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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明公开了一种用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统，包括分布式智能感知网络、远程服务器和智能预警执行器；分布式智能感知网络包括网关设备和多个感知节点，多个感知节点分布式埋设于土体中，用于实时监测土体的状态，网关设备部署于路侧，用于汇聚各感知节点的监测数据，并将数据转发至远程服务器；远程服务器通过运行道路地基异常状态识别算法，根据节点特征数据随时空变化，分析土体运移状态，判断识别是否形成空洞塌陷及塌陷区域；智能预警执行器用于发出路面塌陷与脱空的预警信息。本发明可开展多点分布式的道路地基土体运动状态监测，实现城市道路脱空塌陷监测与预警。

主权项：1.一种用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统，其特征在于，包括：分布式智能感知网络、远程服务器以及智能预警执行器；其中，所述分布式智能感知网络包括网关设备和多个感知节点，多个感知节点分布式埋设于土体中，用于实时监测土体的状态，所述网关设备部署于路侧，用于汇聚各感知节点的监测数据，并将汇聚的监测数据转发至所述远程服务器中；所述远程服务器用于通过运行道路地基异常状态识别算法，根据感知节点的监测数据，分析土体运移变化规律，判断识别是否形成空洞塌陷及塌陷区域；所述智能预警执行器用于发出路面塌陷与脱空的预警信息；所述感知节点包括锚固节点和移动节点；其中，所述锚固节点用于提供参考点坐标，通过与所述移动节点通信，获得两者间的相对位置，从而判断所述移动节点在土体中的空间位置变化；所述锚固节点中集成了GPS、加速度传感器、温湿度传感器、陀螺仪与超声波传感器，所述移动节点中集成了加速度传感器、温湿度传感器、陀螺仪与超声波传感器；其中，GPS用于获取锚固节点的绝对空间坐标；超声波传感器用于定位移动节点与锚固节点的相对位置；温湿度传感器用于感知渗水、漏气下的土体温湿度变化；加速度传感器与陀螺仪用于感知异常冲击，并依据传感器敏感轴的方向变化判断感知节点的转角姿态变化，进而分析土体运移状态；所述远程服务器具体用于：通过运行道路地基异常状态识别算法，根据所述分布式智能感知网络的监测数据，通过所述移动节点的空间轨迹、姿态角度、振动幅值以及温湿度随着时间的变化特性，识别各节点周围土体的运移状态，结合所述移动节点的空间分布特征，判断出监测区域的脱空范围与塌陷风险；具体步骤包括：步骤1，结合监测区域内智能感知网络的空间布局，按照设定的采样频率，形成各点空间位置坐标矩阵、各点姿态转角变化矩阵、温湿度监测数据和各点振动幅值特征矩阵；步骤2，利用锚固节点的矩阵数据变化量校正各移动节点的矩阵数据值；步骤3，针对校正后的各移动节点，绘制其空间位置、姿态转角、振动幅值以及温湿度数据随时间变化的趋势，用于表征其监测点位附近土体运移方向与扰动程度；根据设定阈值与数据驱动模型，找出异常移动节点；步骤4，结合异常移动节点编号及其空间位置，预估道路土基中的脱空区域，并对可能突发道路塌陷事故进行预警；所述智能预警执行器包括主体支架、定向扬声器和LED指示牌；所述主体支架部署于路侧，所述定向扬声器和所述LED指示牌均安装在主体支架上；当远程服务器中识别出脱空塌陷风险时，所述智能预警执行器通过所述定向扬声器和LED指示牌发出声光信号，实现监测区域内的塌陷脱空预警；所述智能预警执行器还包括红外线发射接收器和投影仪；所述红外线发射接收器用于生成红外栅栏，一旦人员进入到警示区域则会触发投影仪进行投影，提示风险区域人员尽快撤离；所述定向扬声器根据红外栅栏，针对危险区域内的人员发出风险提示。

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