《同步休眠机制MESH网络在长边坡监测中运用的研究》-工学论文，通信论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

同步休眠机制MESH网络在长边坡监测中运用的研究

范文

江世好单海年罗孝兵丁小闯华涛

【摘要】? ? 针对传统的边坡监测信号有线传输方式无法满足长边坡监测需求，提出利用同步休眠机制MESH网络自组网，通过时隙的划分，实现分时发送数据，进而实现对长边坡的监测，从而扩大边坡监测范围，达到对边坡稳定性的预判、预防，避免重大的人员伤亡及经济损失。

【关键词】? ? 同步休眠? ? MESH网络? ? 边坡监测

引言

近十年来，随着边坡地质灾害的频繁发生，边坡稳定性越来越被重视，并进行了大量的理论及实际研究[1][2]。目前的监测手段主要是在坡体中安装各类有线传感器，如变形监测仪器，水位监测仪器等。仪器安装完毕后，通过将线缆的集中在某处，采用MCU自动化采集设备进行数据采集，并通过458线将数据发送至中控室[3][4]。此常规的监测方式在长距离边坡运用中，受电缆长度限制，信号传输不稳定，数据处理及分析任务重，且容易出现误判现象。

本文提出将各类传感器就近集中至无线适配器中，各无线适配器利用同步休眠机制MESH网络自组网机制，通过跨周期应答方式将传感器信号传输至中控室，进一步提高信号传输的稳定性和准确性，更好的实现边坡监测工作。

一、边坡监测

边坡监测工作主要包含巡视巡查、变形监测、水稳监测、锚杆监测、锚索力监测等。各监测项目能够互相校核，互相印证。一个项目多种用途，在不同时期能反映出不同重点。

变形监测包括地表水平位移和垂直位移，裂缝、错位，边坡深部变形，支护结构变形。需要采用测斜仪、应力计等仪器对以上项目进行监测。

水文監测包括降雨监测、地表水监测和地下水监测。长时间降雨等自然因素会加大滑坡发生可能性，如尾矿坝，会因为库水位超过安全线发生溃坝事故，因此需要对水文进行监测。

边坡工程监测应符合下列规定：1 坡顶位移观测，应在每一典型边坡段的支护结构顶部设置不少于3 个观测点的观测网，观测位移量、移动速度和方向;2 锚杆拉力和预应力损失监测，应选择有代表性的锚杆，测定锚杆（索）应力和预应力损失;3 非顶应力锚杆的应力监测根数不宜少于锚杆总数的5%，预应力锚索的应力监测根数不应少于锚索总数的10%，且不应少于3根;4 监测方案可根据设计要求、边坡稳定性、周边环境和施工进程等因素确定。当出现险情时应加强监测;5 一级边坡工程竣工后的监测时间不应少于二年。

二、同步休眠机制的MESH网络

同步休眠机制的MESH网络中每个网络节点都具有路由功能，所有节点之间实现自组织网络[5][6]，当某一路由中断时，可自动修改路由链路，具有较强的自愈能力[7][8]。在同步休眠的MESH网络中，节点内部通过RTC实现全网同步休眠，并按设定时间间隔同步苏醒，并通过其状态引脚同步唤醒无线传感器中的数据采集MCU，响应远程控制或进行数据采集和传输通信，尽可能地减少无线传感器节点的功耗。

三、同步休眠机制MESH网络在长边坡监测中运用

某船闸上游设有5级马道边坡边，3个监测断面，最远的监测断面距离中控室1200m。下游设有4级马道边坡共，1个监测断面，距离中控室约700m。每个监测断面左右选择2-3个马道布置监测传感器，总计75支传感器，主要为底下水位监测和坡体位移监测。若采用传统的有线信号传输方式，则需要约10KM电缆。电缆量大，敷设任务中，信号传输不稳。因此采用无线传输成为了该边坡工程监测的最佳信号传输手段。

我公司研发了针对各类型性传感器的无线适配器，将边坡各监测传感器就近集中至无线采集适配器中，各无线适配器利用同步休眠机制MESH网络自组网机制，通过跨周期应答方式将传感器信号传输至中控室服务器中。上游设置9个无线适配器，1个网关，下游设置6个无线适配器，1个网关。

在该边坡工程运用中，各类型无线适配器就是一个无线传感节点，每个无线适配器都具有路由功能，相互之间可实现自组织网络，且可以全网同步休眠，并按设定时间间隔同步唤醒。

将无线适配器的每一个通信周期分为苏醒期和休眠期，将网关的苏醒期从起始时刻依次划分为发送时隙、延迟时隙、接收时隙，将无线适配器的苏醒期从起始时刻依次划分为接收时隙、延迟时隙、发送时隙和路由时隙[9]。网关的发送时隙、延迟时隙与无线适配器发送时隙、延迟时隙时间相同。网关的接收时隙为无线适配器的发送时隙之和。通过时隙的划分，实现系统设备的分时发送数据，有效降低网络中数据冲突，提高通信成功概率，降低数据重传次数，降低节点能耗。同时网关的发送时隙设置在每个通信周期的苏醒期起始阶段，不会因为射频模块进入休眠而丢失上一周期内未完成的信息通信，从而减少数据重传次数，进而减少通信数据量，可最大化缩短通信时隙，降低无线适配器的能耗。

则需要边坡共布置15套测斜仪，15支渗压计对边坡临空方向位移及地下水位进行监测，共布置15个无线适配器，对整个边坡4个监测断面进行数据采集和传输，中控室布置2个无线网关，对采集到的数据进行接收汇总。

四、边坡监测数据分析

4.1边坡地下水位监测

该船闸边坡监测系统自投运以来，工作稳定正常，尤其在主汛期及时的采集到水位数据，有利于工程管理人员及时掌握边坡工作状态。

如图3所示，该边坡工程字2018年至2020年，地下水位测值主要受降雨影响较大。每年的7月-10月主汛期期间，水位测值明显增大，枯水期水位测值比较平稳，其中汛期地下水位变幅最高能达到4m左右。

4.2边坡位移监测

该船闸边坡位移监测主要采用测斜仪对坡体向临空方向的水平位移进行监测。自投运以来，监测数据连续，完整，可靠。从监测数据可以看出，边坡水平位移主要发生在边坡土建施工初期，且边坡的上部位移变形大于下部位移变形。随着边坡应力的释放，边坡框格梁，排水沟，草皮绿化的工作陆续完成，位移变形趋于稳定，自2018年以来，最大变幅基本维持在8mm以内，未出现过明显的异常现象，表明该边坡目前已处于稳定状态。

五、结论

针对某船闸长边坡的监测，通过无线适配器对各传感器进行数据采集，然后利用同步休眠机制MESH网络自组网机制，通过跨周期应答方式将传感器信号传输至中控室服务器中，有效的实现了对边坡稳定性的实施监测。通过传输后的数据监测数据表明，该采集-传输系统工作稳定可靠，数据能够真实的反应出边坡的实时状态，成为了工程管理人员掌握边坡状态的有效手段。

参? 考? 文? 献

[1] 马吉倩，付宏渊，王桂尧等.降雨条件下成层土质边坡的渗流特征[J].中南大学学报，2018，49（02）：464-47.

[2]许贵生.基于Geo-Studio的降雨条件下隧道弃渣场边坡稳定性分析[J].科学技术创新，2021，02：127-131.

[3] 李秀春，邓亚，王波.公路边坡工程实时在线监测系统研究与应用[J].工程技术研究，2020，5（20）：175-176.

[4]韦庆华，余金凤，刘俊宏等.水电站厂房高后边坡施工期安全监测及成果分析[J].企业科技与发展，2020，07：112-114.

[5]秦裕斌，陈建华，黄晓. .无线Mesh网络技术及其应用[J].通信技术，2009，42（12）：152-154.

[6]孙海莉.基于无线Mesh网络的无线轴温报警装置自组网研究与设计[J].大众标准化，2020，23：32-33.

[7] 李曙光.Mesh自组网通信系统[J].现代导航，2015， 6：533-536.

[8]张颉，柴继文，王海等 .基于无线Mesh网络的集中式自愈路由算法研究[J].电子技术应用，2015，41 （9）：14-17，28.

[9]罗孝兵，华涛，蓝彦等.微型机与应用[J].2017 ，36 （1）：62-65.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。