一種山洪地質災害綜合監測預警系統及實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及山洪地質災害監測預警技術領域，特別涉及一種山洪地質災害綜合監測預警系統及實現方法。
【背景技術】
[0002]我國是山洪地質災害多發國家，每年都會因災害帶來巨大損失。現有監測預警技術手段，在應對災害發生時，起到了一定的預警作用。但也存在以下問題:
1、缺少綜合監測手段。現有技術中，應對洪水災害的技術方案和應對泥石流、滑坡等地質災害的技術方案大多是相互獨立的，如對比文件《用于山洪災害監測的數據采集裝置》(公告號:CN105118238A)的技術方案涉及對洪水災害進行監測，對比文件《一種監測地質災害的方法及裝置》(公告號:CN104134321A)的技術方案涉及對泥石流、滑坡等地質災害進行監測，但在現實中，山洪災害發生時往往伴隨泥石流、滑坡等地質災害，單一的技術監測手段并不能滿足于災害監測預警的實際需要，這就要求對山洪地質災害的監測要采用綜合監測的技術手段才能達到很好的預警效果。
[0003]2、建設成本高。如現有技術對比文件《一種山區突發性洪水監測與預警系統及其構建方法》(公告號:CN102610059A)公開了一種山區突發性洪水監測與預警系統及其構建方法，該系統雖可以實現對洪水和泥石流、滑坡的監測，但由于該系統復雜的網絡拓撲結構，在實際應用中會導致系統運行可靠性降低，同時由于其方案各種傳感器眾多，也無形中加大了系統的建設成本，總體上該技術方案實用性不夠，在受地質災害威脅的偏遠山區無法大規模普及應用。
[0004]3、缺少現場自動報警機制。現有的災害監測預警系統技術方案如:對比文件《一種山區突發性洪水監測與預警系統及其構建方法》(公告號:CN102610059A)、《一種監測地質災害的方法及裝置》(公告號:CN104134321A)，其預警機制是由平臺從上至下的遠程預警模式，特別當危險災害情況突發時，這種對災情分析處理的預警過程往往是滯后的，所以山洪地質災害監測系統建立現場自動報警機制十分必要。
【發明內容】
[0005]為更好地滿足于廣大農村和偏遠山區群眾對自然災害監測預警實用技術的需求，減少災害給群眾帶來的巨大損失，彌補現有技術存在的問題，本發明提供了一種山洪地質災害綜合監測預警系統及實現方法，本技術方案充分利用物聯網及電子信息技術，本著“價格便宜、安裝簡便、方便聯網、大量部署、快速反應”的原則，對所要監測的危險區域，布設大量傳感器監測粧，把系統功能定位在監測粧組網后，快速獲取數據匯集所產生的規模效益上，從而為地質災害監測預警提供一種全新的技術方案。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種山洪地質災害綜合監測預警系統，包括預警平臺和至少一個無線傳感器網絡，所述無線傳感器網絡包括智能網關和多個監測粧，智能網關通過微功率無線通信和多個監測粧構成星型網絡架構，所述智能網關使用太陽能電源供電，其特征在于:所述監測粧包括洪水監測粧和振動監測粧。
[0007]洪水監測粧，對洪水水位報警等級進行監測，還對粧體自身的傾斜角度進行監測，所述水位報警等級和粧體傾斜角度監測數據由洪水監測粧通過微功率無線通信發送到智能網關，所述水位報警等級和傾斜角度到達設置的報警上限時，洪水監測粧進行現場告警；
振動監測粧，對粧體自身受沖擊導致的加速度和傾斜角度進行監測，所述加速度和粧體傾斜角度監測數據由振動監測粧通過微功率無線通信發送到智能網關，所述加速度和粧體傾斜角度達到設置的報警上限時，振動監測粧進行現場告警。
[0008]智能網關，通過硬加密身份認證技術接入預警平臺，所述智能網關根據現地降雨量的監測數據，以動態輪詢方式，接收所述無線傳感器網絡內各監測粧所發送的監測數據，并將所述監測數據通過無線遠程通信發送到預警平臺。
[0009]預警平臺，將智能網關傳輸的各監測粧的監測數據信息實時在GIS信息地圖中展示，所述展示包括用顏色直接反映出各洪水監測粧的水位報警等級，以此判斷洪水實際達到的高度，所述預警平臺還以Web形式對大眾進行實時預警展示。
[0010]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述的洪水監測粧外殼印有便于觀測的水尺高度線，所述洪水監測粧設定四級水位報警等級，所述水位報警等級以警戒水位線的形式在所述洪水監測粧外殼的水尺高度線上直觀標注，藍色水位報警等級表示洪水達到或超過洪水監測粧的設防IV級警戒水位線，黃色水位報警等級表示洪水達到或超過洪水監測粧的m級警戒水位線;橙色水位報警等級表示洪水達到或超過洪水監測粧的Π級警戒水位線;紅色水位報警等級表示洪水達到或超過洪水監測粧的最高I級警戒水位線。
[0011 ]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述的洪水監測粧含有多點液位開關傳感器、控制單元一、聲光報警器一和柱狀殼體，所述柱狀殼體為三段式殼體結構，每段殼體相互隔離，可以拆卸，下部殼體底部開口處設有濾網，用于對洪水中的泥沙、雜物進行過濾，安裝于中部殼體的控制單元一分別通過密封連接線與安裝于下部殼體的多點液位開關傳感器和安裝于上部殼體的聲光報警器一連接，所述聲光報警器一自帶有專用電池。
[0012]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述控制單元一，含有單片機一、光電隔離接口電路一、MEMS三軸加速度傳感器一、微功率無線通信模塊一和鋰電池，所述單片機一經光電隔離接口電路一和所述多點液位開關傳感器連接，用于對所述水位報警等級進行監測，所述水位報警等級和多點液位開關傳感器的輸出信號相關聯，所述單片機一和MEMS三軸加速度傳感器一連接，用于采集MEMS三軸加速度傳感器一的加速度數據，通過相關算法對MEMS三軸加速度傳感器一的傾斜角度進行測量，所述單片機一通過微功率無線通信模塊一將所述的水位報警等級和傾斜角度監測數據發送到智能網關，所述單片機一還經光電隔離接口電路一和所述聲光報警器一連接，用于控制聲光報警器一進行現場告塾目ο
[0013]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述振動監測粧，含有控制單元二、聲光報警器二和柱狀殼體，所述柱狀殼體為二段式殼體結構，每段殼體相互隔離，可以拆卸，安裝于下部殼體的控制單元二通過密封連接線與安裝于上部殼體的聲光報警器二連接，所述聲光報警器二自帶有專用電池。
[0014]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述控制單元二，含有單片機二、光電隔離接口電路二、MEMS三軸加速度傳感器二、微功率無線通信模塊二和鋰電池，所述單片機二和MEMS三軸加速度傳感器二連接，用于采集MEMS三軸加速度傳感器二的加速度數據，通過相關算法對MEMS三軸加速度傳感器二的傾斜角度進行測量，所述單片機二通過微功率無線通信模塊二將所述的加速度數據和傾斜角度監測數據發送到智能網關，所述單片機二經光電隔離接口電路二和所述聲光報警器二連接，用于控制聲光報警器二進行現場告警。
[0015]上述的山洪地質災害綜合監測預警系統，其特征在于:所述智能網關含有單片機三、加密芯片、微功率無線通信模塊三、GPRS通信模塊和RS485通信模塊，所述單片機三和加密芯片連接，加密芯片內置有加密算法，所述單片機三通過加密芯片獲取接入預警平臺所需的身份認證密鑰文件，所述單片機三通過微功率無線通信模塊三，以輪詢方式，依序向所述的無線傳感器網絡內的每個監測粧發送查詢指令，喚醒并接收所述無線傳感器網絡內的各監測粧所發送的的監測數據信息，所述單片機三通過RS485通信模塊采集現地雨量計的降雨量數據，根據現地降雨量的監測數據動態調整輪詢的時間，所述單片機三通過GPRS通信模塊，將接收的所述無線傳感器網絡內各監測粧所發送的監測數據信息，遠程發送到預警平臺，所述單片機三還通過GPRS通信模塊接收預警平臺的指令。
[0016]一種山洪地質災害綜合監測預警系統的實現方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，洪水監測粧，用于對洪水實時簡易監測，將所述洪水監測粧豎直固定于靠粧上，
大量布設于山洪溝河道沿岸、水庫、山塘壩前和易受洪水威脅的人口居住區、工礦企業、學校及村落、城鎮地勢低