一种岩溶管道流的监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种岩溶管道流的监测系统和方法，用以解决现有技术中岩溶管道监测不精确的问题。所述岩溶管道流的监测系统包括：现场传感器节点分为采集节点和汇聚节点，并构成自组网网络形成所述现场传输层，现场传感器节点通过所述汇聚节点向所述监测预警云平台上传监测数据；当正常工况时，监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息；当暴雨工况时，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔并下发。本发明专利技术提高了岩溶管道地下水环境监测的时效性和精确性，实现了对岩溶管道地下水环境参数的自适应采集和快速、稳定、准确获取，并且通过云平台融合计算模型对岩溶管道做出风险预判，及时全面了解岩溶管道的地下水环境变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶管道流的监测系统及方法
本专利技术属于岩溶管道工程监测领域，具体涉及一种岩溶管道流的监测系统和方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，人类的工程活动日益增多，这些工程活动导致的岩溶地区的地质灾害也日趋增多，因此要对工程活动进行实时监测，以降低不良影响。尤其是在极端暴雨工况下，对于岩溶管道的地下水环境参数开展实时监测，有助于了解岩溶管道内部水文参数变化，有效分析岩溶管道流的流速特征，研究岩溶地下水系统的规律性，深入研究岩溶水资源情况。岩溶管道的监测，包括地表和岩溶管道内部。其中，岩溶管道内部监测包括对岩溶管道内部的地下水位水压、地下水流量流速的监测。现有技术中，授权公告号为CN105118241B的中国专利，公开了一种危岩体崩塌监测的预警系统，包括移动装置、导电装置以及位移监测装置，但是该装置实现的基本功能为危岩体崩塌监测报警，在安装时对危岩崩塌体要求较高，必须要有合适的施工面才可以实现监测，而且不能对危岩崩塌体的变形量进行监测和计算。授权公告号为CN209589200U的中国专利，公开了一种岩溶法语区地下水水位测量仪，涉及水位测量
，包括支撑座和缠线器，通过缠线器上的铅坠落入到地下水中，通过读取缠线器下放的距离来读取水位高度。但是该方法不能自动化测量，只能进行人工读取数据，不能存储数据，精度不高。另外，授权公告号为CN202562526U的中国专利，公开了一种地下水远程监测装置，该装置主要实现对地下水水位、水温、ph值、浊度等多项指标进行长期、连续监测，但不能对频率监测进行动态控制，无法实现自适应数据读取。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提出一种岩溶管道流监测系统和方法，通过无线传感器网络，实现对岩溶管道环境参数的全覆盖监测，提高岩溶管道地下水环境监测的时效性和精确性，及时全面了解岩溶管道的地下水环境变化情况。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种岩溶管道流的监测系统，所述岩溶管道流的监测系统包括：现场传感器节点、现场数据传输层和监测预警云平台；其中，现场传感器节点分为采集节点和汇聚节点，且采集节点和汇聚节点共同构成自组网网络形成所述现场传输层，所述现场传感器节点通过所述汇聚节点向所述监测预警云平台上传监测数据；当正常工况时，所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息；当暴雨工况时，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，并将采集间隔命令下发给所有现场传感器节点。上述方案中，所述自组网网络，包括无线和/或有线两种方式进行组网。上述方案中，所述无线组网方式，采用LoRa组网模式构建现场无线传感器监测网络，现场传感器节点和监测预警云平间的通信采用NB-IoT或北斗/GPS或4G全网通方式。上述方案中，所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息，包括指定或分配具体的采集节点和汇聚节点，并设置采集节点和汇聚节点采集数据的模式、汇聚节点上报数据的时间间隔。上述方案中，所述现场传感器节点，包括雨量传感器和数据采集器，所述雨量传感器，用于实时监测现场降雨量并上传给所述数据采集器；所述数据采集器，自动统计和分析降雨量情况，判定雨情并按照雨情等级与监测预警云平台保持实时互动。上述方案中，所述判定雨情并按照雨情等级与监测预警云平台保持实时互动，具体包括：当降雨量超过阈值时，判定为暴雨工况，由监测预警云平台自主与传感器节点相互配合设定现场传感器节点数据采集间隔、数据上报间隔，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，并将采集间隔命令下发给所有现场传感器节点；当降雨量未超过阈值时，判定为正常工况，由所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息。上述方案中，所述现场传感器节点，还可以包括姿态传感器、水位传感器、水温传感器、PH值传感器、流速流量传感器及相应的数据采集器。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种岩溶管道流的监测方法，所述岩溶管道流监测方法包括如下步骤：步骤S1，雨量传感器实时监测雨量数据，并上传给数据采集器；步骤S2，数据采集器自动完成雨量统计和分析，并判定当前工况为正常工况或暴雨工况；当判定为正常工况时，进入步骤S3；当判定为暴雨工况时，进入步骤S4；步骤S3，由监测预警云平台设定各个传感器节点和汇聚节点工作模式，设定哪个传感器节点为传感器采集节点，哪个传感器节点既是传感器采集节点又是汇聚节点，同时设定传感器采集节点和汇聚节点采集数据和上报数据的时间间隔；步骤S4，所有传感器节点和汇聚节点均保持在正常工作模式下，由监测预警云平台自主与雨量传感器采集节点相互配合设定现场传感器采集节点数据采集间隔、数据上报间隔；当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，并将采集间隔命令下发给所有现场传感器节点，现场工作模式的调整全部由当前现场传感器节点自主控制、自主调节。上述方案中，所述步骤S3中，各个传感器节点按照每隔固定时间采集一次传感器数据，并将采集到的监测数据传输给汇聚节点，汇聚节点确认所有节点数据均已收到后将数据打包发送至监测预警云平台。上述方案中，所述步骤S3和步骤S4中的数据采集，包括通过水位传感器、水温传感器、PH值传感器、流速流量传感器各自采集的岩溶地下水水位、水温、PH值、岩溶管道流地下水流速流量数据。本专利技术实施例的岩溶管道流监测系统和方法，通过传感器采集节点+汇聚节点的数据组网传输模式，整合了无线传感网络技术、智能传感技术、多网融合传输技术，针对现有岩溶管道地下水环境监测技术难点，实现对岩溶山区管道流地下水环境参数的实时在线监测，通过无线传感器网络，实现对岩溶管道环境参数的全覆盖监测，提高了岩溶管道地下水环境监测的时效性，监测装置布设方便、数据采集稳定可靠，实现了对岩溶管道地下水环境参数的自适应采集和快速、稳定、准确获取，并且通过云平台融合计算模型对岩溶管道做出风险预判，及时全面了解岩溶管道的地下水环境变化情况，提升了监测装置的灵活性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例岩溶管道流监测系统结构示意图；图2为本专利技术实施例岩溶管道流监测系统实例部署示意图；图3为本专利技术实施例岩溶管道流监测系统工作流程示意图。具体实施方式下面通过参考示范性实施例，对本专利技术技术问题、技术方案和优点进行详细阐明。以下所述示范性实施例仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述岩溶管道流的监测系统包括：现场传感器节点、现场数据传输层和监测预警云平台；其中，/n现场传感器节点分为采集节点和汇聚节点，且采集节点和汇聚节点共同构成自组网网络形成所述现场传输层，所述现场传感器节点通过所述汇聚节点向所述监测预警云平台上传监测数据；/n当正常工况时，所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息；当暴雨工况时，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，并将采集间隔命令下发给所有现场传感器节点。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述岩溶管道流的监测系统包括：现场传感器节点、现场数据传输层和监测预警云平台；其中，
现场传感器节点分为采集节点和汇聚节点，且采集节点和汇聚节点共同构成自组网网络形成所述现场传输层，所述现场传感器节点通过所述汇聚节点向所述监测预警云平台上传监测数据；
当正常工况时，所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息；当暴雨工况时，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，并将采集间隔命令下发给所有现场传感器节点。


2.根据权利要求1所述的岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述自组网网络，包括无线和/或有线方式进行组网。


3.根据权利要求2所述的岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述无线组网方式，采用LoRa组网模式构建现场无线传感器监测网络，现场传感器节点和监测预警云平间的通信采用NB-IoT或北斗/GPS或4G全网通方式。


4.根据权利要求1所述的岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述监测云平台向所有现场传感器节点下发指令信息，包括指定或分配具体的采集节点和汇聚节点，并设置采集节点和汇聚节点采集数据的模式、汇聚节点上报数据的时间间隔。


5.根据权利要求1所述的岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述现场传感器节点，包括雨量传感器和数据采集器，所述雨量传感器，用于实时监测现场降雨量并上传给所述数据采集器；所述数据采集器，自动统计和分析降雨量情况，判定雨情并按照雨情等级与监测预警云平台保持实时互动。


6.根据权利要求5所述的岩溶管道流的监测系统，其特征在于，所述判定雨情并按照雨情等级与监测预警云平台保持实时互动，具体包括：当降雨量超过阈值时，判定为暴雨工况，由监测预警云平台自主与传感器节点相互配合设定现场传感器节点数据采集间隔、数据上报间隔，当前现场传感器节点根据雨情等级自适应调整数据采集间隔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李滨，王晨辉，高杨，殷跃平，贺凯，万佳威，
申请(专利权)人：中国地质科学院地质力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11