[發(fā)明專(zhuān)利]基于UWB的滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410322663.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104143252A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許寧;許東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 無(wú)錫藍(lán)賽科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G08B21/10
• 分類(lèi)號(hào): G08B21/10
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

滑坡是人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)面臨的最廣泛、受害最重和時(shí)間最長(zhǎng)的地質(zhì)災(zāi)害之一。特別是近幾十年來(lái)，人類(lèi)掠奪性地利用自然資源和開(kāi)發(fā)環(huán)境，導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境惡化，使得滑坡等地質(zhì)災(zāi)害更加頻繁地發(fā)生，對(duì)人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年發(fā)生滑坡、泥石流等各種地質(zhì)災(zāi)害數(shù)萬(wàn)起，造成數(shù)十萬(wàn)人受災(zāi)。另一方面，隨著大型水電站、水庫(kù)、公路、鐵路工程等基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，滑坡、塌陷等破壞性災(zāi)害，也嚴(yán)重影響著這些基礎(chǔ)設(shè)施的使用安全和使用壽命。?

滑坡災(zāi)害一般發(fā)生在地形起伏較大、斷裂發(fā)育、巖石破碎和多暴雨的地方。由于滑坡具有突發(fā)性強(qiáng)、不確定性大、受天氣影響大、分布范圍廣等特點(diǎn)，使監(jiān)測(cè)和預(yù)防工作存在很大的困難，能夠在災(zāi)害發(fā)生前做出預(yù)警的還不到十分之一。早在20世紀(jì)五六十年代，國(guó)外就開(kāi)展了邊坡的監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。1956年前蘇聯(lián)學(xué)者葉米里揚(yáng)諾娃編寫(xiě)了《滑坡觀測(cè)技術(shù)指南》一書(shū)，對(duì)滑坡位移觀測(cè)的原理、方法和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。目前，對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)的主要方法有：宏觀異常觀測(cè)法(如地表明顯位移、地裂等)、物探法、位移測(cè)量法、水位異常分析法、遙感航測(cè)法等。這些方法不僅需要利用大型、昂貴的儀器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還需要耗費(fèi)大量的人力、物力，很難推廣到廣大存在滑坡隱患的地區(qū)。?

隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，使得快速準(zhǔn)確地測(cè)量地表位移成為可能，以此為基礎(chǔ)的滑坡監(jiān)測(cè)方法受到了廣泛關(guān)注。例如，1990年開(kāi)始湖北省在位于長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)九彎溪斷裂與新灘巖崩區(qū)地段建立GPS滑坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，要利用地表位移實(shí)現(xiàn)滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警，需要對(duì)地表位移的測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)，并且進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些技術(shù)要求使得直接采用GPS對(duì)滑坡進(jìn)行組網(wǎng)監(jiān)控面臨費(fèi)用高、功耗大、實(shí)施困難的問(wèn)題，很難滿足鄉(xiāng)村、企業(yè)和個(gè)人對(duì)小型化、低成本、操作簡(jiǎn)便的滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。?

超寬帶(UWB)技術(shù)的發(fā)展，為區(qū)域高精度位置測(cè)量提供了一個(gè)可以替代GPS的實(shí)施方案。UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)間很短，具有功耗低、安全性高、不易產(chǎn)生干擾的優(yōu)點(diǎn)，可以非常方便地組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行位置測(cè)量和信息傳輸。?

UWB系統(tǒng)可以給出相對(duì)位置信息，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)，能夠滿足對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)的需求，且與GPS相比更為便宜，便于形成小型化、低成本、操作簡(jiǎn)便的滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有部署方便、成本低、可長(zhǎng)期無(wú)人值守運(yùn)行的特點(diǎn)，能夠提供準(zhǔn)確的滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，可以應(yīng)用于中小規(guī)模的山體滑坡監(jiān)測(cè)和報(bào)警。?

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是由多個(gè)微基站和位置標(biāo)簽組成的傳感網(wǎng)絡(luò)(如圖2所示)。位置標(biāo)簽包括：通信模塊、RF天線、UWB脈沖發(fā)生器、UWB天線和電源模塊(如圖4所示)。位置標(biāo)簽分布式部署于潛在的滑坡區(qū)域，接受指令發(fā)射UWB定位脈沖信號(hào)。微基站包括：ARM處理器、溫/濕度傳感器、振動(dòng)觸發(fā)器、MEMS加速度計(jì)、通信模塊、RF天線、UWB脈沖接收機(jī)、UWB天線、存儲(chǔ)器、報(bào)警器和電源模塊(如圖3所示)。微基站部署于地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的位置，接收位置標(biāo)簽發(fā)射的UWB定位脈沖信號(hào)，并解算位置標(biāo)簽的位移量。溫/濕度傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境溫/濕度信息；振動(dòng)觸發(fā)器檢測(cè)到異常的地下振動(dòng)時(shí)，觸發(fā)MEMS加速度計(jì)采集地下瞬時(shí)振動(dòng)信號(hào)。微基站對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，計(jì)算滑坡出現(xiàn)的概率，通過(guò)報(bào)警器發(fā)出時(shí)間分級(jí)報(bào)警信號(hào)。?

本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)地表位移、環(huán)境溫/濕度信息以及地下瞬時(shí)振動(dòng)異常對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地表位移反映了山體的變化狀態(tài)，能夠預(yù)測(cè)潛在的山體滑坡災(zāi)害；環(huán)境溫/濕度信息反映了經(jīng)常出現(xiàn)滑坡的環(huán)境狀態(tài)，能夠給出短期預(yù)警信息；地下瞬時(shí)振動(dòng)異常信號(hào)反映了山體的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠給出實(shí)時(shí)預(yù)警信息。?

本發(fā)明的有益效果是：?

1、部署方便：本發(fā)明采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)方式部署，位置標(biāo)簽和微基站可根據(jù)需要靈活部署在不同的位置；?

2、功耗低：本發(fā)明采用UWB技術(shù)進(jìn)行位移檢測(cè)，系統(tǒng)功耗低，可長(zhǎng)期無(wú)人值守運(yùn)行；?

3、分級(jí)報(bào)警：本發(fā)明可以給出不同時(shí)間等級(jí)的滑坡報(bào)警信息，能夠進(jìn)行長(zhǎng)期、短期和實(shí)時(shí)滑坡報(bào)警。?

附圖說(shuō)明

圖1滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖?

圖2滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署示意圖?

圖3微基站組成結(jié)構(gòu)框圖?

圖4位置標(biāo)簽組成結(jié)構(gòu)框圖?

圖5UWB脈沖定位工作流程?

具體實(shí)施方式