本發(fā)明涉及高邊坡的監(jiān)測和監(jiān)控領(lǐng)域，特別是水庫庫區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的大量高邊坡的批量監(jiān)測監(jiān)控。

背景技術(shù)：

到目前為止，全球范圍內(nèi)凡是人類居住和工程活動的山嶺地區(qū)，幾乎都有滑坡災(zāi)害發(fā)生，滑坡成為各種災(zāi)害中頻度最高、損失最大的地質(zhì)災(zāi)害類型。大量水庫修筑于高山峽谷中，庫區(qū)兩岸常分布有大量高邊坡。庫區(qū)滑坡是人類工程活動導(dǎo)致的典型滑坡，這些高邊坡除了受到降雨、地質(zhì)的影響外，還受到庫盆變形和水位波動的作用。由于庫區(qū)高邊坡的范圍廣、邊坡數(shù)量多、都受到水庫的影響，在水位變化過程中極易受到擾動，產(chǎn)生大量滑坡；對這類邊坡進(jìn)行監(jiān)控，能極大的確保庫區(qū)人民群眾的安全及水庫大壩的安全。

現(xiàn)有的滑坡監(jiān)測和監(jiān)控技術(shù)，多著重于對某一個或局部的滑坡開展；對于大量滑坡的監(jiān)測和監(jiān)控預(yù)警，由于滑坡的范圍廣、交通不便、監(jiān)控成本高、分析難度大，目前還未出現(xiàn)一種集成化、高效化的監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對大量高邊坡的批量監(jiān)控。伴隨著無人機(jī)等低成本、大范圍的飛行設(shè)備出現(xiàn)，能夠?qū)Υ蠓秶M(jìn)行快速高效的監(jiān)測、監(jiān)控成為現(xiàn)實(shí)；為此，利用無人機(jī)設(shè)備，進(jìn)行大范圍的監(jiān)控，并通過無線傳輸設(shè)備將監(jiān)測信息上報(bào)匯總，以輔助滑坡的監(jiān)控預(yù)警，形成一套自動化程度高、性能強(qiáng)的庫區(qū)高邊坡無人機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)，提高了庫區(qū)滑坡監(jiān)控的效率，避免了滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種庫區(qū)高邊坡無人機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)及方法，在降低設(shè)備成本、提高監(jiān)測效率的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)庫區(qū)大量高邊坡的無人機(jī)監(jiān)控及監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)大量高邊坡的自動監(jiān)控，為庫區(qū)邊坡安全提供幫助，保障了水庫大壩及庫區(qū)高邊坡的安全。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種庫區(qū)高邊坡無人機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)測系統(tǒng)、太陽能集電裝置、無人機(jī)、無人機(jī)移動站、巡檢車、監(jiān)控分析中心；所述的監(jiān)測系統(tǒng)布置在高邊坡上，采集高邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)，在有移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的高邊坡區(qū)域，通過移動網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控分析中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；在無移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的高邊坡區(qū)域，通過藍(lán)牙和無人機(jī)進(jìn)行近距離數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)無人機(jī)飛入移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，無人機(jī)通過移動網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控分析中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；所述的無人機(jī)移動站布置在巡檢車上，配置有燃油發(fā)電機(jī)，用于對無人機(jī)的維護(hù)、充電；監(jiān)測系統(tǒng)可通過太陽能集電裝置或無人機(jī)獲取電能。

作為優(yōu)選，所述的無人機(jī)包括無人機(jī)的機(jī)體、圖片采集設(shè)備、移動網(wǎng)絡(luò)模塊、藍(lán)牙模塊、無人機(jī)電池、微距電能發(fā)射模塊；所述的圖片采集設(shè)備能夠采集庫區(qū)高邊坡的圖像數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控分析中心的監(jiān)控分析。

作為優(yōu)選，所述的監(jiān)測系統(tǒng)包括若干變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測裝置、采集傳輸裝置、受電裝置、坡面停機(jī)坪；若干變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測裝置布置在高邊坡的重點(diǎn)部位，通過電纜近距離連接采集傳輸裝置；太陽能集電裝置布置于無遮擋部位，與采集傳輸裝置連接，用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，給采集傳輸裝置供電；受電裝置固定在坡面停機(jī)坪上，與采集傳輸裝置連接。

作為優(yōu)選，所述的采集傳輸裝置包括采集裝置、移動網(wǎng)絡(luò)模塊、藍(lán)牙模塊、鋰電池；采集傳輸裝置通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊向監(jiān)控分析中心傳輸數(shù)據(jù)；采集傳輸裝置能通過藍(lán)牙模塊與無人機(jī)近距離交換數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述的受電裝置包含微距電能接收模塊，無人機(jī)停落在坡面停機(jī)坪上時，無人機(jī)的微距電能發(fā)射模塊將電能傳輸?shù)绞茈娧b置中，給采集傳輸裝置的鋰電池充電。

作為優(yōu)選，所述的采集傳輸裝置具有休眠功能，可以設(shè)置在固定時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述的采集傳輸裝置具有防水、保溫、避雷電功能，用于防止雨水和低氣溫天氣導(dǎo)致的設(shè)備失效；所述采集傳輸裝置的鋰電池為鋰離子電池或鋰聚合物電池，能通過太陽能集電裝置存儲電能，也能通過受電裝置從無人機(jī)上獲取電能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備充電；坡面停機(jī)坪上部包含塑料材質(zhì)保護(hù)蓋，用于保護(hù)受電裝置；坡面停機(jī)坪下部為混凝土墩，采集傳輸裝置與坡面停機(jī)坪的直線距離小于5m。

一種庫區(qū)高邊坡無人機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下流程：

流程1，系統(tǒng)布置：在某座水庫上游河流流域兩岸，選擇需要進(jìn)行監(jiān)控的多個高邊坡，將若干變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測裝置布置在高邊坡的重點(diǎn)部位；太陽能集電裝置布置在坡頂無樹木遮擋部位；在高邊坡上選擇無樹木遮擋部位且距離太陽能集電裝置5m以上距離布置坡面停機(jī)坪，坡面停機(jī)坪深入高邊坡表面以下0.5~1.0m，以確保設(shè)備穩(wěn)固；采集傳輸裝置布置在坡面停機(jī)坪附近，與坡面停機(jī)坪的直線距離小于5m，受電裝置布置在坡面停機(jī)坪頂部保護(hù)蓋內(nèi)；各監(jiān)測裝置、太陽能集電裝置、受電裝置通過電纜與采集傳輸裝置連接；監(jiān)控分析中心布置于水庫下游平原區(qū)域。

流程2，巡查、數(shù)據(jù)采集及供電：巡檢車裝有無人機(jī)移動站及若干臺無人機(jī)，從水庫出發(fā)，沿巡檢車路徑向上游行駛，當(dāng)行駛到某處高邊坡附近時，放飛一臺無人機(jī)飛入高邊坡區(qū)域，控制無人機(jī)的圖片采集設(shè)備進(jìn)行拍照，將所述無人機(jī)停落在坡面停機(jī)坪，給采集傳輸裝置的鋰電池充電，當(dāng)所述高邊坡區(qū)域無移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋，無人機(jī)獲取采集傳輸裝置儲存的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)；當(dāng)所述高邊坡區(qū)域有移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采集傳輸裝置自動通過移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控分析中心；由于山區(qū)環(huán)境復(fù)雜，朝向、降雨、樹木遮擋都會造成所述太陽能集電裝置受光照不足，當(dāng)太陽能集電裝置電量小于20%時，無人機(jī)降落到坡面停機(jī)坪，通過無人機(jī)的微距電能發(fā)射模塊將電能傳輸?shù)绞茈娧b置中，實(shí)現(xiàn)給采集傳輸裝置的鋰電池充電。

流程3，設(shè)備維護(hù)：在進(jìn)行流程2的同時，其他備用無人機(jī)放置在無人機(jī)移動站上進(jìn)行充電、檢修；當(dāng)流程2完畢后，收回流程2中使用的無人機(jī)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，巡檢車進(jìn)入下一個高邊坡，選擇備用無人機(jī)中的一臺重復(fù)流程2的工作，按照以上流程逐次完成區(qū)域內(nèi)所有高邊坡的監(jiān)控。

有益效果：針對現(xiàn)有高邊坡監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不足，充分考慮到山區(qū)高邊坡環(huán)境惡略、功能不便、通訊交通條件差、人工巡查效率低的缺點(diǎn)。本發(fā)明在移動網(wǎng)絡(luò)及光照充足的區(qū)域，采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和太陽能供電；在無移動網(wǎng)絡(luò)及光照不充足的區(qū)域，采用無人機(jī)近距離傳輸數(shù)據(jù)和微距離充電的備用供電方法；同時，采用無人機(jī)空中對高邊坡進(jìn)行圖片采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控分析，降低了對高邊坡的監(jiān)控成本、提高了監(jiān)控效率，能夠?qū)崿F(xiàn)對大量高邊坡的長期遠(yuǎn)距離監(jiān)測和監(jiān)控。

附圖說明

圖1流域內(nèi)高邊坡的布置和巡檢車路徑示意圖。

圖2監(jiān)測系統(tǒng)布置示意圖。

圖3坡面停機(jī)坪結(jié)構(gòu)及無人機(jī)關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行進(jìn)一步說明。

如圖所示，該發(fā)明對某個水庫上游河流兩岸的高邊坡進(jìn)行監(jiān)控，在河流兩岸共選擇了5處高邊坡進(jìn)行巡檢、監(jiān)測和監(jiān)控；按照工程需求和目標(biāo)，對其中3處高邊坡（標(biāo)記為黑色三角）安裝了監(jiān)測系統(tǒng)，同時進(jìn)行無人機(jī)拍照和監(jiān)測數(shù)據(jù)采集；另外兩處高邊坡，進(jìn)行無人機(jī)拍照，不進(jìn)行監(jiān)測。

其中，監(jiān)測系統(tǒng)1和監(jiān)測系統(tǒng)2位于山體高邊坡南岸，光照較為充分；監(jiān)測系統(tǒng)3位于山體北岸，光照較少。為了避免太陽能集電裝置因?yàn)楣庹詹蛔銓?dǎo)致的供電不足，3個采集系統(tǒng)都布設(shè)了受電裝置，可通過無人機(jī)進(jìn)行微距離充電。

大壩下游為平原生活區(qū)，交通及移動網(wǎng)絡(luò)通訊條件較好，布設(shè)監(jiān)控分析中心。

監(jiān)測系統(tǒng)1距離水庫下游平原較近，有移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采集傳輸裝置直接通過移動網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控分析中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

監(jiān)測系統(tǒng)2、監(jiān)測系統(tǒng)3位于水庫上游深山峽谷區(qū)域，無移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋；監(jiān)測系統(tǒng)1和監(jiān)測系統(tǒng)2通過藍(lán)牙和無人機(jī)進(jìn)行近距離數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)無人機(jī)飛入水庫及大壩及下游平原區(qū)域，有移動網(wǎng)絡(luò)時，將數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控分析中心。

各監(jiān)測系統(tǒng)均包含變形監(jiān)測設(shè)備、滲流監(jiān)測設(shè)備和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備；變形監(jiān)測設(shè)備布置于高邊坡表面，滲流監(jiān)測設(shè)備和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備布置于高邊坡內(nèi)部。

為了確保無人機(jī)與采集傳輸裝置數(shù)據(jù)藍(lán)牙通訊的有效性，將采集傳輸裝置布設(shè)在與坡面停機(jī)坪直線距離4m的位置，采集傳輸裝置高度為50cm；為確保無人機(jī)停落的安全性和無遮擋，太陽能集電裝置布置于高邊坡頂部，與坡面停機(jī)坪距離大于10m；坡面停機(jī)坪高出地面2m，同時在坡面停機(jī)坪周邊2m范圍內(nèi)清理植物雜草，表面澆筑混凝土。

巡檢車裝有兩臺無人機(jī)設(shè)備（1號機(jī)、2號機(jī)），從水庫出發(fā)，在環(huán)山公路上，沿巡檢車路徑向上游行駛，當(dāng)行駛到高邊坡附近時，放飛1號機(jī)，控制無人機(jī)對監(jiān)控高邊坡拍照，將無人機(jī)停落在坡面停機(jī)坪上時，無人機(jī)的微距電能發(fā)射模塊將電能傳輸?shù)绞茈娧b置中，給采集傳輸裝置的鋰電池充電，同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2號機(jī)進(jìn)行充電、檢修。工作完畢后，回收1號機(jī)，行駛到下一個高邊坡附近，放飛2號機(jī)進(jìn)行操作，1號機(jī)檢修和充電。

之后，以此交替工作；對于無監(jiān)測系統(tǒng)的高邊坡，只進(jìn)行圖像采集；對于移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域的監(jiān)測系統(tǒng)，不進(jìn)行無人機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸；對于監(jiān)測系統(tǒng)中電量大于等于20%的監(jiān)測系統(tǒng)，不進(jìn)行無人機(jī)的微距離充電。

為了確保系統(tǒng)的有效運(yùn)行，無人機(jī)鋰電池為容量不低于40000mah的高性能鋰電池，保證多次使用（大于300次充放電循環(huán)）后，可用容量不低于85%。

巡檢車用燃油發(fā)電機(jī)給無人機(jī)鋰電池充電，考慮發(fā)電機(jī)的便攜性和燃油的可獲取性，發(fā)電機(jī)采用10kw雙缸柴油發(fā)電機(jī)（單相220v），每次配備2臺發(fā)電機(jī)，其中一臺備用。

監(jiān)測系統(tǒng)日常采集頻率為1次/日，在降雨等惡劣條件下，可加密采集，頻率為1次/小時，移動網(wǎng)絡(luò)采用3g以上，以確保實(shí)時數(shù)據(jù)的暢通；通過無人機(jī)進(jìn)行自動監(jiān)控的頻率為1次/周?；潞徒涤晗嚓P(guān)性較大，且當(dāng)日累計(jì)降雨大于100mm時，滑坡數(shù)量明顯增多，因此，當(dāng)t日累積降雨量大于100mm，且t+1日或之后某日道路交通和通訊具備無人機(jī)監(jiān)控條件時，需按照巡檢車路徑，在具備無人機(jī)監(jiān)控條件當(dāng)日進(jìn)行一次無人機(jī)自動監(jiān)控。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。