江世好 單海年 羅孝兵 丁小闖 華濤

【摘要】? ? 針對傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測信號有線傳輸方式無法滿足長邊坡監(jiān)測需求，提出利用同步休眠機制MESH網(wǎng)絡自組網(wǎng)，通過時隙的劃分，實現(xiàn)分時發(fā)送數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)對長邊坡的監(jiān)測，從而擴大邊坡監(jiān)測范圍，達到對邊坡穩(wěn)定性的預判、預防，避免重大的人員傷亡及經(jīng)濟損失。

【關鍵詞】? ? 同步休眠? ? MESH網(wǎng)絡? ? 邊坡監(jiān)測

引言

近十年來，隨著邊坡地質災害的頻繁發(fā)生，邊坡穩(wěn)定性越來越被重視，并進行了大量的理論及實際研究[1][2]。目前的監(jiān)測手段主要是在坡體中安裝各類有線傳感器，如變形監(jiān)測儀器，水位監(jiān)測儀器等。儀器安裝完畢后，通過將線纜的集中在某處，采用MCU自動化采集設備進行數(shù)據(jù)采集，并通過458線將數(shù)據(jù)發(fā)送至中控室[3][4]。此常規(guī)的監(jiān)測方式在長距離邊坡運用中，受電纜長度限制，信號傳輸不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理及分析任務重，且容易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。

本文提出將各類傳感器就近集中至無線適配器中，各無線適配器利用同步休眠機制MESH網(wǎng)絡自組網(wǎng)機制，通過跨周期應答方式將傳感器信號傳輸至中控室，進一步提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準確性，更好的實現(xiàn)邊坡監(jiān)測工作。

一、邊坡監(jiān)測

邊坡監(jiān)測工作主要包含巡視巡查、變形監(jiān)測、水穩(wěn)監(jiān)測、錨桿監(jiān)測、錨索力監(jiān)測等。各監(jiān)測項目能夠互相校核，互相印證。一個項目多種用途，在不同時期能反映出不同重點。

變形監(jiān)測包括地表水平位移和垂直位移，裂縫、錯位，邊坡深部變形，支護結構變形。需要采用測斜儀、應力計等儀器對以上項目進行監(jiān)測。

水文監(jiān)測包括降雨監(jiān)測、地表水監(jiān)測和地下水監(jiān)測。長時間降雨等自然因素會加大滑坡發(fā)生可能性，如尾礦壩，會因為庫水位超過安全線發(fā)生潰壩事故，因此需要對水文進行監(jiān)測。

邊坡工程監(jiān)測應符合下列規(guī)定：1 坡頂位移觀測，應在每一典型邊坡段的支護結構頂部設置不少于3 個觀測點的觀測網(wǎng)，觀測位移量、移動速度和方向;2 錨桿拉力和預應力損失監(jiān)測，應選擇有代表性的錨桿，測定錨桿（索）應力和預應力損失;3 非頂應力錨桿的應力監(jiān)測根數(shù)不宜少于錨桿總數(shù)的5%，預應力錨索的應力監(jiān)測根數(shù)不應少于錨索總數(shù)的10%，且不應少于3根;4 監(jiān)測方案可根據(jù)設計要求、邊坡穩(wěn)定性、周邊環(huán)境和施工進程等因素確定。當出現(xiàn)險情時應加強監(jiān)測;5 一級邊坡工程竣工后的監(jiān)測時間不應少于二年。

二、同步休眠機制的MESH網(wǎng)絡

同步休眠機制的MESH網(wǎng)絡中每個網(wǎng)絡節(jié)點都具有路由功能，所有節(jié)點之間實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡[5][6]，當某一路由中斷時，可自動修改路由鏈路，具有較強的自愈能力[7][8]。在同步休眠的MESH網(wǎng)絡中，節(jié)點內部通過RTC實現(xiàn)全網(wǎng)同步休眠，并按設定時間間隔同步蘇醒，并通過其狀態(tài)引腳同步喚醒無線傳感器中的數(shù)據(jù)采集MCU，響應遠程控制或進行數(shù)據(jù)采集和傳輸通信，盡可能地減少無線傳感器節(jié)點的功耗。

三、同步休眠機制MESH網(wǎng)絡在長邊坡監(jiān)測中運用

某船閘上游設有5級馬道邊坡邊，3個監(jiān)測斷面，最遠的監(jiān)測斷面距離中控室1200m。下游設有4級馬道邊坡共，1個監(jiān)測斷面，距離中控室約700m。每個監(jiān)測斷面左右選擇2-3個馬道布置監(jiān)測傳感器，總計75支傳感器，主要為底下水位監(jiān)測和坡體位移監(jiān)測。若采用傳統(tǒng)的有線信號傳輸方式，則需要約10KM電纜。電纜量大，敷設任務中，信號傳輸不穩(wěn)。因此采用無線傳輸成為了該邊坡工程監(jiān)測的最佳信號傳輸手段。

我公司研發(fā)了針對各類型性傳感器的無線適配器，將邊坡各監(jiān)測傳感器就近集中至無線采集適配器中，各無線適配器利用同步休眠機制MESH網(wǎng)絡自組網(wǎng)機制，通過跨周期應答方式將傳感器信號傳輸至中控室服務器中。上游設置9個無線適配器，1個網(wǎng)關，下游設置6個無線適配器，1個網(wǎng)關。

在該邊坡工程運用中，各類型無線適配器就是一個無線傳感節(jié)點，每個無線適配器都具有路由功能，相互之間可實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡，且可以全網(wǎng)同步休眠，并按設定時間間隔同步喚醒。

將無線適配器的每一個通信周期分為蘇醒期和休眠期，將網(wǎng)關的蘇醒期從起始時刻依次劃分為發(fā)送時隙、延遲時隙、接收時隙，將無線適配器的蘇醒期從起始時刻依次劃分為接收時隙、延遲時隙、發(fā)送時隙和路由時隙[9]。網(wǎng)關的發(fā)送時隙、延遲時隙與無線適配器發(fā)送時隙、延遲時隙時間相同。網(wǎng)關的接收時隙為無線適配器的發(fā)送時隙之和。通過時隙的劃分，實現(xiàn)系統(tǒng)設備的分時發(fā)送數(shù)據(jù)，有效降低網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)沖突，提高通信成功概率，降低數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，降低節(jié)點能耗。同時網(wǎng)關的發(fā)送時隙設置在每個通信周期的蘇醒期起始階段，不會因為射頻模塊進入休眠而丟失上一周期內未完成的信息通信，從而減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，進而減少通信數(shù)據(jù)量，可最大化縮短通信時隙，降低無線適配器的能耗。

則需要邊坡共布置15套測斜儀，15支滲壓計對邊坡臨空方向位移及地下水位進行監(jiān)測，共布置15個無線適配器，對整個邊坡4個監(jiān)測斷面進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，中控室布置2個無線網(wǎng)關，對采集到的數(shù)據(jù)進行接收匯總。

四、邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1邊坡地下水位監(jiān)測

該船閘邊坡監(jiān)測系統(tǒng)自投運以來，工作穩(wěn)定正常，尤其在主汛期及時的采集到水位數(shù)據(jù)，有利于工程管理人員及時掌握邊坡工作狀態(tài)。

如圖3所示，該邊坡工程字2018年至2020年，地下水位測值主要受降雨影響較大。每年的7月-10月主汛期期間，水位測值明顯增大，枯水期水位測值比較平穩(wěn)，其中汛期地下水位變幅最高能達到4m左右。

4.2邊坡位移監(jiān)測

該船閘邊坡位移監(jiān)測主要采用測斜儀對坡體向臨空方向的水平位移進行監(jiān)測。自投運以來，監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)，完整，可靠。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，邊坡水平位移主要發(fā)生在邊坡土建施工初期，且邊坡的上部位移變形大于下部位移變形。隨著邊坡應力的釋放，邊坡框格梁，排水溝，草皮綠化的工作陸續(xù)完成，位移變形趨于穩(wěn)定，自2018年以來，最大變幅基本維持在8mm以內，未出現(xiàn)過明顯的異常現(xiàn)象，表明該邊坡目前已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

五、結論

針對某船閘長邊坡的監(jiān)測，通過無線適配器對各傳感器進行數(shù)據(jù)采集，然后利用同步休眠機制MESH網(wǎng)絡自組網(wǎng)機制，通過跨周期應答方式將傳感器信號傳輸至中控室服務器中，有效的實現(xiàn)了對邊坡穩(wěn)定性的實施監(jiān)測。通過傳輸后的數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該采集-傳輸系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)能夠真實的反應出邊坡的實時狀態(tài)，成為了工程管理人員掌握邊坡狀態(tài)的有效手段。

參? 考? 文? 獻

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