基于無線自組網(wǎng)群檢測泥石流預(yù)警傳感裝置、系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線自組網(wǎng)群檢測泥石流預(yù)警傳感裝置、系統(tǒng)及方法，所述的系統(tǒng)包括RTU(遠(yuǎn)程終端)和多個泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，每一個泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置作為一個MESH網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，RTU中集成有用于數(shù)據(jù)收集的集中器，RTU通過集中器與所有的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置無線通信連接。該基于無線自組網(wǎng)群檢測泥石流預(yù)警傳感裝置、系統(tǒng)及方法基于多傳感器協(xié)同實現(xiàn)泥石流監(jiān)測預(yù)警，具有顯著的社會效益。
【專利說明】基于無線自組網(wǎng)群檢測泥石流預(yù)警傳感裝置、系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于無線自組網(wǎng)群檢測泥石流預(yù)警傳感裝置、系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泥石流是發(fā)生在山地地區(qū)的一種地質(zhì)災(zāi)害，它是含有大量沙石塊的特殊山洪，具有突發(fā)、兇猛和破壞力強等特點。我國地貌類型復(fù)雜多樣，且以山地為主，約占全國陸地面積三分之二。由于山區(qū)地質(zhì)地貌錯綜復(fù)雜且處于東亞季風(fēng)區(qū)，暴雨頻發(fā)，加之人類行為，導(dǎo)致泥石流災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重的影響生態(tài)環(huán)境及民生。
[0003]泥石流的基礎(chǔ)研究和泥石流去的動態(tài)監(jiān)測必須進(jìn)行野外現(xiàn)場科學(xué)試驗觀測。傳統(tǒng)的泥石流監(jiān)測預(yù)警方法是在野外建立簡易監(jiān)測點，采用簡易的觀測方法，即主要利用人觀測雨量和發(fā)生泥石流后預(yù)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(jiān)測預(yù)警工作很難實施。目前國內(nèi)外基本采用長期監(jiān)測預(yù)報、中期監(jiān)測預(yù)報、短期監(jiān)測預(yù)報和臨監(jiān)測預(yù)報。長期監(jiān)測是數(shù)月到數(shù)年的趨勢預(yù)測，一般不大引起人們的注意。中短期預(yù)報是氣象部門對天氣預(yù)報信息，屬于險情監(jiān)測預(yù)報和防災(zāi)預(yù)報。臨監(jiān)測預(yù)報即零小時到數(shù)小時內(nèi)的預(yù)報，是依據(jù)每小時的雨量圖、雨勢情報、監(jiān)測儀器制定依據(jù)。對城鎮(zhèn)、工礦和交通運輸部門的泥石流臨災(zāi)避難與救助有重要意義。然而，現(xiàn)有的各種泥石流監(jiān)測預(yù)警方法和設(shè)備都存在科技含量不高、監(jiān)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(jìn)的泥石流監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)及方法以克服上述缺陷。
[0004]目前根據(jù)國家規(guī)范，臨災(zāi)泥石流的監(jiān)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(jiān)測規(guī)范》DZ/T0221-2006標(biāo)準(zhǔn)中，很大程度上是依據(jù)雨量強度R值來預(yù)警泥石流的發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線自組網(wǎng)泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，其特征在于，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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換器與MCU的輸入接口相連，MESH網(wǎng)絡(luò)控制器與MCU相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，其特征在于，還包括DC/DC模塊、電源管理器、比較器和D/A轉(zhuǎn)換器；D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端接MCU的一個數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸出端和地聲傳感器的輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，其特征在于，地聲傳感器、震動傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有信號調(diào)理及放大電路；在電池電壓檢測電路與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有阻抗變換和信號調(diào)理電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，其特征在于，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(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，其特征在于，所述的加速度傳感器(12)、地聲傳感器(11)、振動傳感器(10)和電池均位于由外管和外管蓋(I)形成的空腔內(nèi)；MESH網(wǎng)絡(luò)控制器中的天線固定在外管側(cè)壁上；所述的空腔內(nèi)設(shè)有由2個固定環(huán)(4)固定的內(nèi)管(3)，電池(14)置于內(nèi)管中；內(nèi)管頂部設(shè)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(fā)泡橡膠條(5)。
6.一種泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括RTU (遠(yuǎn)程終端)和多個如權(quán)利要求1-5任一項所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置，每一個泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置作為一個MESH網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，RTU中集成有用于數(shù)據(jù)收集的集中器，RTU通過集中器與所有的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置無線通信連接。
7.一種泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感監(jiān)測方法，其特征在于，由一個RTU和多個泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置組成MESH網(wǎng)絡(luò)，泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過MESH網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送給RTU ;所述的現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括震動數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)、地聲數(shù)據(jù)和電池電壓數(shù)據(jù)； RTU通過集成的集中器以無線方式收集泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置發(fā)出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過集中器發(fā)出指令以控制所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置； RTU對收集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，每一個傳感器都運行單獨設(shè)定閾值和權(quán)重，在設(shè)定時間范圍內(nèi)所有傳感器權(quán)重的積分超過設(shè)定閾值時則啟動報警，實現(xiàn)對泥石流災(zāi)害的實時監(jiān)測和預(yù)警； 所述的泥石流監(jiān)測預(yù)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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換器與MCU的輸入接口相連，MESH網(wǎng)絡(luò)控制器與MCU相連； 所述的泥石流監(jiān)測預(yù)警傳感裝置還包括DC/DC模塊、電源管理器、比較器和D/A轉(zhuǎn)換器；D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端接MCU的一個數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(lián)合控制，第一個是單片機發(fā)出來的使能信號(EN)，第二個是MESH模塊發(fā)出的ACT信號；ACT信號是MESH節(jié)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(jìn)行閾值比較輸出的QCFBJ信號，三個信號經(jīng)或門和單穩(wěn)聯(lián)合喚醒電源管理模塊的供電管理單元從而為MCU被供電，單片機被喚醒后輸出使能信號使電源管理模塊保持供電，完成數(shù)據(jù)采集和通信傳輸后通過電源管理模塊關(guān)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(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有信號調(diào)理及放大電路；在電池電壓檢測電路與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有阻抗變換和信號調(diào)理電路； 所述的泥石流監(jiān)測預(yù)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(cè)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)和電池均位于由外管和外管蓋(I)形成的空腔內(nèi)；MESH網(wǎng)絡(luò)控制器中的天線固定在外管側(cè)壁上；所述的空腔內(nèi)設(shè)有由2個固定環(huán)⑷固定的內(nèi)管(3)，電池(14)置于內(nèi)管中；內(nèi)管頂部設(shè)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】夏偉, 馮凱, 呂云華, 覃昱昱 申請人:湖南華中災(zāi)害預(yù)警研究開發(fā)有限公司