CN206210063U - 一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，属于道路安全领域。该系统包括上位机控制端、监控基站和监测节点。上位机控制端包括上位机控制模块、北斗一代收发模块Ⅰ、可视监控模块、报警模块、北斗一代收发天线；监控基站包括基站控制模块、北斗一代收发模块Ⅱ、光纤通信模块Ⅰ、图像采集模块、太阳能供电模块Ⅰ、北斗一代收发天线Ⅱ、图像处理模块。监测节点包括监测节点控制模块、气象信息采集模块、地质信息采集模块、太阳能供电模块Ⅱ、光纤通信模块Ⅱ。本实用新型将边坡监控与北斗一代卫星导航系统结合在一起，实现了道路边坡动态情况远程监控及气象、地质数据实时快速发送和定位。

Description

一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，属于道路安全领域。

背景技术

随着经济和交通运输业的快速发展，我国公路网规模不断扩大，由此带来的道路安全管理问题越来越复杂，同时也越来越受到人们的重视。尤其是山区道路，其原本地质条件复杂且环境脆弱，进行山区道路建设中破坏了山区原本平衡的系统，更易产生各种道路灾害。对道路进行动态监测、预警是减轻灾害损失的一种有效措施。目前，对于高速公路等结构化道路的监控系统已经有了比较好的成效，但是对于人迹罕至、环境条件恶劣的山岭公路等这些非结构化道路，还没有较好的监控系统。

目前，国内通常采用的监控方法有地面巡护监控、设站监控、仪表监控等。地面巡护监控和设站监控需要经验丰富的观测员大范围的监控，效率非常低且精度低、速度慢。仪表监控则受自然条件限制，且稳定性不高。

因此，有必要在上述公路高危边坡监控措施的基础上引入动态信息化的设计以及施工手段，从而能准确、实时的监测高危边坡的动态状况，为公路行车安全提供切实的保障。

实用新型内容

为了针对上述国内公路高危边坡监控方法的不足，本实用新型提出了一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统。该系统包括上位机控制端A、监控基站B和监测节点C三个部分。上位机控制端A由上位机控制模块A1、北斗一代收发模块A2、可视监控模块A3、报警模块A4、北斗一代收发天线A5组成。上位机控制模块A1与北斗一代收发模块A2互联，可视监视模块A3与上位机控制模块A1互联，上位机控制模块A1的输出端和报警模块A4的输入端相连，北斗一代收发天线A5与北斗一代收发模块A2互联。监控基站B由基站控制模块B1、北斗一代收发模块B2、光纤通信模块B3、图像采集模块B4、太阳能供电模块B5、北斗一代收发天线B6、图像处理模块B7组成。基站控制模块B1与北斗一代收发模块B2互联，光纤通信模块B3与基站控制模块B1互联，图像采集模块B4的输出端和图像处理模块B7的输入端相连，太阳能供电模块B5的输出端和基站控制模块(B1)的输入端相连，北斗一代收发天线B6与北斗一代收发模块B2互联。监测节点C由监测节点控制模块C1、气象信息采集模块C2、地质信息采集模块C3、太阳能供电模块C4、光纤通信模块C5组成。监测节点控制模块C1与光纤通信模块C5互联，气象信息采集模块C2的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连、地质信息采集模块C3的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连、太阳能供电模块C4的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连。

其中监控基站B与监测节点C采用光纤通信，上位机控制端A与监控基站B采用北斗一代卫星导航系统进行信息传输和远程监控；地质信息采集模块C3包括应变式压力传感器，气象信息采集模块C2包括温度传感器、湿度传感器和风速及风向一体传感器；太阳能供电模块ⅠB5和太阳能供电模块ⅡC4包括蓄电池组，以及分别与蓄电池组连接的太阳能电池板。

本实用新型的工作过程：其中气象信息采集模块和地质信息采集模块将当前采集到的温度、湿度、风速、风向、压力、应变状况数据送至光纤通信模块Ⅱ，光纤通信模块Ⅱ将采集到的气象、地质信息送至监测节点控制模块，并在监测节点控制模块的控制下，通过光纤通信模块Ⅱ将气象、地质信息发送到监控基站。监控基站一方面接收来自上位机控制端的控制命令，并将控制命令送至基站控制模块，基站控制模块根据命令的不同，进行相应的处理；太阳能供电模块Ⅰ用于在太阳光下实现自动充电功能，并在基站控制模块的控制下，对各个模块进行供电和断电操作，特别是耗电量大的图像采集和处理部分，以降低监控基站的功耗，延长监控基站在无太阳光下的使用时间；图像采集模块用于采集边坡动态状况的图像，然后通过图像处理模块对边坡动态图像进行处理，并将得到的数据送至北斗一代收发模块Ⅱ；北斗一代收发模块Ⅱ在基站控制模块的控制下，将采集到的数据通过北斗一代收发天线Ⅱ发送给上位机控制端；监控基站控制模块，一方面能根据采集到的气象数据和太阳能供电模块Ⅱ的充电情况，判断当前为晴天、阴天还是雨天。如果是阴天或雨天，基站控制模块则对图像采集部分断电，仅维持北斗一代的收发功能，但是如果应变式压力传感器检测到边坡变形，则监控基站立即对图像采集部分进行供电，将图像信息传输到上位机控制端；如果是晴天则基站控制模块对所有模块进行供电。另一方面根据北斗一代收发模块Ⅱ接收的上位机控制端命令，进行相应的操作，如开启或停止图像监控功能、修改各个传感器的使能等等。

上位机控制端一方面接收北斗一号传输过来的数据，再通过上位机控制端的控制，将监控数据通过可视监模块显示；另一方面，工作人员可根据北斗一代收发模块Ⅰ传输过来的气象、地质信息，对监控基站进行远程的控制；如果工作人员发现异常，如图像中显示有滑坡迹象、应变式传感器检测到变形，则可发送报警指令给报警模块；报警模块接收到上位机控模块的报警指令后发出报警。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结合了北斗一代卫星导航技术和光纤通信技术对公路边坡状况进行了实时的监控，有很好的实时性和准确性，通过使用本监控系统，工作人员能够远程监控公路高危边坡的各种动态状况，从而判断边坡是否有险情、险情的大小及位置，达到远程监控和实时防范的效果。还能通过北斗一代实现险情的报警，并且降低了监测成本，为公路安全行车提供了切实保障。

附图说明

图1为本实用新型上位机控制端的原理方框图；

图2为本实用新型监控基站的原理方框图；

图3为本实用新型监测节点的原理方框图；

图中各标号：A-上位机控制端，A1-上位机控制模块，A2-北斗一代收发模块Ⅰ，A3-可视监控模块，A4-报警模块，A5-北斗一代收发天线Ⅰ；B-监控基站，B1-基站控制模块，B2-北斗一代收发模块Ⅱ，B3-光纤通信模块Ⅰ，B4-图像采集模块，B5-太阳能供电模块Ⅰ，B6-北斗一代收发天线Ⅱ，B7-图像处理模块；C-监测节点，C1-监测节点控制模块，C2-气象信息采集模块，C3-地质信息采集模块，C4-太阳能供电模块Ⅱ，C5-光纤通信模块Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：本基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，包括上位机控制端A、监控基站B以及监测节点C三部分。

如图1所示，上位机控制端包括上位机控制模块A1、北斗一代收发模块ⅠA2、可视监控模块A3、报警模块A4和北斗一代收发天线ⅠA5，上位机控制模块A1与北斗一代收发模块ⅠA2互联，可视监视模块A3与上位机控制模块A1互联，上位机控制模块A1的输出端和报警模块A4的输入端相连，北斗一代收发天线ⅠA5 与北斗一代收发模块ⅠA2互联。

上位机控制模块A1可以为普通的个人电脑、服务器或手持终端等，通常位于远离现场的控制室或工作人员手中，用于接收现在终端的边坡动态状态的数据和控制各个模块；北斗一代收发模块ⅠA2为高集成度的北斗一代收发模块。该模块能利用地球同步卫星为工作人员提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务。其工作频率为2491.75MHz。上位机控制端的北斗一代收发模块ⅠA2用于接收来自监控基站的气象、地质信息和位置数据送至上位机控制模块A1。工作人员结合图像数据来有效判断边坡动态状况，并通过北斗一代收发模块ⅠA2对监控基站发送控制命令进行远程控制；报警模块A4可以采用鸣笛、短信或电话报警；监视模块A3可以为液晶屏。

如图2所示，监控基站包括基站控制模块B1、北斗一代收发模块ⅡB2、光纤通信模块ⅠB3、图像采集模块B4、太阳能供电模块ⅠB5和北斗一代收发天线ⅡB6，基站控制模块B1与北斗一代收发模块ⅡB2互联，光纤通信模块ⅠB3与基站控制模块B1互联，图像采集模块B4的输出端和图像处理模块B7的输入端相连，太阳能供电模块ⅠB5的输出端和基站控制模块B1的输入端相连，北斗一代收发天线ⅡB6与北斗一代收发模块ⅡB2互联。

基站控制模块B1以ARM为核心的嵌入式系统，搭载着图2中的其他模块。一方面控制监控基站和上位机控制端之间进行数据交换，另一方面通过接收到的气象、地质数据判断边坡状况或上位机控制端的命令，来控制监控基站的供电情况，实现低功耗。北斗一代收发模块ⅡB2与上位机控制端北斗一代收发模块ⅠA2是对应的，用于实现上位机控制端和监控基站之间的气象、地质信息、数据和控制指令的传输。太阳能供电模块ⅠB5，采用包含蓄电池组，以及分别与蓄电池组连接的太阳能电池板，用于在太阳光下实现自动充电功能，并在基站控制模块B1的控制下，对各个模块进行供电和断电操作以降低监控基站的功耗，延长监控基站在无太阳光下的使用时间；图像采集模块B4，可以采用CMOS摄像头，在监测节点C检测到的地质、气象信息无法判断边坡是否出现险情时，则开启该模块用来采集边坡动态状况的图像，然后通过图像处理模块B7进行计算和判断边坡实时状况，并送至基站控制模块B1。

如图3所示，监测节点包括监测节点控制模块C1、气象信息采集模块C2、地质信息采集模块C3、太阳能供电模块ⅡC4和光纤通信模块ⅡC5，监测节点控制模块C1与光纤通信模块ⅡC5互联，气象信息采集模块C2的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连，地质信息采集模块C3的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连，太阳能供电模块ⅡC4的输出端和监测节点控制模块C1的输入端相连。

监测节点控制模块C1可以为以ARM为核心的嵌入式系统，搭载着图3中的其他模块。将节点采集到的气象、地质信息通过光纤通信模块ⅡC5送至监控基站B。气象信息采集模块C2、地质信息采集模块C3，采用了温度传感器、湿度传感器、应变式压力传感器、风速风向一体传感器，用于获取温度、湿度、压力、应变状况、风向、风速数据。

实施例2：本实施例其余部分与实施例1相同，其中所述上位机控制模块A1、基站控制模块B1和监测节点控制模块C1可以采用ARM11S3C6410主芯片。

所述北斗一代收发模块ⅠA2和北斗一代收发模块ⅡB2采用FB3141型北斗一代收发模块。

所述北斗一代收发天线ⅠA5和北斗一代收发天线ⅡB6采用FB0503型北斗一代收发天线，其工作频率为2491.75MHz。

所述可视监控模块A3采用液晶屏LCD12864。

所述报警模块A4采用12V直流电压、LTE-1101L型旋转警示灯。

所述光纤通信模块ⅠB3和光纤通信模块ⅡC5采用GN1111H-S工业级100M收发器。

所述图像采集模块B4采用MT9T001C12STC CMOS图像传感器。

所述太阳能供电模块ⅠB5和太阳能供电模块ⅡC4采用CXS-FD太阳能发电系统。

所述图像处理模块B7中A/D转换采用飞利浦SAA7111A来实现。

所述气象信息采集模块C2中的温度传感器采用S18B20芯片；湿度传感器采用HS1101电容式湿度传感器；风速、风向传感器采用HS-FSX03一体式风速风向传感器。

所述地质信息系统采集模块C3采用 PT506Z-25MPa-M20应变式压力传感器。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，其特征在于：包括上位机控制端（A）、监控基站（B）、监测节点（C），所述上位机控制端（A）包括上位机控制模块（A1）、北斗一代收发模块Ⅰ（A2）、可视监控模块（A3）、报警模块（A4）和北斗一代收发天线Ⅰ（A5），所述上位机控制模块（A1）与北斗一代收发模块Ⅰ（A2）互联，可视监视模块（A3）与上位机控制模块（A1）互联，上位机控制模块（A1）的输出端和报警模块（A4）的输入端相连，北斗一代收发天线Ⅰ（A5）与北斗一代收发模块Ⅰ（A2）互联；

所述监控基站（B）包括基站控制模块（B1）、北斗一代收发模块Ⅱ（B2）、光纤通信模块Ⅰ（B3）、图像采集模块（B4）、太阳能供电模块Ⅰ（B5）、北斗一代收发天线Ⅱ（B6）和图像处理模块（B7），所述基站控制模块（B1）与北斗一代收发模块Ⅱ（B2）互联，光纤通信模块Ⅰ（B3）与基站控制模块（B1）互联，图像采集模块（B4）的输出端和图像处理模块（B7）的输入端相连，太阳能供电模块Ⅰ（B5）的输出端和基站控制模块（B1）的输入端相连，北斗一代收发天线Ⅱ（B6）与北斗一代收发模块Ⅱ（B2）互联；

所述监测节点（C）包括监测节点控制模块（C1）、气象信息采集模块（C2）、地质信息采集模块（C3）、太阳能供电模块Ⅱ（C4）和光纤通信模块Ⅱ（C5），所述监测节点控制模块（C1）与光纤通信模块Ⅱ（C5）互联，气象信息采集模块（C2）的输出端和监测节点控制模块（C1）的输入端相连，地质信息采集模块（C3）的输出端和监测节点控制模块（C1）的输入端相连，太阳能供电模块Ⅱ（C4）的输出端和监测节点控制模块（C1）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，其特征在于：所述监控基站（B）与监测节点（C）采用光纤通信，上位机控制端（A）与监控基站（B）采用北斗一代卫星导航系统进行信息传输和远程监控。

3.根据权利要求1所述的基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，其特征在于：所述地质信息采集模块（C3）包括应变式压力传感器，气象信息采集模块（C2）包括温度传感器、湿度传感器和风速及风向一体传感器。

4.根据权利要求1所述的基于北斗一代的公路高危边坡监控系统，其特征在于：所述太阳能供电模块Ⅰ（B5）和太阳能供电模块Ⅱ（C4）包括蓄电池组，以及分别与蓄电池组连接的太阳能电池板。