[發明專利]一種大型水利工程裂縫與伸縮縫變化定量監測系統及其預測方法

在審

• 申請號: 201510082248.1
• 申請日: 2015-02-08
• 公開（公告）號: CN104618504A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張朝利
• 申請（專利權）人: 張朝利
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W84/18;G01N21/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于大型水利工程(如大壩、水利樞紐)的安全檢測領域，特別涉及一種大型水利工程裂縫與伸縮縫變化定量監測系統及其預測方法。

背景技術

對水利工程中的裂縫與伸縮縫應定期監測其現狀和發展趨勢，以便分析其變化的產生原因及其對水利工程安全的影響，并及時進行有效的治理。目前采用的技術，如中國專利CN103512545A一種混泥土大壩內部裂縫監測方法及監測技術，是在混凝土壩內平行布置兩條量程均不同的監測儀，當裂縫大小出現在儀器設定的范圍內時，即可測得裂縫變形值。中小型水庫土壩安全監測系統及預測分析(韓哲，湖南大學，碩士論文，2011.4)通過只能傳感器，電源自動管理系統與點對點實時網絡數字傳輸三者的綜合運用，并編制軟件系統，進行動態分析與安全評價。

基于ARM9的水壩安全監測系統設計(李鵬等，自動化儀表，2010，31(11)，P47-50)針對中小型水電站及水庫壩體的安全監測系統自動化不高的問題，設計了基于ARM9嵌入系統的網絡化監測系統。

綜上所述，現有技術對水利工程的安全監測起到保證性作用，但也存在一定的局限性，如，在土壩中埋設傳感器，電源都要定期更換，現場監測的線路很長，又架設在野外，外露的傳感器易受外界環境的破壞等，給水利工程監測帶來一定的隱患與不安因素。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明采用無線傳感網絡和圖像處理技術，并輔以一定的預測方法，實現大型水利工程的裂縫與伸縮縫變化進行定量監測及其趨勢預測。具體技術方案如下：

一種大型水利工程裂縫與伸縮縫變化定量監測系統，由監測節點、網關節點、監測中心電子計算機組成，監測節點是帶有攝像傳感器的ZigBee無線傳感網絡節點，監測節點經網關節點通過GPRS網絡與Internet網絡將水利工程裂縫與伸縮縫的圖像信息實時傳輸到監測中心電子計算機中，安裝在計算機上的專用計算軟件，定量計算出所監測水利工程裂縫與伸縮縫變化值，當變化值超出規定閾值時，計算機上自動顯示預警，同時將預警發送至操作人員手機上，從而對水利工程裂縫與伸縮縫的發展趨勢進行預測。

進一步的，監測節點由以下部件組成：攝像傳感器、信號調理電路、基于ZigBee通信協議的射頻發射模塊，其中攝像傳感器通過信號調理電路與基于ZigBee通信協議的射頻發射模塊連接，且均與光電源連接，光電源上連有電源管理芯片，統一控制供電；基于ZigBee通信協議的射頻發射模塊上連接有液晶顯示器和USB接口。

優選的，攝像傳感器為SAT系列紅外探測器。

優選的，基于ZigBee通信協議的射頻發射模塊是CC2430芯片。

進一步的，網管節點由以下部件：基于ZigBee通信協議的射頻接受模塊、微處理器、SIM卡座、GPRS模塊順次連接而成，它們均由風光電源供電，并由電源管理芯片統一執行供電管理。

優選的，微處理器選用AT91RM9200芯片。

一種大型水利工程裂縫與伸縮縫變化定量監測系統的預測方法，運用灰色預測方法，拓灰色預測模型充分利用裂縫與伸縮縫的形狀尺寸參數X₁、X₂、X₃把隨時間變化的尺寸累加求和，生成新的序列，用一條曲線逼近，逼近曲線還原后即為拓灰色預測模型。

有益效果

本發明與現有技術相比具有以下積極效果：(1)采用攝像頭傳感器，對水利工程裂縫和伸縮縫進行監測，是一種無接觸的，可以增加監測系統的可靠性，提高監測精度。(2)采用ZigBee網絡協議，由于靈活的網絡結構，超大的網絡容量，特別適合大型水利工程的安全監測。(3)采用無線傳感網絡，無需在水利工程上敷設大量導線，節約成本，降低施工難度。(4)無需工作人員定期巡回檢查監測系統，節約大量人力成本。(5)將ZigBee網絡、GPRS網絡和Internet網絡結合起來，適合大型與超大型水利工程的安全監測。(6)采用紅外攝像傳感器可不受天氣影響實施24小時監測。

附圖說明

圖1是一種大型水利工程裂縫與伸縮縫變化定量監測系統；

圖2是ZigBee網絡監測節點原理圖；

圖3是ZigBee網絡網關節點原理圖。

其中，1.監測節點；2.網關節點；3.GPRS網絡；4.Internet網絡；5.監測中心計算機；6.攝像傳感器；7.信號調理電路；8.基于ZigBee通信協議的射頻發射(接收)模塊；9液晶顯示器；10.USB接口；11.光電源；12.電源管理芯片；13.微處理器；14.風光電源；15.SIM卡座；16.GPRS模塊。