一种基于物联网的大坝安全监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于物联网的大坝安全监测系统及方法，该系统包括云侧架构、管侧架构、端侧架构，利用“云管边端”的系统架构实现系统中各组件之间的无线网络传输以及云平台数据服务，有效简化了安全监测系统结构设置，能够有效减少大坝在建设以及运行过程中的数据监控施工难度以及维护投入，降低人力成本。

A dam safety monitoring system and method based on Internet of things

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的大坝安全监测系统及方法
本专利技术涉及岩土工程安全监测
，尤其涉及一种基于物联网的大坝安全监测系统及方法。
技术介绍
传统的大坝结构安全监测，按照工程建设的时间顺序，分为三个阶段，分别为施工期、初次蓄水期和运行期的监测。在施工期，传感器根据工程进度，陆续埋入大坝等建筑物，监测以人工为主，通过读数仪读数的方式进行。在初次蓄水期，由于监测站附属设施没有完全竣工，可以实现半自动化的监测。在运行期，才能组建自动化的监测系统，实现自动化监测。传统的大坝结构安全监测系统由各类传感器、数据采集装置和数据汇聚中心组成。位于一定范围内的多只传感器通过拉电缆的连接方式集中到数据采集装置进行测量，然后通过通信设备以有线或无线的通信方式把传感器测量数据送到数据采集计算机或远程数据中心。这类监测系统具有如下特点：施工期、初次蓄水期和运行期，采用不同的监测方式，从手工、半自动化逐步过渡到自动化监测，特别是施工期不能实现自动化监测，需要耗费大量的人力和物力；大量传感器分散安装在大坝不同的安装区域，传感器通过电缆连接到数据采集装置，需要消耗大量电缆，材料成本高，施工难度大、人力成本高；数据采集装置需要兼顾接入不同类型的各类传感器，电路设计复杂、成本高；数据采集装置和数据汇聚中心的通信，分为有线或无线的方式，数据采集装置需要兼顾不同的通信方式，差异性大，设计复杂；一台数据采集装置接入的传感器的数量有限，对于需要接入大量传感器的监测应用，需要多台数据采集装置组网，组网后与采集计算机或远程数据中心联络，导致系统组成结构复杂；数据采集装置需要兼顾接入的所有传感器的监测原理、监测频次的要求，由于各部分功耗不平衡，采集装置总体功耗大。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种基于物联网的大坝安全监测系统及方法，利用“云管边端”的系统架构实现系统中各组件之间的无线网络传输以及云平台数据服务，有效简化了安全监测系统结构设置，降低施工布置以及使用成本，使工作人员能够通过多种方式获得数据，提升安全监测便利性及有效性。为实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案包括：一种基于物联网的大坝安全监测系统，包括云侧架构、管侧架构、端侧架构；所述云侧架构包括云平台运营模块、数据采集模块、数据共享模块、通用展示模块、数据预警模块；所述云平台运营模块包括用户运营管理子模块；所述数据采集模块接收端侧架构发送的传感器数据并处理为有效数据；所述数据共享模块控制有效数据的共享权限设定，所述共享权限包括通用与特殊；所述通用展示模块将共享权限为通用的有效数据进行整理并以可视化方式展示；所述数据预警模块将有效数据与预设的预警阈值进行比对并对超出预警阈值的情况发出预警信息；所述管侧架构包括网关以及连接云侧架构与端侧架构的有线数据通信通道和/或无线数据通信通道；所述网关为连接端侧架构与云侧架构的网络关口，所述端侧架构与云侧架构通过所述网关进行双向数据通信；所述端侧架构包括若干个端侧终端，所述端侧终端包括传感模块、智能计算模块和接口模块；所述传感模块包括一个或多个大坝监测传感器，所述大坝监测传感器包括敏感元件以及信号转换输出单元，所述敏感元件感受大坝被测量并将所述大坝被测量经信号转换输出单元转化为电信号信息；所述智能计算模块包括信号调理单元、数据处理单元和数据存储单元，所述信号调理单元接收信号转换输出单元输出的电信号信息并整合转换为待处理数据，所述数据处理单元将待处理数据处理为传感器数据，所述数据存储单元存储待处理数据和传感器数据；所述接口模块连接管侧架构并通过管侧架构中的网关与云侧架构进行双向数据通信。进一步地，所述系统还包括边侧架构，所述边侧架构包括设置在边缘网络上的辅助数据处理模块；所述辅助数据处理模块包括辅助计算单元和辅助存储单元，所述辅助计算单元利用边缘网络计算资源对待处理数据进行预处理、辅助处理和/或并行处理减少系统请求响应时间并减少网络带宽占用，并将辅助计算处理后的数据存储至辅助存储单元；所述边侧架构通过管侧架构中的网关分别与云侧架构和端侧架构进行双向数据通信。进一步地，所述用户运营管理子模块包括用户注册、用户组、用户关系管理、用户权限管理和系统升级维护功能应用；所述数据采集模块将端侧架构发送的传感器数据处理为有效数据包括对端侧架构发送的传感器数据的验证、清洗、透传和/或转发；所述数据共享模块还包括有效数据向用户设备的推送管理以及用户设备针对有效数据的数据查询管理；所述数据预警模块还包括预警信息的存储、整理和分析。进一步地，所述有线数据通信通道为以电线或光纤维媒介的数据通信通道；无线数据通信通道包括近距离无线通信通道和远距离无线通信通道，所述近距离无线通信通道包括Zigbee、Wifi和Bluetooth，所述远距离无线通信通道包括GPRS、CDMA、LTE、NBIoT和LoRa。进一步地，所述大坝监测传感器包括孔隙压力及水位传感器、应力/应变传感器、压力及荷载传感器、沉降位移传感器、表面及内部变形传感器、温度传感器和/或环境量传感器；所述系统还包括独立设置的专项检测设备，所述专项检测设备包括GPS位移监测系统、与GPS位移监测系统相配套的蓄电池和/或太阳能供电系统以及视频采集系统。进一步地，所述端侧终端为传感模块、智能计算模块和接口模块物理上相连接集成的一体式结构，或，所述端侧终端为传感模块、智能计算模块和接口模块物理上相分离的分体式结构。进一步地，所述云侧架构还包括与管侧架构、端侧架构数据连接的数据汇聚云平台，所述数据汇聚云平台包括相互数据连接的网络服务器、应用服务器、网络控制服务器和客户服务器；所述数据汇聚云平台接收端侧的上行数据，并通过网关提供下行的配置和命令。一种如上述基于物联网的大坝安全监测系统的应用方法，包括以下步骤：S1、在施工期埋设应力/应变传感器、温度传感器、压力及荷载传感器、沉降位移传感器、和/或变形传感器；将各所述传感器的信号引线接入端侧架构的智能计算模块和接口模块；S2、施工期监测，配置在施工期埋设的各传感器使传感器与数据采集模块正常交互通信连接，通过数据采集模块设置施工期的数据采集策略并通过数据预警模块设置施工期预警阈值，各传感器产生的有效数据在云侧架构展示或进行预警；S3、在初次蓄水期安装环境量传感器、渗压/渗流量传感器和/或外部变形传感器，并将各传感器引线接入端侧架构的智能计算模块和接口模块；所述环境量传感器包括水位传感器、水温传感器和/或降雨量传感器；所述渗压/渗流量传感器包括孔隙压力及水位传感器；所述外部变形传感器包括水平位移和垂直位移传感器；S4、初次蓄水期监测，配置在初次蓄水期安装的各传感器使传感器与数据采集模块正常交互通信连接，通过数据采集模块设置初次蓄水期的数据采集策略并通过数据预警模块设置初次蓄水期预警阈值，各传感器产生的有效数据在云侧架构展示或进行预警。进一步地，所述步骤S2还包括安装使用专项检测设备，所述专项检测设备包括GPS位移监测系统以及相配套的蓄电池和/或太阳能供电系统；所述步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的大坝安全监测系统，包括云侧架构、管侧架构、端侧架构；/n所述云侧架构包括云平台运营模块、数据采集模块、数据共享模块、通用展示模块、数据预警模块；所述云平台运营模块包括用户运营管理子模块；所述数据采集模块接收端侧架构发送的传感器数据并处理为有效数据；所述数据共享模块控制有效数据的共享权限设定，所述共享权限包括通用与特殊；所述通用展示模块将共享权限为通用的有效数据进行整理并以可视化方式展示；所述数据预警模块将有效数据与预设的预警阈值进行比对并对超出预警阈值的情况发出预警信息；/n所述管侧架构包括网关以及连接云侧架构与端侧架构的有线数据通信通道和/或无线数据通信通道；所述网关为连接端侧架构与云侧架构的网络关口，所述端侧架构与云侧架构通过所述网关进行双向数据通信；/n所述端侧架构包括若干个端侧终端，所述端侧终端包括传感模块、智能计算模块和接口模块；所述传感模块包括一个或多个大坝监测传感器，所述大坝监测传感器包括敏感元件以及信号转换输出单元，所述敏感元件感受大坝被测量，所述大坝被测量经信号转换输出单元转化为电信号信息；所述智能计算模块包括信号调理单元、数据处理单元和数据存储单元，所述信号调理单元接收信号转换输出单元输出的电信号信息并整合转换为待处理数据，所述数据处理单元将待处理数据处理为传感器数据，所述数据存储单元存储待处理数据和传感器数据；所述接口模块连接管侧架构并通过管侧架构中的网关与云侧架构进行双向数据通信。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的大坝安全监测系统，包括云侧架构、管侧架构、端侧架构；
所述云侧架构包括云平台运营模块、数据采集模块、数据共享模块、通用展示模块、数据预警模块；所述云平台运营模块包括用户运营管理子模块；所述数据采集模块接收端侧架构发送的传感器数据并处理为有效数据；所述数据共享模块控制有效数据的共享权限设定，所述共享权限包括通用与特殊；所述通用展示模块将共享权限为通用的有效数据进行整理并以可视化方式展示；所述数据预警模块将有效数据与预设的预警阈值进行比对并对超出预警阈值的情况发出预警信息；
所述管侧架构包括网关以及连接云侧架构与端侧架构的有线数据通信通道和/或无线数据通信通道；所述网关为连接端侧架构与云侧架构的网络关口，所述端侧架构与云侧架构通过所述网关进行双向数据通信；
所述端侧架构包括若干个端侧终端，所述端侧终端包括传感模块、智能计算模块和接口模块；所述传感模块包括一个或多个大坝监测传感器，所述大坝监测传感器包括敏感元件以及信号转换输出单元，所述敏感元件感受大坝被测量，所述大坝被测量经信号转换输出单元转化为电信号信息；所述智能计算模块包括信号调理单元、数据处理单元和数据存储单元，所述信号调理单元接收信号转换输出单元输出的电信号信息并整合转换为待处理数据，所述数据处理单元将待处理数据处理为传感器数据，所述数据存储单元存储待处理数据和传感器数据；所述接口模块连接管侧架构并通过管侧架构中的网关与云侧架构进行双向数据通信。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括边侧架构，所述边侧架构包括设置在边缘网络上的辅助数据处理模块；所述辅助数据处理模块包括辅助计算单元和辅助存储单元，所述辅助计算单元利用边缘网络计算资源对待处理数据进行预处理、辅助处理和/或并行处理减少系统请求响应时间并减少网络带宽占用，并将辅助计算处理后的数据存储至辅助存储单元；所述边侧架构通过管侧架构中的网关分别与云侧架构和端侧架构进行双向数据通信。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户运营管理子模块包括用户注册、用户组、用户关系管理、用户权限管理和系统升级维护功能应用；所述数据采集模块将端侧架构发送的传感器数据处理为有效数据包括对端侧架构发送的传感器数据的验证、清洗、透传和/或转发；所述数据共享模块还包括有效数据向用户设备的推送管理以及用户设备针对有效数据的数据查询管理；所述数据预警模块还包括预警信息的存储、整理和分析。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有线数据通信通道为以电线或光纤维媒介的数据通信通道；无线数据通信通道包括近距离无线通信通道和远距离无线通信通道，所述近距离无线通信通道包括Zigbee、Wifi和Bluetooth，所述远距离无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：江修，张绍飞，赵初林，谭斌，雷霆，沈省三，
申请(专利权)人：基康仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11