[發明專利]一種基于ZigBee的隧道自動化監測系統及其監測方法

在審

• 申請號: 201710032034.2
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107067690A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 黃林沖;梁禹;孫鵬飛
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02
• 代理公司: 廣州天河萬研知識產權代理事務所(普通合伙)44418
• 代理人: 劉強,陳軒

1.一種基于ZigBee的隧道自動化監測系統，其特征在于包括:

自動化數據采集系統, 包括傳感器、數據采集裝置和短距離無線發射接收裝置;在所述傳感器既有的數字接口和通信協議加裝自組網通信模塊，所述采集器內置符合IEEE 802.15.4無線協議的ZigBee嵌入式模塊；

無線遠程傳輸系統, 包括基站、遠程無線運輸裝置和服務器; 所述傳輸系統采用WCDMA方式進行遠程數據傳輸，并通過公網寬帶接入所述系統服務器；

用戶服務平臺，包括數據分析處理系統、智能化預警系統、管理中心和報表中心等處理系統。

2.根據權利要求1所述的無線自動化監測系統，其特征在于：所述的傳感器節點具有微處理器和存儲器，可對原始數據進行處理，剔除大量無效數據，大大減少需無線傳輸的數據量。

3.根據權利要求2所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的傳感器監測內容包括變形監測、內力監測、裂縫監測和地下水位監測，所述的變形監測包括水平凈空收斂、拱頂位移、土體分層豎向位移、周邊地表位移、周邊建筑位移、管線變形，所述的內力監測包括支護結構內力、錨桿軸力、圍巖壓力，裂縫監測包括隧道周邊地表裂縫和建筑物裂縫、支護結構裂縫；所述的傳感器可以根據測點所處位置選擇合適的監測儀器和設備，所述的傳感器優選地可選擇光纖光柵傳感器。

4.根據權利要求1所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的自動化數據采集系統可以實現對現場監測數據的自動采集、存儲和預處理，短距離無線傳輸和遠程控制。

5.根據權利要求1所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的用戶服務平臺能夠提供隧道模型管理、數據分析處理、安全評估、預警反饋、曲線及報表輸出、綜合管理等應用功能，平臺包括分析處理系統、智能化預警系統和系統管理中心等子系統；所述的數據分析處理系統可實現對監測數據的分析和處理，引入智能非線性預測方法，預測監測數據的發展趨勢，將分析結果以圖形和報表等多種方式輸出；智能化預警系統依據設定的預警值，對監測數據進行分析判斷，并做出相應的預警指示。

6.根據權利要求1所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的采集器能夠將所述的傳感器產生的數字信號通過無線通信方式發往無線發射接收裝置，所述的自組網通信模塊分別與無線發射接收裝置逐一配置，形成一對多點的分布式無線通信網。

7.根據權利要求6所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的分布式無線通信網系統可定時或隨時實現對測點實時數據的自動采集，所述測點采集器具有休眠和后臺喚醒功能，能夠通過現場配置或數據管理端原先加載接口協議，實時執行后臺采集和發送指令，無線發射接收裝置通過WCDMA分組交換方式與管理后臺建立雙向通信機制。

8.根據權利要求2所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述的傳感器節點可以根據施工進展隨機布置，節點自動配置管理，形成多級無線網，當某個節點故障時，其他節點自動尋找新的傳輸路徑，不影響整個網路的正常工作。

9.根據以上任一項權利要求所述的隧道自動化監測系統，其特征在于：所述自動化監測系統的監測方法如下：

首先，在傳感器節點既有的數字接口和通信協議加裝自組網通信模塊，且傳感器節點中具有微處理器和存儲器，傳感器節點對收集到的原始數據進行處理，剔除大量的無用數據后，將數據通過無線通信方式傳輸給數據采集裝置，所述數據采集裝置內置符合IEEE802.15.4無線協議的ZigBee嵌入式模塊，數據采集裝置對接收的傳感器傳來的監測數據進行自動采集、存儲和預處理，并將處理后的數據通過無線通信方式發往短距離無線發射接收裝置，所述的無線發射接收裝置與傳感器中加裝的自組網通信模塊通過數據采集裝置逐一配置，形成一對多點的無線分布式通信網，所述的無線分布式通信網系統可定時或隨時實現對測點實時數據的自動采集，所述的數據采集裝置具有休眠和后臺喚醒功能，能夠通過現場配置或數據管理端原先加載接口協議，實時執行后臺采集和發送指令，無線發射接收裝置收到數據采集裝置發來的數據后通過WCDMA傳輸給用戶服務平臺，并通過WCDMA分組交換方式與管理后臺建立雙向通信機制，所述的用戶服務平臺通過數據接收服務接口將數據接入平臺后供存儲、下載及各種后期處理等，實現對隧道的自動化監測。