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原文传递一种滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统及方法

专利名称：	一种滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统及方法
摘要：	本发明涉及一种滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统及方法，集降雨模拟、滑坡体在线监测、数据传输可靠性测试、监测数据校核测试多种功能为一体，设计降雨模拟装置，设定不同强度等级降雨，完成降雨过程模拟；布置滑坡监测传感器，完成滑坡位移、地下水位及雨量监测；搭建无线通信网络系统，采集监测数据并通过北斗卫星传输数据信号，通过计算数据传输成功率、传输延时及匹配概率，完成监测数据传输系统可靠性测试；通过对比滑坡监测点光纤光栅传感器监测数据，完成滑坡位移和地下水位监测数据校核测试；建立数据库，记录不同强度降雨下滑坡体监测数据，分析降雨对滑坡位移的影响规律。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南石油大学
发明人：	刘武;乔春风;马维龙;郭琴;孙永尧
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910866466.2
公开号：	CN110470819A
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	610500 四川省成都市新都区新都大道8号
主权项：	1.一种滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统，其特征在于：包括数据接收机(1)、北斗监测站(21)、北斗基准站(22)、第一雨量计(31)、第二雨量计(32)、第三雨量计(33)、固定式测斜仪(4)、光纤光栅测斜管(5)、第一水位计(61)、第二水位计(62)、光纤光栅水位计(7)、全自动全站仪(8)、拉线式位移计(9)、光开关(101)、光纤光栅解调仪(102)、上位计算机(103)、第一北斗通信终端(104)、地面控制中心(105)、第二北斗通信终端(106)、第三北斗通信终端(107)、监控中心(108)、计算机(109)、第一钻孔(201)、第二钻孔(202)、第一振动装置(210)、第二振动装置(211)、滑坡体(221)、电脑(231)、降雨模拟装置(300)、通信网络(400)；所述数据接收机(1)通过电缆连接北斗监测站(21)、第一雨量计(31)、第二雨量计(32)、第三雨量计(33)、固定式测斜仪(4)、第一水位计(61)、第二水位计(62)、拉线式位移计(9)、全自动全站仪(8)，所述光开关(101)通过光缆连接光纤光栅水位计(7)、光纤光栅测斜管(5)，所述光开关(101)、光纤光栅解调仪(102)、上位计算机(103)、第一北斗通信终端(104)依次连接，所述第三北斗通信终端(107)与监控中心(108)连接，所述数据接收机(1)连接第二北斗通信终端(106)与电脑(231)，所述监控中心(108)通过通信网络(400)连接第一北斗通信终端(104)、第二北斗通信终端(106)。 2.根据权利要求1所述的滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统，其特征在于：所述降雨模拟装置(300)包括蓄水箱(301)、供水泵(302)、调压阀(303)、压力表(304)、电磁阀(305)、控制器(306)、流量计(307)、固定架(308)、支管(309)、桁架(310)、转动法兰(311)、旋转支管(312)、喷嘴(313)、支架(314)、第一控制电缆(321)、第二控制电缆(322)、第三控制电缆(323)、第四控制电缆(324)、第五控制电缆(325)；所述供水泵(302)、调压阀(303)、压力表(304)、电磁阀(305)、流量计(307)依次连接，所述控制器(306)通过第一控制电缆(321)与供水泵(302)连接，通过第二控制电缆(322)与调压阀(303)连接，通过第三控制电缆(323)与压力表(304)连接，通过第四控制电缆(324)与电磁阀(305)连接，通过第五控制电缆(325)与流量计(307)连接，所述支管(309)通过转动法兰(311)连接旋转支管(312)，所述支管(309)通过固定架(308)与桁架(310)连接，所述桁架(310)与支架(314)连接。 3.根据权利要求1所述的滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统，其特征在于：所述固定式测斜仪(4)包括保护套管(41)、探测器(42)、测斜管(43)、传输电缆(44)；所述探测器(42)与传输电缆(44)连接，所述测斜管(43)内衬于保护套管(41)内壁，所述探测器(42)通过滚轮与测斜管(43)内壁点触式连接。 4.根据权利要求1所述的滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统，其特征在于：所述光纤光栅测斜管(5)包括PVC管(51)、柔性护管(52)、光纤光栅(53)、光纤(54)、连接光缆(55)；所述光纤(54)与连接光缆(55)连接，所述光纤光栅(53)与光纤(54)连接，所述PVC管(51)内衬于柔性护管(52)内壁。 5.根据权利要求1所述的滑坡体监测数据传输系统可靠性测试系统，其特征在于：所述通信网络(400)包括现场网络(401)、网关(402)、监测站(403)、局域无线网络(404)、北斗卫星(405)、数据库(406)、广域无线网络(407)；所述现场网络(401)、网关(402)、局域无线网络(404)、北斗卫星(405)、广域无线网络(407)依次连接。 6.一种滑坡体监测数据传输系统可靠性测试方法，其特征在于：具体步骤包括： a1、大量清水充满蓄水箱(301)，由控制器(306)设定不同强度等级降雨的压力、流量参数，启动给水泵(302)，通过雨量强度调节方法调节不同强度等级下的降雨量，装置开始工作； a2、启动第一振动装置(210)和第二振动装置(211)开始工作，在降雨的共同作用下为滑坡表层位移和深部位移提供原始数据； a3、数据接收机(1)接收来自北斗监测站(21)、第一雨量计(31)、第二雨量计(32)、第三雨量计(33)、固定式测斜仪(4)、第一水位计(61)、第二水位计(62)、全自动全站仪(8)、拉线式位移计(9)的监测数据； a4、监测数据从数据接收机(1)传输至第二北斗通信终端(106)，在第二北斗通信终端(106)完成压缩打包，若压缩数据包超过北斗短报文最高容量，则进行分包处理，否则整包保留； a5、第二北斗通信终端(106)将压缩打包及分包处理后的数据重新组包后通过北斗卫星(405)发送到地面控制中心(105)； a6、地面控制中心(105)将接收的数据包通过北斗传输协议发送至第三北斗通信终端(107)，记录起止时间、第二北斗通信终端(106)在当前时刻已发送报文总条数和第三北斗通信终端(107)已接收报文总条数； a7、监控中心(108)的计算机(109)读取第三北斗通信终端(107)接收的报文并保存至数据库(406)，计算数据传输成功概率，长度为N个北斗数据包的长报文一次传输成功率PN的理论计算值如下式：式中，表示北斗数据包的传输成功率，定义如下：式中，Seff表示发送的有效北斗数据包总数，Reff表示接收的有效北斗数据包总数； a8、计算数据传输延时，北斗短报文通信平均传输延时由下式计算：式中，n表示集中收发北斗数据包的总个数，T1i表示第i个北斗数据包的发送时间，表示第i个北斗数据包的接收时间； a9、数据接收机(1)传输至电脑(231)监测数据记做数据A，第二北斗通信终端(106)传输至监控中心(108)监测数据记做数据B，计算数据A与B的匹配概率； a10、分析步骤a7、a8、a9中的传输成功率PN、传输延时匹配概率，完成数据传输可靠性测试； a11、光纤光栅测斜管(5)和光纤光栅水位计(7)监测数据传输至上位计算机(103)，通过第一北斗通信终端(104)传输至第三北斗通信终端(107)，监控中心(108)的计算机(109)读取第三北斗通信终端(107)传输数据保存至数据库(406)； a12、使用光纤光栅测斜管(5)监测数据校核固定式测斜仪(4)测试数据，使用光纤光栅水位计(7)监测数据校核第一水位计(61)和第二水位计(62)测试数据，使用全自动全站仪(8)监测数据校核拉线式位移计(9)和北斗监测站(21)测试数据，完成滑坡体深部位移、地下水位、表层位移监测数据的校核测试； a13、监控中心(108)记录不同强度降雨下滑坡位移、地下水位监测数据，绘制降雨-地下水位-滑坡位移曲线，用R确定降雨与滑坡位移之间的关系，R是降雨量曲线与滑坡位移的局部相关性系数，R定义如下：式中，ωt+1-ωt为t到t+1时刻降的雨量，st+1-st为t到t+1时刻的滑坡位移，max(Δω)、max(Δs)为一个时间周期内的降雨和滑坡位移因子单位时间的最大变幅，R越趋近于1表明降雨量与滑坡位移相关性越强，完成降雨规律性分析。 7.根据权利要求6所述的滑坡体监测数据传输系统可靠性测试方法，其特征在于：步骤a1中所述的雨量强度调节方法具体步骤包括： b1、雨量强度调节方法包括6个降雨等级，24h降雨量小于10mm为小雨，24h降雨量10～25mm为中雨，24h降雨量25～50mm为大雨，24h降雨量50～100mm为暴雨，24h降雨量100～200mm为大暴雨，24h降雨量在200mm以上为特大暴雨； b2、测量滑坡区域的降雨面积，记录流量计流量，通过降雨面积、降雨时间、水流流量计算降雨量，降雨量计算公式如下：式中，q表示降雨量，Q表示水流流量，S表示降雨面积，t表示降雨时间； b3、给水泵(302)作为动力设备，抽取蓄水箱(301)清水提供降雨水源，水流经过支管(309)从喷嘴(313)喷出，完成降雨模拟； b4、控制器(306)设置流量Q、水压P参数，流量计(307)和压力表(304)分别监测水流流量和压力并反馈至控制器(306)，当流量和压力波动变化时，控制器(306)调节调压阀(303)和电磁阀(305)开度，实现水流流量及压力调节，完成不同强度降雨模拟。
所属类别：	发明专利