关于公路自然灾害监测预警系统(2)——系统及核心设备

1.桥梁隧道边坡监测报警系统总体介绍

公路自然灾害监测预警系统由报警中枢、无线采集仪、传感器、报警外设、配套杆件设施及监测报警云平台组成。系统可采集监测各种动态及静态数据，适用于 高速公路及重点公路灾害风险路段的监测预警，同时适用于长大桥梁健康监测、隧道健康监测、边坡监测，也可将原有健康监测系统改造为公路自然灾害监测预 警系统的应用，具有“安全可靠、稳定高效、经济实用、适配兼容"的特点。

监测报警场景包括各种灾害引发的桥梁垮塌、路基塌陷、边坡滑坡、隧道结构变形、隧道洞口滑坡等公路突发灾害事件。

报警中枢是监测报警系统核心设备，它采用高性能 ARM 主机，融合了4G、LORA、TCP/IP、RS485 等各种通讯技术，内置多种算法，具有前端解算、前端存储、前端判定、前端联动功能，可在 3 秒内及时发现公路自然灾害事件，并将灾害事件上报监测公路自然灾害监测预警信息系统云平台，同时报警中枢可以现场驱动语音喇叭、警号、爆闪灯、LED 显示屏等设备或打电话发短信进行自动报警，实现 对灾害区域内车辆告警提示和有效阻拦。监控中心平台值守人员可以通过现场视 频等方式人工复核确认灾害事件的发生，在云端控制报警中枢现场联动报警。

公路自然灾害监测预警系统云平台为自主开发、具有独立知识产权。软件平台预留多个接口，可实现气象、水利、应急管理、公安相关数据融合，可实现多种协 同报警方式，包括导航软件、车载收音机、车联网终端以及公路情报板、ETC终端等。

2.系统总体详述

2.1 系统总体组成

公路自然灾害监测预警系统包括三部分:

(1)现场监测报警硬件设备：包含桥梁垮塌监测报警设备、隧道洞口边仰坡滑坡监测报警设备、路基边坡塌陷监测报警设备。具体硬件包含报警中枢、无线低 功耗采集仪、动态采集仪、静态采集仪及各种位移、振动、倾角、应变、气象、称重、视频传感器，以及相关管线槽、供电、防雷、接地、通讯、箱体、护罩、支架、立杆、基础等等硬件设备。

(2)报警设施：含语音喇叭、声光警号、爆闪灯、报警牌、LED 显示屏、柔性 阻车器、交通安全投影仪、报警立杆、支架固定件、供电、防雷、接地、报警驱动模块等报警执行设备。

(3)公路自然灾害监测预警信息系统云平台：含数据监测软件模块与灾害报警软件模块及手机 APP。可实现路段级、省级部署，数据无缝交互及业务协同。公路自然灾害监测预警信息系统云平台可根据用户具体要求进行开发，实现气象、 地震、灾害、应急多源数据融合。公路自然灾害监测预警信息系统云平台可以直接驱动现场报警设施，也可以按照用户要求开发其他协同报警终端接口，包括高速公路信息显示终端、互联网地图导航平台、车载收音机、ETC 终端(OBU)等。

 

 

2.2 监测预警设施硬件构架示意图

 

 

2.3 硬件结构设计说明:

桥梁、隧道、边坡三种场景的公路自然灾害监测预警系统结构我们采用了一致性设计理念。考虑到自然灾害的突发性，监测设施、预警设施、公路自然灾害监 测预警信息系统云平台都设计为秒级实时系统。公路自然灾害监测预警系统前端硬件体系结构的核心是报警中枢，只要更换专用传感器就可以实现不同场景的监 测和报警。公路自然灾害监测预警系统采用小汇聚、低功耗、无线传输、分布部 署的原则，以积木搭建、数据互通的模式使得系统部署非常灵活高效。既可以建立单站式监测报警系统，也可以建立多站点的复杂监测报警系统。

这里指的报警中枢不是普通数据网关，普通的数据网关是不同网络协议转换的器，可以看做是一个数据翻译器，不具备边缘计算能力，不能代替报警中枢。

报警中枢是公路自然灾害监测预警系统前端硬件体系的核心，具有强大的边缘计算能力，既能在长大桥、桥梁群应用，也能在各种中小桥、边坡、隧道灾害报警环境应用。报警中枢同时能够采集各种动态和静态数据，并实现前端采集、前端存储、前端解析、前端判别、前端联动报警。动态数据可以实现高频动态监测，数据抽样转为静态化数据支持越线报警。报警中枢综合判定灾害状态，生成报警 策略，并驱动报警设备执行报警联动行为。在与云平台4G断网的灾害情况下，报警中枢作为现场核心设备仍旧可以实现独立驱动现场报警设备的功能。

各种无线采集仪、无线传感器与报警中枢分离式部署，报警中枢现场选择在灾害区之外安全区域安装，报警中枢、无线采集仪、无线传感器、无线报警外设实现 无线自组网连接，无线通讯距离大于 1 公里。

报警中枢、无线采集仪或者传感器自带后备电池，灾害发生时及时外部供电中断，前端系统也可以进行报警联动。报警中枢具有报警状态群发模式，现场多个报警中枢可同时联动报警，可同时驱动多个报警外设报警。比如多个喇叭、多个LED显示屏、多个报警指示牌等。

2.4 硬件功能示意图

 

 

2.5 报警流程示意图

 

 

2.6 桥梁灾害报警点部署示意图

 

 

2.7 边坡灾害报警点部署示意图

 

 

2.8 隧道灾害报警点部署示意图

 

 

3.核心硬件功能与参数

3.1 报警中枢 RS-1080 功能(自主研发)

 

 

1)支持所有动态数据、静态数据、视频数据采集;

2)支持LoRa无线数据采集通信;

3)实现远程电话告警、本地麦克风喊话告警;

4)本地预设报警门限、采集阈值联动告警;

5)支持2路RS485数据采集功能;

6)本地实现预警抓拍联动;

7)远程通话广播、一键报警;

8)实现远程短信告警;

9)支持喇叭广播告警;

10)支持外接太阳能或市电供电;

11)内置锂亚电池供电;

12)支持供电状态监测功能;

13)支持远程控制，程序升级;

14)支持4G数据传输;

15)支持以太网接口数据传输;

16)支持远程测试功能，支持现场测试/停止测试功能;

17)自身状态上报云端功能;

18)支持语音喇叭、声光警号、爆闪灯、LED 文字屏、报警指示牌多种报警联动功能;

19)支持从报警站联动报警功能;

20)支持多报警点无线联动报警功能;

3.2 报警中枢RS-1080工作模式

1. LoRa无线唤醒模式:报警中枢预设监测频率，向低功耗无线数据采集仪发送 唤醒采集命令;

2. 远程控制模式:报警中枢可通过云服务端控制程序，远程控报警中枢工作状 态和报警设备工作;

3. 虚拟传感器模式:报警中枢可根据采集仪上报的数据汇总虚拟出关联传感器 做为报警阈值的判断，减少误报和漏报情况发送;

4. 告警模式:报警中枢可本地设置报警阈值，支持阈值报警、累计值报警、变化率报警，根据预设工作模式做出相应报警动作，并支持本地麦克风喊话告警、远程语音告警、短信告警等，支持多种报警方式发送，确保路上行车安全;

报警中枢RS-1080参数表

 

 

3.3 低功耗一体化采集仪 RS-1070(自主研发)

 

 

1)低功耗设计，锂亚电池供电;

2)LoRa无线数据通信;

3)支持两路RS485接口数据采集、转发功能;

4)可连接6台RS485 Modbus 通讯协议传感器;

5)内置倾角及加速度传感器;

6)支持外部电池扩展接口;

7)可本地设置多级报警门限(前三级平台预警，四级以上灾害报警，联动现场报警设备)，根据预设门限和工作模式自主采集传感器数据分析上报;

8)设备激活方式:报警中枢唤醒、自动上线;

9)设备采用上位机软件进行设置;

10)数据采集频率可以设置，静态数据 1 赫兹(有外部供电情况下);

11)具备人工确认后启动联动报警功能;

3.4 低功耗无线数据采集工作模式

1.低功耗接收模式:采集仪休眠后可周期性唤醒，只能接收指定报警中枢发出的唤醒命令。采集仪根据命令协议，采集传感器数据并上传报警中枢后，再次进入休眠模式。休眠模式下，采集仪耗电量为微安级;

2.定时唤醒采集发送模式:采集仪预设采集频率，自主唤醒采集数据，并通过LoRa上传至报警中枢，完成后再次进入休眠模式;

3.门限判断模式:采集仪预设采集频率自主唤醒采集传感器数据，采集仪判断传感器数据是否超限，若超限立即向报警中枢上报实时数据，并发送报警信息，若数据未超限，采集仪将不会向报警中枢发送数据，采集完成后再次进入休眠模式，直到下次被唤醒;

低功耗一体化采集仪RS-1070参数表

 

 

4.现场安装图片