專利名稱：基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及巖土工程領域，尤其基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置。
背景技術：
我國目前處于經濟建設高速發展時期，隨著一系列舉世矚目的重大工程，如“西電東送”、“南水北調”、“油氣管道”以及公路鐵路網建設等已經或即將實施。毫無疑問，這一地區的進一步開發，必將帶來更大規模、更大范圍的邊(滑)坡地質災害及相關的環境問題亟待研究解決。如2003年5月11日，貴州省三穗縣平溪特大橋開挖棄土滑坡毀壞橋墩，掩埋16間工房，造成35人死亡；2003年12月7日甘肅省蘭州至臨瀉高速公路K58+820處左側邊坡發生滑坡，造成7人死亡，I人受傷的重大事故；2007年5月10日，因清江水布埡水庫蓄水影響，湖北省巴東縣清太坪鎮木竹坪村發生滑坡災害，滑坡體積約600萬立方米，246戶658人緊急撤離；2010年6月28日，貴州關嶺縣發生山體滑坡，共造成38戶99人被埋死亡。從上所知，邊(滑)坡地質災害給國民經濟建設和人民生命財產帶來了巨大的損失。據近年來統計，因邊坡失穩形成的地質災害造成的損失每年竟達300億元。為了有效避免此類嚴重的邊(滑)地質災害事故的發生和給人民生命財產帶來損失，必須對邊坡的變形及穩定性進行實時監測和預警。
發明內容本實用新型的目的是提供一種基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，它實時地對邊坡災害進行智能預警，有效避免邊坡地質災害可能帶來的人員和財產的損失，以克服現有技術的不足。本實用新型是這樣實現的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，包括無線傳感器網絡，無線傳感器網絡與數據發射器連接；數據發射器與主干網連接，主干網與接收分析系統連接，在接收分析系統上連接有預警顯示屏。數據接收器包括協調器和GPRS網關。主干網為GSM、Internet或衛星網絡等。接收分析系統為連接有數據接收器的數據處理計算機。無線傳感器網絡的簇頭節點以無線Ad Hoc方式自組織形成網絡。無線傳感器網絡與數據發射器、數據發射器與主干網及主干網與室內接收分析系統之間均為無線連接。這樣有效避免數據傳送設備被人為破壞或環境腐蝕，也能保證災害發生過程中和災害發生后的數據的有效傳輸。與簇頭節點相連的簇頭為5個以上。這是基于聲發射源三維時差定位算法確定的，當簇頭個數大于等于5時，可以減小干擾誤差，計算出的聲發射源坐標也就更為準確。無線傳感器網絡是基于小波來分析的，可以用來提取任一頻率的聲發射信號，獲取的信號在達到簇頭節點之前，信號經過了相應的濾波處理，并經小波變換獲取特征頻段，簇頭把所有簇頭節點獲取的特征頻段匯聚在一起，進行信號重構，獲得最終的特征頻段，二次剔除了含有噪音的頻段，使獲得的聲發射災變信號更加可靠。由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本實用新型通過無線傳感器網絡采集邊坡早期災變的聲發射信號，通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數據發射器；數據發射器把匯聚的信息經過主干網傳送給室內接收分析系統，并將接收信號傳遞給接收分析系統的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區等采取相應的減災防災措施，從而達到邊坡災害智能預警的目的，為邊坡地質災害發生時的應急處理提供寶貴的時間，從而有效規避邊坡地質災害可能帶來的人員和財產的重大損失。本實用新型結構簡單，容易實施，并且具有二次降噪的功能，成本低廉，使用效果好。
附圖1為本實用新型的結構示意圖；附圖2為無線傳感器網絡對聲發射信號識別過程；附圖3為無線傳感器網絡的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的實施例基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置的結構如圖1所示，制作出與簇頭節點12相連接的5個無線傳感器網絡1，無線傳感器網絡I的簇頭節點12以無線Ad Hoc方式自組織形成網絡；無線傳感器網絡I與數據發射器2連接；數據發射器2與主干網3連接，主干網3與接收分析系統4連接，在接收分析系統4上連接有預警顯示屏5 ;數據接收器2包括協調器和GPRS網關；主干網3可采用GSM、Internet或衛星網絡等；接收分析系統4為連接有數據接收器的數據處理計算機；無線傳感器網絡I與數據發射器2、數據發射器2與主干網3及主干網3與室內接收分析系統4之間均為無線連接。無線傳感器網絡對聲發射信號識別過程如圖2所示，先將聲發射初期階段的災變信號6進行放大處理7，在濾波8完成后，進而對信號進行頻帶劃分9，所得的聲發射災變信號包括低頻信息A和高頻信息D ;然后經小波變換10，信號被分解到多個頻帶中；最后經過聲發射源的神經網絡局部識別11，即可得一個簇頭節點12的聲發射源數據的識別結果，簇頭I把所有的簇頭節點12的識別的特征頻段匯聚在一起，進行信號重構，去除其他噪音頻段，獲取了最終的特征頻段。在使用過程中，先將無線傳感器網絡I以埋設在存在潛在破壞的滑坡體內部，并在存在潛在破壞的滑坡體地段安裝上預警顯示屏5 ;邊坡作為一個天然的有機體，在發生地質災害前巖土體都會存在細觀的潛在破壞階段，并伴隨著相應的聲發射現象產生。設置在邊坡體內部的無線傳感器網絡簇頭I將采集邊坡災變初期階段的聲發射信號，以無線傳輸的方式發送到安裝在安全位置的數據發射器2，數據發射器2將信號經過主干網3傳輸給室內接收分析系統4，室內接收分析系統4的計算機以基于聲發射源三維時差定位方法定位聲源的具體位置，計算比較所發生的聲發射值與閾值的相關關系，并做出相應級別的預警措施，預警信息再通過通信電纜輸送給發生災害地段的預警顯示屏5，進而提醒過往車輛、行人或居民區等采取相應的減災防災措施。從而達到邊坡災害智能預警的目的，有效避免邊坡地質災害可能帶來的人員和財產的損失。
權利要求1.一種基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，包括無線傳感器網絡(1)，其特征在于:無線傳感器網絡(1)與數據發射器(2)連接；數據發射器(2)與主干網(3)連接，主干網(3)與接收分析系統(4)連接，在接收分析系統(4)上連接有預警顯示屏(5)。
2.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:數據接收器(2)包括協調器和GPRS網關。
3.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:主干網(3)為GSM、Internet或衛星網絡。
4.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:接收分析系統(4)為連接有數據接收器的數據處理計算機。
5.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:無線傳感器網絡(1)的簇頭節點以Ad Hoc方式自組織形成網絡。
6.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:無線傳感器網絡(1)與數據發射器(2)、數據發射器(2)與主干網(3)及主干網(3)與室內接收分析系統(4)之間均為無線連接。
7.根據權利要求1或5所述的基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，其特征在于:與簇頭節點相連的簇頭為5個以上。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感器網絡的邊坡地質災害智能監控預警裝置，包括無線傳感器網絡，無線傳感器網絡與數據發射器連接；數據發射器與主干網連接，主干網與接收分析系統連接，在接收分析系統上連接有預警顯示屏。本實用新型在邊坡體內部埋設無線傳感器網絡，利用無線傳感器網絡簇頭采集邊坡災變初期階段的聲發射信號，通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數據發射器；數據發射器把匯聚的信息以自定義的數據格式經過主干網傳送給室內接收分析系統，并將接收信號傳遞給接收分析系統的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區等采取相應的減災防災措施。
文檔編號G08B21/10GK202916963SQ20122036795
公開日2013年5月1日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者夏開宗, 吳楓, 包太 申請人:貴州大學