[发明专利]基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统

说明书

本发明公开了一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统，包括1个连接有WSN模块的上位机和N个连接有WSN模块的现场监测仪器；现场监测仪器通过与其连接的插入坝堤地表的16根探针获取坝堤监测信号，经预处理、采样、抗混滤波、频谱细化、谱线搜索后得到坝堤渗漏的频域特征信息并通过WSN网络传送到上位机，上位机软件通过实时监测数据的处理、分析与综合可定性分析坝堤内部结构变化情况，定量计算坝堤渗漏水的埋藏深度、渗漏水量。本发明的有益效果在于：能在低成本前提下获得较高工作效率，可以清晰地监测到坝堤内部分界线和确定渗漏点的位置，且设备轻便、应用广泛。

技术领域

本发明涉及一种灾害监测仪器，尤其是一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统。

背景技术

堤坝是堤和坝的总称谓，也泛指防水拦水的建筑物和构筑物。传统的堤坝主要有两大类：土石坝和混凝土坝；近年来，大型堤坝都采用高科技的钢筋水泥建筑。土石坝是用土或石头建造的宽坝，因为底部承受的水压比顶部的大的多，所以底部较顶部宽；土石坝多是横越大河建成的，用的都是既普通又便宜的材料；由于物料较松散，能承受地基的动摇，但水会慢慢渗入堤坝，降低堤坝的坚固程度，常会在堤坝表面加上一层防水的黏土，或设计一些通道，让一部分的水流走。混凝土坝多用混凝土建成，通常建筑在深而窄的山谷，因为只有混凝土才能承受堤坝底部的高水压；混凝土坝可以细分为混凝土重力坝、混凝土拱坝、混凝土支墩坝等，混凝土坝的主要特点是利用自身的重量来支撑水体压力。

堤身渗漏和基础管涌是河流、水库、湖区防洪工程中出现的两种最常见也是破坏性最大的地质灾害。河流、水库、湖区堤身渗漏和基础管涌的产生，除受外在水动力条件的控制外，堤身和基础的工程地质条件是最重要的因素。就管涌而言，地下水回水造成堤内地面涌水一般有三种情况：（1）当地下水回水水头压力大于盖层重量时，则盖层破坏，地下水涌出地面；（2）当盖层之上有地表水体时，此时地下水回水水头压力大于盖层重量与水柱压力之和时，盖层被破坏，地下水涌出地面；（3）在管涌层、流土层裸露区，当地下水回水位高于地面时，地下水涌出地面。因此，可靠监测河流、水库、湖区堤坝内地下水的活动情况，是防治渗漏、管涌的主要措施。

渗漏和管涌是坝堤破坏力最大的病害，其主要受到坝基工程和地质条件的双重影响。对坝堤渗漏进行监测并及时发现渗漏异常成为当前研究的重点课题。目前，我国测量渗漏的方法主要有钻孔取样法、人工巡查法、地球物理探测等。传统渗漏监测方法与勘测矿产的手段类似，只能监测到险情的出现，并不能精准地监测到渗漏数据和对险情进行预警，导致事故发生时并不能对其进行有效控制，危及人民生命财产安全。虽然，国内外许多学者都对坝堤渗漏监测进行过研究，并提出了基于瞬变电磁法、浅层地震法、探地雷达法等多种监测方法。这些方法的共同点是把寻找固体矿产的物探方法应用到坝堤渗漏监测上，仪器测量值反映的是地质体物性综合值，属于静态信息，这些方法只能够知道地下是否为低阻区，至于地下是否有水，水量有多大，水流速度是多少是无法知道的。能否发明一种可靠、高效监测坝堤渗漏的监测预警系统，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关的研究成果和产品报道。

发明内容

为了克服目前坝堤渗漏监测方法及设备存在的不足，本发明公开了一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统。

本发明采用的技术方案是：一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统，包括1个连接有WSN模块的上位机和N个连接有WSN模块的现场监测仪器；其特征在于：所述现场监测仪器由信号接入单元、特征提取与信号转换单元、CPU单元和WSN模块组成，信号接入单元在CPU单元控制下通过与其连接的插入坝堤地表的16根探针获取坝堤监测信号并输出到特征提取与信号转换单元，特征提取与信号转换单元在CPU单元控制下从监测信号中提取坝堤渗漏信息并转换为数字信号后送CPU单元，CPU单元对监测数字信号进行滤波、频谱细化、谱线搜索后得到坝堤渗漏的频域特征信息并通过WSN网络传送到上位机，上位机软件通过实时监测数据的处理、分析与综合可对坝堤渗漏进行定性、定量分析。