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基于NB-IoT技术的地址灾害监测系统设计
       山体滑坡、泥石流、火山喷发等自然地质灾害的爆发很突然,但其实都是长年日积月累的结果,通过持续监测其细微的变化过程可以得到很大程度的预防。结合国内正大力扶持和发展的NB-IoT(窄带物联网)技术,本文就来设计一个基于NB-IoT技术的自然地质灾害监测和预警系统。

一、地质监测方法
       根据中国气象局公布,地质灾害有不少简易有效的监测方法,借助于简单的测量工具、仪器装置和量测方法,就可以监测灾害体、房屋或构筑物裂缝位移变化等。

1、一般常用监测方法

(1)埋桩法埋桩法适合对崩塌、滑坡体上发生的裂缝进行观测。在斜坡上横跨裂缝两侧埋桩,用钢卷尺测量桩之间的距离,可以了解滑坡变形滑动过程。对于土体裂缝,埋桩不能离裂缝太近。

(2)埋钉法在建筑物裂缝两侧各钉一颗钉子,通过测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断滑坡的变形滑动。这种方法对于临灾前兆的判断是非常有效的。


(3)上漆法在建筑物裂缝的两侧用油漆各画上一道标记,与埋钉法原理是相同的,通过测量两侧标记之间的距离来判断裂缝是否存在扩大。

(4)贴片法横跨建筑物裂缝粘贴水泥砂浆片或纸片,如果砂浆片或纸片被拉断,说明滑坡发生了明显变形,须严加防范。与上面三种方法相比,这种方法不能获得具体数据,但是,可以非常直接地判断滑坡的突然变化情况。地质灾害群测群防监测方法除了采用埋桩法、贴片法和灾害前兆观查等简单方法外,还可以借助简易、快捷、实用、易于掌握的位移、地声、雨量等群测群防预警装置和简单的声、光、电警报信号发生装置,来提高预警的准确性和临灾的快速反应能力。

2、监测次数和时间
 
       旱季每15天监测一次。雨季(4—9月)每5天监测一次(如每月5日、10日、15日、20日、25日、30日),如发现监测地质灾害点有异常变化或在暴雨、连续降雨天气时,特别是12小时降雨量达50mm以上时,应加密监测次数,如每天1次或多次,甚至昼夜安排专人监测。

二、地质监测系统组网

基本组网如下:
  • LPWAN技术如果采用NB-IoT或eMTC,则基本可以复用现有的2G/3G/4G基站。
  • 监测点/网关通过NB-IoT等技术将数据上报给基站、最终报给监测平台。
  • 监测点之间可以采用mesh组网(可选),以增加可靠性和覆盖范围和节点数。
三、监测仪构造

监测仪构造设计如下:
 
  • AP:主控制器,搜集、分析采集到的数据
  • NB-IoT:长距无线通信模块
  • Zigbee:短矩mesh组网通信,提高系统可靠性。可选。
  • 地质监测模块:采集地质数据
  • 环境监测传感器:监测环境情况,根据不同环境采取不同上报和预警分析机制
  • 供电:太阳能加(或)备用电池
四、预警控制设计

预警控制设计要点:

  1. 监测点日常周期采集监测数据,初步分析研判后,上报给监测平台。

  2. 当监测数据显示环境情况恶化时(如持续降雨),加大数据采集和分析上报频度。

  3. 如果监测点本地分析认为出现疑似情急情况时,上报二级警报给后台。

  4. 如果监测点本地分析认为已出现或必将马上出现紧急情况,则通知本地警报系统进行警报,同时立即上报后台一级紧报。

           基于自然地质灾害的特点,我们认为,技术上不仅仅是NB-IoT适合,eMTC、LoRa、ZETA等LPWAN技术同样也可以应用于监测系统中,技术选择余地很多。真切希望能真正地应用起来。


标签: NB-IoT技术 灾害监测

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