[实用新型]一种地表位移实时监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低成本的山体滑坡实时监测技术，特别是针对山体滑坡导致地表位移的低成本实时监测技术。

背景技术

由于特殊的地质构造，山体滑坡成为我国西部地区最为广泛的一种次生地质灾害。山体滑坡监测就是通过各种技术方法来预测滑坡的趋势，是预防滑坡的主要手段。通过滑坡监测，可以了解和掌握滑坡体的演变过程，及时捕捉滑坡灾害的特征信息，为预防滑坡提供科学依据。目前，用于滑坡监测的技术方法，概括起来有3类：1）人工测量技术；2）GPS测量系统；3）地灾传感器监测系统。上述监测技术中，人工测量要求监测人员在现场完成对数据的采集，不仅自动化程度低，劳动量大，而且不能实现实时监测；第2）和第3）两种技术虽然解决了实时监测问题，但系统造价高、施工难度大、维护困难，难以大规模推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种低成本的地表位移实时监测系统，它利用无线传感器网络(Wireless Senior Network，WSN)节点自定位技术，直接获取地表位移发生信息，不仅可以完全取消地灾监测传感器，而且可以远程接收地灾信息，具有价格低廉、施工简单、运行及维护费用少等特点。

本实用新型所述的一种地表位移实时监测系统，其包括位于滑坡现场的ZigBee网络、无线蜂窝网络以及位于监控中心的中央监控计算机(简称中央监控机)。现场ZigBee网络和中央监控机间通过无线蜂窝网络进行通信。

在需要进行滑坡监测的山体上布置ZigBee网络节点， ZigBee网络节点包括锚节点和定位节点，其中布置在滑坡体上的ZigBee网络节点称为定位节点，布置在滑坡体周围稳定基岩或物体上的ZigBee网络节点称为锚节点，锚节点的坐标位置不变，且为已知。所述锚节点和定位节点利用ZigBee的自组织网络通信方式，组成一个位于滑坡现场的无线传感器网络；

在所述锚节点中指定一个为现场主站，现场主站上集成有GPRS通信模块，通过无线蜂窝网络与监控中心的中央监控机进行通信，监控中心的中央监控机上保存有各定位节点的原始坐标数据。

所述中央监控机通过对比分析定位节点坐标数据的变化，来确定地表位移的发生，由此发出地表位移发生时间和位移量等警报信息。

由于无线电波在传播过程中的能量损耗跟传播距离间存在着特定的关系。利用该特性，当山体滑坡产生地表位移时，相应的定位节点与锚节点间的距离就会发生变化，该距离变化必然在ZigBee网络中定位节点与锚节点间的通信能量损耗上反映出来；反之，如果测出定位节点与锚节点间的能量损耗值发生了变化，即可说明有地表位移发生。此时，通过计算各个定位节点新的坐标位置，并远传给监控中心的中央监控机。中央监控机将定位节点本次定位的位置坐标数据和定位时间存入数据库，然后读取定位节点的原始坐标数据跟本次位置坐标数据作比较，即可确定地表位移量，并发出地表位移发生时间和位移量等警报信息。

利用上述系统进行地表位移实时监测的过程如下：

监控中心的中央监控机上保存有各定位节点的原始坐标数据。

中央监控机向现场ZigBee监测网络发定位指令，设置定位周期，随后接收现场主站发回的定位节点的位置坐标数据。所述定位节点是通过运行优化RSSI定位算法得到自身位置坐标数据，并经现场主站将位置坐标数据传输到中央监控机。

如中央监控机接收到的定位节点位置坐标数据与其原始坐标数据一致，说明未发生地表位移，滑坡体稳定。

如中央监控机接收到的定位节点位置坐标数据与其原始坐标数据不一致，说明滑坡体出现滑动，存在滑坡的危险，此时，又分两种情况处理：

1）. 当定位节点位置坐标数据与原始坐标数据不一致且为无效定位信息（即全部为0）时，监控计算机立即发出重复定位指令，验证本次定位数据的正确性。

若连续至少2次验证依然为无效定位信息时，说明滑坡已发生，立即发出滑坡（故障）警报。

若重复定位数据恢复为原始坐标数据，则按原定位周期继续对滑坡体进行监测。

2）当定位节点位置坐标数据与原始坐标数据不一致且为有效定位数据时，则缩短定位周期，继续获取定位节点的位置坐标数据。

如果定位节点位置坐标数据至少连续3次发生变化，立即发出滑坡警报。

如果定位节点位置未出现连续变化，说明滑坡体虽有滑动，但目前暂时稳定，此时，不发出滑坡警报，但按缩短的定位周期，继续对滑坡体进行监测。

由上述系统和方法可见，本实用新型具有如下有益效果：