含有專家系統(tǒng)，可以通過對原始數(shù)據(jù)資料庫中的信息的調(diào)用與推理，得出結(jié)果，從而與步驟2中結(jié)果進行比對，得出最終結(jié)果。SIM模塊10采用SIM卡進行實時通訊，可以對故障區(qū)域進行實時定位。監(jiān)控中心11采用的預(yù)警方式包括網(wǎng)站公布、APP消息推送以及短信推送。如圖2所示，多層次模糊綜合評價以打分的形式對目標(biāo)狀態(tài)進行評估。設(shè)定區(qū)域分塊穩(wěn)定性因素集為U＝{u1,u2,…,un}，將U中的ui設(shè)定為特征信號穩(wěn)定因數(shù)，ui＝{ui1,ui2,…,uim}，對每一個ui進行模糊綜合判斷，其中u1為土壤壓力穩(wěn)定因數(shù)，u2為孔隙水壓力穩(wěn)定因數(shù)，u3為土壤振動穩(wěn)定因數(shù)，u4為土壤含水量穩(wěn)定因素，u5為位移穩(wěn)定因數(shù)。A類評分量評價方法為：危險程度12345級別IIIIIIIVV評估分?jǐn)?shù)0～2020～4040～6060～8080～100通過不同土質(zhì)情況對土壤壓力u1、孔隙水壓力u2、土壤振動u3、土壤含水量u4四個A類評分量，進行5種不同的級別劃分，5種不同的級別劃分分別對應(yīng)5種不同的危險程度，危險程度1輸出為0～20分，危險2輸出20～40，危險程度3輸出40～60，危險程度4輸出60～80，危險程度5輸出80～100。通過輸出的u1、u2、u3、u4進行加權(quán)平均處理，得出A類評分結(jié)果，其評分規(guī)則為：最后，根據(jù)f(uA)分?jǐn)?shù)對對傳感器節(jié)點系統(tǒng)所在區(qū)域滑坡情況進行風(fēng)險評估，分別為優(yōu)秀(0～20分)、良好(20～40分)、普通(40～60分)、異常(60～80分)、危險(80～100分)，當(dāng)風(fēng)險評估為優(yōu)秀(0～20分)、良好(20～40分)時，第一處理器模塊4只傳輸原始檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)險評估為普通與普通以下時，第一處理器模塊4傳輸原始檢測數(shù)據(jù)并發(fā)出報警信號。B類評分量評價方法為：危險程度12345級別IIIIIIIVV評估分?jǐn)?shù)0～2020～4040～6060～8080～100對位移u5進行5種不同的級別劃分，5種不同的級別劃分分別對應(yīng)5種不同的危險程度，危險程度1輸出為0～20分，危險2輸出20～40，危險程度3輸出40～60，危險程度4輸出60～80，危險程度5輸出80～100。通過輸出的u5，得出B類評分量，其評分規(guī)則為：f(uB)＝f(u5)最后，根據(jù)f(uB)分?jǐn)?shù)對對傳感器節(jié)點系統(tǒng)所在區(qū)域滑坡情況進行風(fēng)險評估，分別為優(yōu)秀(0～20分)、良好(20～40分)、普通(40～60分)、異常(60～80分)、危險(80～100分)，當(dāng)風(fēng)險評估為優(yōu)秀(0～20分)、良好(20～40分)時，第一處理器模塊4只傳輸原始檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)險評估為普通與普通以下時，第一處理器模塊4傳輸原始檢測數(shù)據(jù)并發(fā)出報警信號。同時，A類評分量與B類評分量并行存在，報警信號發(fā)出互不影響。如圖3所示，中繼節(jié)點系統(tǒng)都位于兩個傳感器節(jié)點系統(tǒng)的交叉部位，當(dāng)中繼節(jié)點系統(tǒng)同時收到兩個傳感器節(jié)點系統(tǒng)所傳輸?shù)膱缶盘柡?，啟動SNESIM算法。如圖4所示，SNESIM算法中，首先對中繼節(jié)點系統(tǒng)所在其余進行分塊劃分，分別為分塊1、分塊2、分塊3、分塊4、分塊5、分塊6、分塊7、分塊8、分塊9，以分塊5為例，當(dāng)分塊5啟動SNESIM算法后，根據(jù)分塊5的滑坡狀態(tài)，開始假設(shè)分塊5周圍有8個滑坡狀態(tài){SK,K＝1，2，...8}，對這8種狀態(tài)的進行數(shù)學(xué)建模，同時，對真實的8個滑坡狀態(tài){SJ,J＝1,2,...8}進行數(shù)據(jù)獲取后與8種狀態(tài)的進行數(shù)學(xué)建模進行比對分析。如圖5所示，運用于基于SNESIM算法的分析比對參量，其評估結(jié)果以分?jǐn)?shù)的形式出現(xiàn)：1.當(dāng)SK與SJ比對結(jié)果為0～20％相似度時，輸出0～20分；2.當(dāng)SK與SJ比對結(jié)果為20～40％相似度時，輸出20～40分；3.當(dāng)SK與SJ比對結(jié)果為40～60％相似度時，輸出40～60分；4.當(dāng)SK與SJ比對結(jié)果為60～80％相似度時，輸出60～80分；5.當(dāng)SK與SJ比對結(jié)果為80～100％相似度時，輸出80～100分。評價分為5種狀態(tài)：優(yōu)秀、良好、普通、異常、危險，其中優(yōu)秀(0-20)、良好(20-40)、普通(40-60)、異常(60-80)、危險(80-1000)，其所對應(yīng)的隸屬函數(shù)模型：具體的，使用時，傳感器模塊1對滑坡參數(shù)進行相應(yīng)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊2，數(shù)據(jù)采集模塊2對數(shù)據(jù)進行濾波、放大等調(diào)整后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊3，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊3傳輸過來的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)降谝惶幚砥髂K4，由第一處理器模塊4中特定算法處理后，將結(jié)果傳輸?shù)降谝粺o線傳輸模塊5，由第一無線傳輸模塊5將信號轉(zhuǎn)化為無線信號進行傳輸，其中，當(dāng)風(fēng)險評估為優(yōu)秀(0～20分)、良好(20～40分)時，第一處理器模塊4只傳輸原始檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)險評估為普通與普通以下時，第一處理器模塊4傳輸原始檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)出報警信號與評估結(jié)果。當(dāng)?shù)诙o線傳輸模塊6接收到第一無線傳輸模塊5發(fā)出的無線信號后傳輸?shù)秸{(diào)理電路7進行濾波、放大等調(diào)整后傳輸A/D轉(zhuǎn)化模塊8，將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)降诙幚砥髂K9，由第二處理器模塊9中特定算法處理后，將結(jié)果傳輸?shù)絊IM模塊10，由SIM模塊10對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出信號，其中當(dāng)中繼節(jié)點系統(tǒng)只收到一個或未收到傳感器節(jié)點系統(tǒng)的預(yù)警信號時，中繼節(jié)點系統(tǒng)中第二處理器模塊9不進行其特定算法，當(dāng)中繼節(jié)點系統(tǒng)同時接收到兩個傳感器節(jié)點系統(tǒng)的預(yù)警信號時，中繼節(jié)點系統(tǒng)中第二處理器模塊9進行特定算法，且當(dāng)評價為優(yōu)秀與良好時，中繼節(jié)點系統(tǒng)只向監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)傳遞原始監(jiān)測信號，否則，中繼節(jié)點系統(tǒng)向監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)傳遞原始監(jiān)測信號，并傳遞報警信號與評估結(jié)果。由監(jiān)控中心11對SIM模塊10發(fā)出的信號進行接收，并通過歷史數(shù)據(jù)比對后，得出最終結(jié)果，并通過互聯(lián)網(wǎng)或APP等網(wǎng)絡(luò)工具發(fā)出預(yù)警信號。當(dāng)前第1頁1 2 3