用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信系统及方法与流程

本发明涉及大坝监测站通信，尤其是涉及用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信系统及方法。

背景技术：

1、大型水电工程大坝外形监测是一项重要的工程监测项目，旨在确保大坝的结构安全和效能。监测的目的是及时发现大坝的变形、位移、裂缝或其他结构问题，从而采取适当的维护和修复措施。

2、通常采用大坝监测站来监测大坝的结构变形、应力、渗流、环境等因素；当监测数据出现异常时，监测站能够及时发出预警，为采取应急措施提供时间，防止事故的发生或扩大。

3、大坝监测站通常是在大坝监测点附近设置，多个大坝监测站构成了大坝外形监测网络，大坝监测站需要实时将监测数据传输到控制中心的计算机；

4、常规状态下大坝监测站的通信一般基于有线或者无线通信网络实现，但是大坝区域出现地质位移，甚至地震滑坡等地质灾害时，通信网络很难进行稳定通信传输。

5、因此，开发一种适用于大坝监测站的通信网络，能在地质灾害情况下提供稳定的通信传输是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述大坝监测站稳定通信的技术问题，本发明提供用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信系统及方法。采用如下的技术方案：

2、用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信系统，包括光纤电缆通信单元、无线通信单元、应急通信单元和基于芯片的通信控制器，光纤电缆通信单元包括多个光纤转换器和多个光纤中继器，多个光纤转换器和多个光纤中继器分别安装在多个大坝监测站处，大坝监测站的数据输出端与光纤转换器的数据输入端通信连接，光纤转换器的数据输出端与光纤中继器的数据输入端通信连接，多个光纤中继器分别通过光纤电缆与控制中心服务器通信连接，且多个光纤中继器之间互相通过光纤电缆自组网通信互联；

3、无线通信单元基于多个无线桥接路由器实现无线组网，多个无线桥接路由器的数据输入端分别与大坝监测站的数据输出端的通信连接，离控制中心服务器物理距离最近的无线桥接路由器的数据输出端通过通信电缆与控制中心服务器通信连接；

4、应急通信单元包括多个监测数据黑匣子组件和至少一架应急通信飞行器，监测数据黑匣子组件安装在离大坝监测站两米外十米内的区域，监测数据黑匣子组件的数据输入端通过通信电缆与大坝监测站的数据输出端通信直连，监测数据黑匣子组件设有应急射频发送器，当判断出现通信故障时，应急射频发送器启动向上方空间无线广播监测数据黑匣子组件存储的监测数据，通信控制器与控制中心服务器通信连接，当通信控制器判断控制中心服务器无法通过光纤电缆通信单元或无线通信单元与其中一个大坝监测站或多个大坝监测站进行通信时，控制应急通信飞行器飞行到无法通信的大坝监测站上空区域，应急通信飞行器与应急射频发送器无线通信交互监测数据。

5、通过采用上述技术方案，采用正常通信模式、无线通信模式和应急通信模式三种方式实现可靠的通信，在正常状态下，光纤转换器、多个光纤中继器、通信电缆等通信直连的硬件一般处于正常状态，可以稳定高效地实现大坝监测站的监测数据与控制中心服务器的正常通信，但当局部通信线路出现故障或其它通信硬件出现故障时，无线通信单元的多个无线桥接路由器就可以实现无线通信，控制中心服务器还可以区分监测数据的来源是有线还是无线，大坝监测站的位置数据是固定的，当无线通信时，工作人员应当及时检修来恢复正常通信模式；

6、当大坝区域出现地质灾害等极端情况时，例如地震、山体滑坡等，很有可能会导致正常通信模式和无线通信模式均遭到物理损害失效，此时大坝监测站监测的数据恰恰是最关键的，此时采用应急通信模式，控制应急通信飞行器飞行到无法通信的大坝监测站上方，可以近距离无线采集监测数据黑匣子组件的应急射频发送器发送的监测数据，从而避免了极端情况下大坝监测站的最重要的监测数据的丢失，保障了大坝监测站在极端情况下的通信需求。

7、可选的，监测数据黑匣子组件包括防护箱体、黑匣子承载座、数据存储黑匣子、应急射频发送器、基于芯片的应急射频控制器和硬质通信电缆，所述防护箱体安装在离大坝监测站两米外十米内的平坦区域地面下，所述黑匣子承载座的底部安装在防护箱体内底部，所述数据存储黑匣子的底部卡装在黑匣子承载座的顶部，所述应急射频发送器安装在数据存储黑匣子顶部，并与数据存储黑匣子的数据输出端通信连接，数据存储黑匣子和应急射频控制器分别通过硬质通信电缆与大坝监测站的数据输出口通信连接，数据存储黑匣子存储大坝监测站的监测数据，应急射频控制器基于大坝监测站是否收到发送回执判断是否出现通信故障，当判断出现通信故障，应急射频控制器控制应急射频发送器启动向上方空间无线广播数据存储黑匣子存储的监测数据。

8、可选的，防护箱体采用lcp塑料制成。

9、通过采用上述技术方案，监测数据黑匣子组件采用两层防护，防护箱体采用lcp塑料制成，lcp塑料具有很好的强度，且不会隔绝无线通信信号，为数据存储黑匣子提供很好的外层防护和安装空间，不会影响应急射频控制器的无线信号，应急射频发送器实际上是射频发射天线，可以向上方空间无线发送数据存储黑匣子存储的监测数据，应急射频控制器是数据分析芯片，可以采集大坝监测站发送的数据包和发送回执，若在发送数据设定时间未收到发送回执则可判断出现通信故障。

10、可选的，监测数据黑匣子组件还包括自动注水装置，所述自动注水装置包括陀螺仪、基于单片机的注水控制开关、水箱9和微型注水泵，所述水箱9设置在防护箱体一侧，所述陀螺仪安装在防护箱体内，用于监测防护箱体姿态，微型注水泵的进出水口分别通过管道与水箱9的出水口和防护箱体的进水口连通，注水控制开关与陀螺仪通信连接，当判断防护箱体的倾斜角度大于设定角度阈值则注水控制开关控制微型注水泵启动向防护箱体内注水，数据存储黑匣子采用低密度材料制成，当防护箱体内注水后，数据存储黑匣子漂浮在水中，应急射频发送器保持在数据存储黑匣子上方。

11、通过采用上述技术方案，当出现极端情况时，很可能防护箱体所处位置出现较大变化，甚至会出现翻转的情况，此时通过控制微型注水泵动作向防护箱体注水的形式来使数据存储黑匣子漂浮在防护箱体内部一是起到缓冲作用，避免数据存储黑匣子遭受过多的物理碰撞，二是通过重心的结构设计，可以使应急射频发送器保持在数据存储黑匣子上方，从而保障了应急射频发送器能应急发送数据。

12、可选的，应急通信飞行器包括无人机和应急射频接收器，所述通信控制器控制无人机的飞行动作，所述应急射频接收器挂载于无人机底部，应急射频接收器用于接收应急射频发送器发送的无线数据。

13、可选的，应急通信飞行器还包括应急数据存储器，所述应急数据存储器与应急射频接收器的数据输出端通信连接。

14、通过采用上述技术方案，无人机可以高效地实现对单个通信故障的大坝监测站进行应急通信支援，还可以采用巡检的方式实现对多个通信故障的大坝监测站进行应急通信支援，应急射频接收器接收应急射频发送器发送的监测数据包后存储在应急数据存储器，当无人机降落后可以采用人工采集数据的方式来拷贝这部分监测数据，再导入控制中心服务器即可。

15、可选的，通信控制器包括存储器、数据分析芯片和飞控中心，所述存储器与控制中心服务器通信连接，采集控制中心服务器的通信交互数据，数据分析芯片分析通信交互数据，分别分析控制中心服务器与多个大坝监测站的通信状态，当判断控制中心服务器无法与其中一个大坝监测站或多个大坝监测站进行通信时，与飞控中心交互判断结果和无法通信的大坝监测站位置数据，飞控中心控制无人机飞行到无法通信的大坝监测站上空区域，应急射频接收器与应急射频发送器无线通信交互监测数据。

16、通过采用上述技术方案，数据分析芯片主要是基于设定时间下，控制中心服务器是否收到大坝监测站的监测数据包来判断通信是否出现故障，如判断出现通信故障，就获得通信故障的大坝监测站编号和编号对应的位置数据，则飞控中心根据位置数据生成控制无人机飞行到无法通信的大坝监测站上空区域，从而实现应急通信的自动介入。

17、用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信方法，采用一体化大坝监测站通信系统实现多个大坝监测站与控制中心服务器的监测数据通信，包括以下三种通信模式：

18、正常通信模式，每隔设定时间间隔，大坝监测站的监测数据通过光纤转换器和光纤中继器发送给控制中心服务器，大坝监测站基于发送时间后的设定回执时间是否收到发送回执来判断监测数据是否出现有线通信故障；

19、无线通信模式，当大坝监测站判断出现有线通信故障，大坝监测站通过无线通信单元进行无线通信，基于无线通信模式实现与控制中心服务器实现无线交互监测数据，当大坝监测站依然未收到发送回执，则判断出现通信故障；

20、应急通信模式，当判断出现通信故障时，应急射频发送器启动向上方空间无线广播监测数据黑匣子组件存储的监测数据，同时通信控制器判断控制中心服务器无法通过光纤电缆通信单元或无线通信单元与其中一个大坝监测站或多个大坝监测站进行通信时，控制应急通信飞行器飞行到无法通信的大坝监测站上空区域，应急通信飞行器与应急射频发送器无线通信交互监测数据。

21、应急通信模式时，若注水控制开关的单片机根据与陀螺仪交互的数据判断防护箱体的倾斜角度大于设定角度阈值，注水控制开关控制微型注水泵启动向防护箱体内注水。

22、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

23、本发明能提供用于大坝变形监测的一体化大坝监测站通信系统及方法，采用正常通信模式、无线通信模式和应急通信模式三种方式实现可靠的通信，在正常状态下，光纤转换器、多个光纤中继器、通信电缆等通信直连的硬件一般处于正常状态，可以稳定高效地实现大坝监测站的监测数据与控制中心服务器的正常通信，但当局部通信线路出现故障或其它通信硬件出现故障时，无线通信单元的多个无线桥接就可以实现无线通信；

24、当大坝区域出现地质灾害等极端情况时，此时采用应急通信模式，控制应急通信飞行器飞行到无法通信的大坝监测站上方，可以近距离无线采集监测数据黑匣子组件的应急射频发送器发送的监测数据，从而避免了极端情况下大坝监测站的最重要的监测数据的丢失，保障了大坝监测站在极端情况下的通信需求。