本實用新型涉及一種基于北斗一代的公路高危邊坡監控系統，屬于道路安全領域。

背景技術：

隨著經濟和交通運輸業的快速發展，我國公路網規模不斷擴大，由此帶來的道路安全管理問題越來越復雜，同時也越來越受到人們的重視。尤其是山區道路，其原本地質條件復雜且環境脆弱，進行山區道路建設中破壞了山區原本平衡的系統，更易產生各種道路災害。對道路進行動態監測、預警是減輕災害損失的一種有效措施。目前，對于高速公路等結構化道路的監控系統已經有了比較好的成效，但是對于人跡罕至、環境條件惡劣的山嶺公路等這些非結構化道路，還沒有較好的監控系統。

目前，國內通常采用的監控方法有地面巡護監控、設站監控、儀表監控等。地面巡護監控和設站監控需要經驗豐富的觀測員大范圍的監控，效率非常低且精度低、速度慢。儀表監控則受自然條件限制，且穩定性不高。

因此，有必要在上述公路高危邊坡監控措施的基礎上引入動態信息化的設計以及施工手段，從而能準確、實時的監測高危邊坡的動態狀況，為公路行車安全提供切實的保障。

技術實現要素：

為了針對上述國內公路高危邊坡監控方法的不足，本實用新型提出了一種基于北斗一代的公路高危邊坡監控系統。該系統包括上位機控制端A、監控基站B和監測節點C三個部分。上位機控制端A由上位機控制模塊A1、北斗一代收發模塊A2、可視監控模塊A3、報警模塊A4、北斗一代收發天線A5組成。上位機控制模塊A1與北斗一代收發模塊A2互聯，可視監視模塊A3與上位機控制模塊A1互聯，上位機控制模塊A1的輸出端和報警模塊A4的輸入端相連，北斗一代收發天線A5與北斗一代收發模塊A2互聯。監控基站B由基站控制模塊B1、北斗一代收發模塊B2、光纖通信模塊B3、圖像采集模塊B4、太陽能供電模塊B5、北斗一代收發天線B6、圖像處理模塊B7組成。基站控制模塊B1與北斗一代收發模塊B2互聯，光纖通信模塊B3與基站控制模塊B1互聯，圖像采集模塊B4的輸出端和圖像處理模塊B7的輸入端相連，太陽能供電模塊B5的輸出端和基站控制模塊(B1)的輸入端相連，北斗一代收發天線B6與北斗一代收發模塊B2互聯。監測節點C由監測節點控制模塊C1、氣象信息采集模塊C2、地質信息采集模塊C3、太陽能供電模塊C4、光纖通信模塊C5組成。監測節點控制模塊C1與光纖通信模塊C5互聯，氣象信息采集模塊C2的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連、地質信息采集模塊C3的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連、太陽能供電模塊C4的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連。

其中監控基站B與監測節點C采用光纖通信，上位機控制端A與監控基站B采用北斗一代衛星導航系統進行信息傳輸和遠程監控；地質信息采集模塊C3包括應變式壓力傳感器，氣象信息采集模塊C2包括溫度傳感器、濕度傳感器和風速及風向一體傳感器；太陽能供電模塊ⅠB5和太陽能供電模塊ⅡC4包括蓄電池組，以及分別與蓄電池組連接的太陽能電池板。

本實用新型的工作過程：其中氣象信息采集模塊和地質信息采集模塊將當前采集到的溫度、濕度、風速、風向、壓力、應變狀況數據送至光纖通信模塊Ⅱ，光纖通信模塊Ⅱ將采集到的氣象、地質信息送至監測節點控制模塊，并在監測節點控制模塊的控制下，通過光纖通信模塊Ⅱ將氣象、地質信息發送到監控基站。監控基站一方面接收來自上位機控制端的控制命令，并將控制命令送至基站控制模塊，基站控制模塊根據命令的不同，進行相應的處理；太陽能供電模塊Ⅰ用于在太陽光下實現自動充電功能，并在基站控制模塊的控制下，對各個模塊進行供電和斷電操作，特別是耗電量大的圖像采集和處理部分，以降低監控基站的功耗，延長監控基站在無太陽光下的使用時間；圖像采集模塊用于采集邊坡動態狀況的圖像，然后通過圖像處理模塊對邊坡動態圖像進行處理，并將得到的數據送至北斗一代收發模塊Ⅱ；北斗一代收發模塊Ⅱ在基站控制模塊的控制下，將采集到的數據通過北斗一代收發天線Ⅱ發送給上位機控制端；監控基站控制模塊，一方面能根據采集到的氣象數據和太陽能供電模塊Ⅱ的充電情況，判斷當前為晴天、陰天還是雨天。如果是陰天或雨天，基站控制模塊則對圖像采集部分斷電，僅維持北斗一代的收發功能，但是如果應變式壓力傳感器檢測到邊坡變形，則監控基站立即對圖像采集部分進行供電，將圖像信息傳輸到上位機控制端；如果是晴天則基站控制模塊對所有模塊進行供電。另一方面根據北斗一代收發模塊Ⅱ接收的上位機控制端命令，進行相應的操作，如開啟或停止圖像監控功能、修改各個傳感器的使能等等。

上位機控制端一方面接收北斗一號傳輸過來的數據，再通過上位機控制端的控制，將監控數據通過可視監模塊顯示；另一方面，工作人員可根據北斗一代收發模塊Ⅰ傳輸過來的氣象、地質信息，對監控基站進行遠程的控制；如果工作人員發現異常，如圖像中顯示有滑坡跡象、應變式傳感器檢測到變形，則可發送報警指令給報警模塊；報警模塊接收到上位機控模塊的報警指令后發出報警。

本實用新型的有益效果：

本實用新型結合了北斗一代衛星導航技術和光纖通信技術對公路邊坡狀況進行了實時的監控，有很好的實時性和準確性，通過使用本監控系統，工作人員能夠遠程監控公路高危邊坡的各種動態狀況，從而判斷邊坡是否有險情、險情的大小及位置，達到遠程監控和實時防范的效果。還能通過北斗一代實現險情的報警，并且降低了監測成本，為公路安全行車提供了切實保障。

附圖說明

圖1為本實用新型上位機控制端的原理方框圖；

圖2為本實用新型監控基站的原理方框圖；

圖3為本實用新型監測節點的原理方框圖；

圖中各標號：A-上位機控制端，A1-上位機控制模塊，A2-北斗一代收發模塊Ⅰ，A3-可視監控模塊，A4-報警模塊，A5-北斗一代收發天線Ⅰ；B-監控基站，B1-基站控制模塊，B2-北斗一代收發模塊Ⅱ，B3-光纖通信模塊Ⅰ，B4-圖像采集模塊，B5-太陽能供電模塊Ⅰ，B6-北斗一代收發天線Ⅱ，B7-圖像處理模塊；C-監測節點，C1-監測節點控制模塊，C2-氣象信息采集模塊，C3-地質信息采集模塊，C4-太陽能供電模塊Ⅱ，C5-光纖通信模塊Ⅱ。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。

實施例1：本基于北斗一代的公路高危邊坡監控系統，包括上位機控制端A、監控基站B以及監測節點C三部分。

如圖1所示，上位機控制端包括上位機控制模塊A1、北斗一代收發模塊ⅠA2、可視監控模塊A3、報警模塊A4和北斗一代收發天線ⅠA5，上位機控制模塊A1與北斗一代收發模塊ⅠA2互聯，可視監視模塊A3與上位機控制模塊A1互聯，上位機控制模塊A1的輸出端和報警模塊A4的輸入端相連，北斗一代收發天線ⅠA5 與北斗一代收發模塊ⅠA2互聯。

上位機控制模塊A1可以為普通的個人電腦、服務器或手持終端等，通常位于遠離現場的控制室或工作人員手中，用于接收現在終端的邊坡動態狀態的數據和控制各個模塊；北斗一代收發模塊ⅠA2為高集成度的北斗一代收發模塊。該模塊能利用地球同步衛星為工作人員提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務。其工作頻率為2491.75MHz。上位機控制端的北斗一代收發模塊ⅠA2用于接收來自監控基站的氣象、地質信息和位置數據送至上位機控制模塊A1。工作人員結合圖像數據來有效判斷邊坡動態狀況，并通過北斗一代收發模塊ⅠA2對監控基站發送控制命令進行遠程控制；報警模塊A4可以采用鳴笛、短信或電話報警；監視模塊A3可以為液晶屏。

如圖2所示，監控基站包括基站控制模塊B1、北斗一代收發模塊ⅡB2、光纖通信模塊ⅠB3、圖像采集模塊B4、太陽能供電模塊ⅠB5和北斗一代收發天線ⅡB6，基站控制模塊B1與北斗一代收發模塊ⅡB2互聯，光纖通信模塊ⅠB3與基站控制模塊B1互聯，圖像采集模塊B4的輸出端和圖像處理模塊B7的輸入端相連，太陽能供電模塊ⅠB5的輸出端和基站控制模塊B1的輸入端相連，北斗一代收發天線ⅡB6與北斗一代收發模塊ⅡB2互聯。

基站控制模塊B1以ARM為核心的嵌入式系統，搭載著圖2中的其他模塊。一方面控制監控基站和上位機控制端之間進行數據交換，另一方面通過接收到的氣象、地質數據判斷邊坡狀況或上位機控制端的命令，來控制監控基站的供電情況，實現低功耗。北斗一代收發模塊ⅡB2與上位機控制端北斗一代收發模塊ⅠA2是對應的，用于實現上位機控制端和監控基站之間的氣象、地質信息、數據和控制指令的傳輸。太陽能供電模塊ⅠB5，采用包含蓄電池組，以及分別與蓄電池組連接的太陽能電池板，用于在太陽光下實現自動充電功能，并在基站控制模塊B1的控制下，對各個模塊進行供電和斷電操作以降低監控基站的功耗，延長監控基站在無太陽光下的使用時間；圖像采集模塊B4，可以采用CMOS攝像頭，在監測節點C檢測到的地質、氣象信息無法判斷邊坡是否出現險情時，則開啟該模塊用來采集邊坡動態狀況的圖像，然后通過圖像處理模塊B7進行計算和判斷邊坡實時狀況，并送至基站控制模塊B1。

如圖3所示，監測節點包括監測節點控制模塊C1、氣象信息采集模塊C2、地質信息采集模塊C3、太陽能供電模塊ⅡC4和光纖通信模塊ⅡC5，監測節點控制模塊C1與光纖通信模塊ⅡC5互聯，氣象信息采集模塊C2的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連，地質信息采集模塊C3的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連，太陽能供電模塊ⅡC4的輸出端和監測節點控制模塊C1的輸入端相連。

監測節點控制模塊C1可以為以ARM為核心的嵌入式系統，搭載著圖3中的其他模塊。將節點采集到的氣象、地質信息通過光纖通信模塊ⅡC5送至監控基站B。氣象信息采集模塊C2、地質信息采集模塊C3，采用了溫度傳感器、濕度傳感器、應變式壓力傳感器、風速風向一體傳感器，用于獲取溫度、濕度、壓力、應變狀況、風向、風速數據。

實施例2：本實施例其余部分與實施例1相同，其中所述上位機控制模塊A1、基站控制模塊B1和監測節點控制模塊C1可以采用ARM11S3C6410主芯片。

所述北斗一代收發模塊ⅠA2和北斗一代收發模塊ⅡB2采用FB3141型北斗一代收發模塊。

所述北斗一代收發天線ⅠA5和北斗一代收發天線ⅡB6采用FB0503型北斗一代收發天線，其工作頻率為2491.75MHz。

所述可視監控模塊A3采用液晶屏LCD12864。

所述報警模塊A4采用12V直流電壓、LTE-1101L型旋轉警示燈。

所述光纖通信模塊ⅠB3和光纖通信模塊ⅡC5采用GN1111H-S工業級100M收發器。

所述圖像采集模塊B4采用MT9T001C12STC CMOS圖像傳感器。

所述太陽能供電模塊ⅠB5和太陽能供電模塊ⅡC4采用CXS-FD太陽能發電系統。

所述圖像處理模塊B7中A/D轉換采用飛利浦SAA7111A來實現。

所述氣象信息采集模塊C2中的溫度傳感器采用S18B20芯片；濕度傳感器采用HS1101電容式濕度傳感器；風速、風向傳感器采用HS-FSX03一體式風速風向傳感器。

所述地質信息系統采集模塊C3采用 PT506Z-25MPa-M20應變式壓力傳感器。

上面結合附圖對本實用新型的具體實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。