CN204376958U - 基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，包括信号转发装置和与所述信号转发装置通过无线宽带相连接的监控模块；所述信号转发装置与内部设置有数据监测运算报警服务器和视频监控存储服务器的现场监测管理装置电连接，所述信号转发装置与服务器模块电连接。该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统利用卫星定位技术、现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术等技术手段,实时在线获得形变体上监测点高精度的三维坐标，通过对坐标变化数据的定量分析实现对形变体的健康状态进行自动化判断，为科学决策提供技术依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及铁路滑坡监测系统技术领域，具体涉及一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统。
背景技术
铁路行业在滑坡监测技术上比较落后，主要是使用全站仪进行观察，但是它存在相当的不足；例如易受地形通视条件限制及天气状况影响，监测周期长，连续观测的能力差等；对安全监测工程师而言，新技术给我们带来的最大冲击就是现场监测，尤其是自动化监测：各种传感器安装在现场，自动采集系统按照要求的采样速率自动测读数据；传感器、数据采集系统以及数据管理等方面的技术进展，已经扩展应用于各类安全监测预警；滑坡是我国分布最为广泛的地质灾害类型，其特点是突发性强且危害巨大；有关部门对部分滑坡体进行了不同程度的监测，取得了部分宝贵的监测资料，个别单位还进行了监测数据库系统的开发研制；这些成果虽解决了当时工程活动中数据管理的难题，但普遍存在各种各样的不足；所以亟需一种基于北斗定位及无线传感网络最小路由跳数协议的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统利用卫星定位技术、现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术等技术手段,实时在线获得形变体上监测点高精度的三维坐标，通过对坐标变化数据的定量分析实现对形变体的健康状态进行自动化判断，为科学决策提供技术依据。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本实用新型采取的技术方案是：提供一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统包括信号转发装置和与所述信号转发装置通过无线宽带相连接的监控模块；所述信号转发装置与内部设置有数据监测运算报警服务器和视频监控存储服务器的现场监测管理装置电连接，所述信号转发装置与服务器模块电连接。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统具有的优点如下：
（1）该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统利用卫星定位技术计算机软硬件技术、网络技术、测控技术、现代通讯技术，加强对滑坡体的在线监视、监测和设备状态检测，实行多级综合监控，建立高效灵敏、反应快捷、运行可靠的滑坡体网络综合监控系统，提高滑坡体监控和应急响应水平，防止重特大事故的发生。
（2）该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统采用北斗系统和GPS等多系统联合定位监测，对滑坡体进行24小时实时变形监测，智能评估其安全状况，并对可能的滑坡险情进行提前预警，本方案融合了北斗高精度定位技术，进一步保障和提高了整个系统监测的安全性、稳定性和可靠性，大大提高了卫星定位系统在山区、山谷等狭窄遮挡严重区域的可用性。
（3）该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统将无线传感器网络部署在监测区域自动采集信息,藉此解决区域内高可靠信息采集与通信问题，特别是定位增强信息的可靠传递，通过调研，设计开发了一个低成本、低能耗，适用于多种应用环境的通用传感器网络平台，传感器节点的体积非常小，采用低功耗设计，且设计了一系列能量有效的网络协议。通过整合这些协议可以为多种应用提供优化的解决方案，解决部署在远距离和无人看管的区域时，节点失效网络拓扑易变问题。
（4）该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统采用视频监控设备与滑坡体监测系统相结合的方式，来实现对山体滑坡的监测及预警，帮助相关各部门之间快速反应及联动，及时高效地开展预防和应急处置，最大限度减少山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失。当系统发生某些预期的事件后（比如表面移动检测），将联动触发视频，辅助现场决策，系统都会按照预设定的联动完成相应的“操作”，自动向相关人员发布报警预警信息，不需要再人为干预，提高系统的智能化，节约管理成本。
（5）该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统借鉴故障预测与健康状态管理PHM的理念，可以预先诊断各部件或系统完成其功能的状态，包括确定部件的残余寿命或正常工作的时间长度，实现各系统部件的故障监测预测；根据诊断、预测信息、可用资源和使用需求对维修活动做出适当决策，保障系统的健康运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的结构示意图。
图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的结构示意图。
图3为该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统最小路由跳数梯度场建立过程示意图。
图4为该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统数据帧传输链路示意图。
其中：1、服务器模块；2、应用程序服务器；3、备份服务器；4、数据库服务器；5、数据库装置；6、现场监测管理装置；7、现场监督管理监控装置；8、监控控制器；9、视频监控存储服务器；10、声光报警器；11、数据监测运算报警服务器；12、短信收发装置；13、外部服务器；14、安检部门监控装置；15、WEB服务器；16、内部防火墙；17、降雨量监控装置；18、视频监控装置；19、地下水位监控装置；20、土壤含水率监控装置；21、滑坡体表面位移监控装置；22、裂缝计；23、监控模块；24、信号转发装置；25、滑坡体内部位移监控装置。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，提供一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，如图1至图2所示，包括信号转发装置24 和与信号转发装置24通过无线宽带相连接的监控模块23；信号转发装置24与内部设置有数据监测运算报警服务器11和视频监控存储服务器9的现场监测管理装置6电连接，信号转发装置24与服务器模块1电连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的信号转发装置24通过外部服务器13、WEB服务器15及内部防火墙16与安检部门监控装置14信号连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的数据监测运算报警服务器11与声光报警器10和短信收发装置12电连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的视频监控存储服务器与监控控制器8电连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的数据监测运算报警服务器11和视频监控存储服务器9均与现场监督管理监控装置7电连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的服务器模块1内部设置有应用程序服务器2、备份服务器3、数据库服务器4及数据库5，所述应用程序服务器2、备份服务器3、数据库服务器4及数据库5均与所述信号转发装置24电连接。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的监控模块23包括降雨量监控装置17、视频监控装置18、地下水位监控装置19、土壤含水率监控装置20、滑坡体表面位移监控装置21、裂缝计22及滑坡体内部位移监控装置25。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的信号转发装置24为交换机。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的滑坡体表面位移监控装置25、裂缝计22及滑坡体内部位移监控装置21内部均设置有北斗定位系统模块和GPS模块。
根据本申请的一个实施例，该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的最小跳数路由协议采用多跳的通信方式，节点无需维护网络的拓扑结构，在一定的发射功率下，每跳选择最远的传输距离，从而减少数据的转发次数，提高能量的利用效率，减少数据传输的延迟。最小跳数路由协议的工作过程包括两个阶段：最小跳数梯度场的建立阶段和基于最小跳数梯度场的数据传输阶段；最小梯度场的建立阶段。过程是以节点到汇聚节点的最小跳数为依据，结合节点接收到的查询分组帧，不断跟新节点的最小跳数值以及下一跳目的节点列表，从而完成最小梯度场的建立。最小跳数梯度场建立的具体步骤如下：1、 节点进行初始化。汇聚将自己的最小跳数值设置为 0，其它节点将自己的最小跳数值设置为无穷大，即一个不可能达到的数值；2、汇聚节点以洪泛方式（flooding）向其邻居节点发送查询分组帧，查询分组帧中包括帧类型、sender_ID 即汇聚节点的 ID、距离汇聚节点的最小跳数值 HC等；一个包含 8 个路由或终端节点（分别用 A、B、C、D、E、F、G、H 表示），一个汇聚节点即 sink 节点的无线传感器网络中，按照最小跳数梯度场建立的步骤，汇聚节点以洪泛方式发送查询分组帧，最终形成以汇聚节点 sink 为中心的最小梯度场和各传感器节点到汇聚节点 sink 的最小跳数，网络节点的最小跳数梯度场建立结果如附图2所示；其中，“HC：x”表示节点到汇聚节点 sink 的最小跳数值，sink节点的最小跳数值 HC 总为 0，虚线箭头表示查询分组帧的传送方向。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统在数据传输阶段，最小跳数梯度场建立之后，进入基于最小跳数梯度场的数据传输阶段。数据源节点将采集的数据以最小跳数梯度场为约束，以多跳路由的方式向汇聚节点传输数据。在传输过程中，传感器信息采集节点建立并发送数据帧，数据帧包括帧种类、传感器数据种类、传感器值、帧发送节点的 HC、传感器数据采集节点 ID 等，其它节点接收到该数据帧后，把帧内的 HC 减 1，并与节点的 HC 相比较，如果相等，则转发该数据帧，否则丢弃该数据帧，经过多次转发后，最终实现数据帧以最小跳数梯度场为约束传输到汇聚节点。最小跳数梯度场建立后，如果节点 C 向汇聚节点 sink 发送数据帧，按照数据帧的传输方法，首先构建并发送数据帧，周围接收到该数据帧的节点把帧内的 HC减 1，并与节点的 HC 相比较，如果相等，则转发该数据帧，否则丢弃该数据帧。
数据帧传输链路如图3至图4所示，其中虚线箭头表示相邻节点接收到数据帧但不转发，实线箭头表示相邻节点接收并转发数据帧。网络节点的最小跳数梯度场采用最小跳数路由协议构建路由和传输传感器数据，虽然节点不必维护网络拓扑结构、保存路由表信息，即可实现传感器数据最小跳数传输以及最快速度汇聚到 sink 节点，但也存在一些问题：根据最小跳数路由协议构建网络路由时，节点没有保存路由表信息，因此，造成在传输数据帧时仅仅由发送节点和接收节点间的 HC 值决定是否转发，路由选择的控制力不足，从而引起发送节点可能具有多个满足条件的下一跳目的节点，造成数据帧的重复发送，浪费节点能量、增加网络数据通信量甚至引起网络信道堵塞。虽然在一些最小跳数改进控制算法中，通过控制节点的发射功率来限制下一条目的节点的数量，但这只能在一定程度上实现限制，当网络规模较大、节点数量较多、节点布置较密时，同样会导致数据帧在网络内的大量重复传输，增大网络能耗，减少网络的生命周期。而在梯度场建立过程中，每个节点可能接收到多个改变自身最小跳数的查询分组帧，实时处理并发送容易导致网络数据的大量传输以及能量的大量消耗。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统滑坡监测系统分为现场自动监测报警和分析发布两大部分，其中自动监测报警部分由各测量子系统、数据处理子系统、数据通讯子系统、监控报警子系统组成，分析发布部分由数据分析发布与信息共享系统组成。如图2所示，该系统监测范围为某滑坡体，监控内容包括：滑坡体表面变形裂缝监测；滑坡体深部位移监测；滑坡体范围监测视频；滑坡体地下水位监测；滑坡体土壤含水率监测；滑坡体降雨量监测。控制中心设在某滑坡体数据中心，实现管理员远程对各用户有相关权限设置功能，并预留上传各级监管部门接口的功能。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统的监测分析功能主要包括：系统具有稳定可靠的采集、显示、存储、数据通信、管理、系统自检和报警功能；系统具有远程控制功能，可通过串口利用网络对监控主机进行遥控监测，实现数据采集软件上的所有功能，并对数据采集软件中的历史数据有访问权限的进行提取；系统可监视滑坡体的状态变化，在发现不正常现象时及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证周围人民生命财产安全；系统可定期进行观测数据的整编，为以后的设计、施工、管理提供资料；系统可随时对观测资料进行分析，开展对滑坡体状态进行技术鉴定，总结经验，为制定安全措施、评价滑坡体状态提供数据；能根据实时采集数据自动绘出滑坡体地下水位变化线并给出相关数据；能对滑坡体沉降和水平位移进行分析，并根据分析结果对形变的发展做出预测；系统能综合历史数据和实时采集的渗流、水位、形变等数据，按照国家有关标准进行相关过程线分析、位势分析、滞后时间分析、沉降分析、水平断面分析、纵断面分析、等值线分析、安全状态分析等有关该滑坡体的安全分析；该系统具有良好的防雷抗干扰，确保系统不因雷击而损坏。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统设有自动预、报警功能，当监测参数有向危险状态演变时，系统将发出预警信息；当监测参数超过预设警戒值时，系统将发出报警信息。从而有效预防事故，为有关部门提供数据支持。
在预、报警发生时，系统将进行以下操作：语音提示预警、报警信息；文字提示预警、报警信息；光灯闪烁提示预警、报警信息；手机短信提示预警、报警信息；安全参数越限处置记录单；自动调阅应急处置方案。以上信息可同步传输到现场值班室、总调度室、以及政府安监部门等。
为了确保监控系统能长期可靠运行，必须对构成系统的监测设备，通信链路，监控设备，报警设备，配套建筑设施，电力供应，相关的操作人员各个环节进行随时(定期)检查校验，建立运行档案，发现任何影响系统运行的问题，及时处置。包括以下内容：仪器设备的自检记录；仪器设备的维修记录；通信状况的记录；防雷状态的纪录；相关建筑设施的巡视记录；制定设计方案及工程实施方案，规范文档；完成监测点布设，防雷，通信，供电，系统安全系统设计，监测设备选型；施工安装；分系统调试；系统联调；项目试运行；项目验收，正式运行。
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统利用卫星定位技术计算机软硬件技术、网络技术、测控技术、现代通讯技术，加强对滑坡体的在线监视、监测和设备状态检测，实行多级综合监控，建立高效灵敏、反应快捷、运行可靠的滑坡体网络综合监控系统，提高滑坡体监控和应急响应水平，防止重特大事故的发生；该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统采用北斗系统和GPS等多系统联合定位监测，对滑坡体进行24小时实时变形监测，智能评估其安全状况，并对可能的滑坡险情进行提前预警。本方案融合了北斗高精度定位技术，进一步保障和提高了整个系统监测的安全性、稳定性和可靠性，大大提高了卫星定位系统在山区、山谷等狭窄遮挡严重区域的可用性
该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统将无线传感器网络部署在监测区域自动采集信息,藉此解决区域内高可靠信息采集与通信问题，特别是定位增强信息的可靠传递，通过调研，设计开发了一个低成本、低能耗，适用于多种应用环境的通用传感器网络平台，传感器节点的体积非常小，采用低功耗设计，且设计了一系列能量有效的网络协议。通过整合这些协议可以为多种应用提供优化的解决方案，解决部署在远距离和无人看管的区域时，节点失效网络拓扑易变问题；该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统采用视频监控设备与滑坡体监测系统相结合的方式，来实现对山体滑坡的监测及预警，帮助相关各部门之间快速反应及联动，及时高效地开展预防和应急处置，最大限度减少山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失。当系统发生某些预期的事件后（比如表面移动检测），将联动触发视频，辅助现场决策。系统都会按照预设定的联动完成相应的“操作”，自动向相关人员发布报警预警信息，不需要再人为干预，提高系统的智能化，节约管理成本；该基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统借鉴故障预测与健康状态管理PHM的理念，可以预先诊断各部件或系统完成其功能的状态，包括确定部件的残余寿命或正常工作的时间长度，实现各系统部件的故障监测预测；根据诊断、预测信息、可用资源和使用需求对维修活动做出适当决策，保障系统的健康运行。
以上所述实施例仅表示本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。因此本实用新型的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (7)
1.一种基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：包括信号转发装置和与所述信号转发装置通过无线宽带相连接的监控模块；所述信号转发装置与内部设置有数据监测运算报警服务器和视频监控存储服务器的现场监测管理装置电连接，所述信号转发装置与服务器模块电连接。
2.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述监控模块包括降雨量监控装置、视频监控装置、地下水位监控装置、土壤含水率监控装置、滑坡体表面位移监控装置、裂缝计及滑坡体内部位移监控装置，所述滑坡体表面位移监控装置、裂缝计及滑坡体内部位移监控装置内部均设置有北斗定位系统模块和GPS模块。
3.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述信号转发装置通过外部服务器、WEB服务器及内部防火墙与安检部门监控装置信号连接。
4.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述现场监测管理装置内部还设置有监控控制器、声光报警器及短信收发装置，所述数据监测运算报警服务器与声光报警器和短信收发装置电连接，所述视频监控存储服务器与监控控制器电连接。
5.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述现场监测管理装置内部还设置有现场监督管理监控装置，所述数据监测运算报警服务器和视频监控存储服务器均与现场监督管理监控装置电连接。
6.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述服务器模块包括有应用程序服务器、备份服务器、数据库服务器及数据库装置，所述应用程序服务器、备份服务器、数据库服务器及数据库均与所述信号转发装置电连接。
7.根据权利要求1所述的基于北斗定位及最小路由跳数协议的铁路滑坡监测系统，其特征在于：所述信号转发装置为交换机。
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| CN (1) | CN204376958U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107305727A (zh) * | 2016-04-22 | 2017-10-31 | 深圳市爱丰达盛科技有限公司 | 一种远程监测的方法和系统 |
| CN108847000A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-11-20 | 青海大学 | 一种滑坡地质灾害预警推送方法 |
| CN110082498A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-02 | 三峡大学 | 一种基于无线传感器物联网的滑坡监测数据无人机采集系统 |
| CN110689688A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-14 | 华东交通大学 | 基于北斗通讯的铁路沿线滑坡实时监测系统 |
-
2015
- 2015-02-11 CN CN201520096027.5U patent/CN204376958U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107305727A (zh) * | 2016-04-22 | 2017-10-31 | 深圳市爱丰达盛科技有限公司 | 一种远程监测的方法和系统 |
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