[发明专利]基于物联网技术的边坡倾斜度监测方法

说明书

一、所属领域

本发明涉及物联网技术应用于工程安全监测领域，利用传感器阵列对边坡进行长期的倾斜度监测。整个系统包括了传感器的组网和数据的无线采集，数据的无线传输和数据分析。

二、背景技术

从岩土力学的角度来看，边坡处治是通过某种结构人为给边坡岩土体施加一个外力作用或者通过人为改善原有边坡的环境，最终使其达到一定的力学平衡状态。但由于边坡内部岩土力学作用的复杂性，从地质勘察到处治设计均不可能完全考虑边坡内部的真实力学效应，我们的设计都是在很大程度的简化计算上进行的。为了反映边坡岩土真实力学效应、检验设计施工的可靠性和处治后的边坡的稳定状态，边坡工程防治监测具有极其重要的意义。边坡工程监测是边坡研究工作中的一项重要内容，随着科学技术的发展，各种先进的监测仪器设备、监测方法和监测手段的不断更新，使边坡监测工作的水平正在不断地提高。

目前的边坡安全检测都是利用传感器加采集处理设备的模式，这种模式存在着很多的缺点，现场需要布设大量的传输线，增加了很多劳动量和资金投入，而且还不便与日后的维护和维修。还有就是须要在现场建立数据分析处理站不便与集中管理。在目前的有线采集数据的方式中，一旦出现其中的某个传感器不能正常工作，将会影响整个系统中的其他传感器。

本专利在数据传输和供电上突破了目前的有线传输和有线供电的局限性，借助当今影响力越来越的物联网和太阳能供电这两大技术，实现了现场“零布线”的检测方案，对影响边坡安全的一个重要因素——边坡倾斜度利用自主研发的固定式测斜仪、GPRS无线传输模块等设备做了系统的监测。

三、发明内容

在基于物联网技术的边坡倾斜度监测系统中，主要是由现场监测设备和远程分析系统两部分组成。系统整体框图如图1所示是现场监测设备包括了固定式测斜仪网络阵列、Zigbee无线组网系统、GPRS远程无线数据传输模块和太阳能电池供电模块四部分组成，远程分析设备由专用PC机和配套的软件构成。

在物联网技术支持下由Zigbee无线传输模块把分散的固定式测斜仪阵列组成网络，再传输给GPRS无线传输模块，最终由GPRS模块传送到PC机上由专业软件进行分析。系统的数据流向如图2基于物联网技术的边坡倾斜度监测系统信号传输图所示，信号是由固定式测斜仪传给Zigbee无线传输模块再传给GPRS无线传输模块最终传给PC机。整个系统的现场实施如图6基于物联网技术的边坡倾斜度监测系统的实际安装图所示，固定式测斜仪固定在边坡的各个桥墩上，尤其是边坡的主塔上，通过Zigbee无线传输模块采集各个点的数据，最后连成网络，再由GPRS无线传输模块传送给PC机。

因此，本发明的技术方案为，一种基于物联网技术的边坡倾斜度监测方法，该监测系统包括固定式测斜仪网络阵列、Zigbee无线组网系统、GPRS远程无线数据传输模块和太阳能电池供电模块，远程分析设备由专用PC机和配套的软件构成，其特征在于：由Zigbee无线传输模块把分散的固定式测斜仪阵列组成网络，将监测数据传输给GPRS无线传输模块，最终由GPRS模块传送到PC机上由专业软件进行分析，其中信号传输路径为由固定式测斜仪传给Zigbee无线传输模块再传给GPRS无线传输模块最终传给PC机，固定式测斜仪固定在边坡的各个桥墩或者主塔上，通过Zigbee无线传输模块采集各个点的数据，最后连成网络，再由GPRS无线传输模块传送给PC机。

(一)现场监测设备

1)固定式测斜仪网络阵列

固定式测斜仪是用于测量边坡倾斜度的传感器，如图3所示它是由SCA100T探头及信号调理部分、有24位AD的MCU及算法实现部分和RS485传输三部分组成，其中SCA100T探头及信号调理部分的加速度传感器使用芬兰的SCA100T高精度倾角仪芯片，使精度达到0.0025弧度，即9弧秒，高于目前市场同类产品精度4倍，还应用了SCA100T高精度倾角仪芯片输出与重力加速度的近线性信号通过信号调理电路，低通滤波电路。给MCU模块提供两个稳定、标准、线性良好的正比于角度的电压信号。有24位AD的MCU及算法实现部分使用高性能的带有24位精度AD的数字模拟信号混合处理器，将信号采集电路做在传感器探头内部，避免各种不必要的误差。实现包括角度转换、温度补偿、线性补偿、数据RS485通信。RS485传输部分输出标准RS485信号。

2)Zigbee无线组网系统

在工程中固定式测斜仪是分散的安装在边坡上，每个固定式测斜仪检测得的是固定点的倾斜度，把安装在边坡上的固定式测斜仪组成网络阵列就形成了整个边坡的倾斜情况。本专利是基于物联网技术对现场的传感器即固定式测斜仪进行组网。