(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210685300.2 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 叶周景　张卫冬　汪林兵　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波　付忠林 (51)Int.Cl. G08B 21/10(2006.01) G08B 7/06(2006.01) H04W 4/38(2018.01) G01D 21/02(2006.01) G01S 19/14(2010.01) (54)发明名称 一种用于城市道路脱空塌陷监测预警的物 联系统 (57)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。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115240368 A 2022.10.25 CN 115240368 A 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 。 2.如权利要求1所述的用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统， 其特征在于， 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。 3.如权利要求2所述的用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统， 其特征在于， 所述 感知节点采用防水抗压密闭性封装。 4.如权利要求1所述的用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统， 其特征在于， 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。 5.如权利要求1所述的用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统， 其特征在于， 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。 6.如权利要求5所述的用于城市道路脱空塌陷监测预警的物联系统， 其特征在于， 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。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115240368 A 2一种用于城市道路脱空塌陷 监测预警的物联系统 技术领域 [0001]本发明涉及道 路工程与安全工程技术领域， 特别涉及一种用于城市道路脱空塌陷 监测预警的物联系统。 背景技术 [0002]城市道路是居民日常出行和城市运输的主要载体， 城市道路上车流、 人流密集， 城 市道路安全是城市公路系统有序运行的重要保障。 然而， 受到城市用地限制， 城市地下 空间 开发利用强度增加， 城市道路地基中存在各种市政 管网， 也是地铁、 地下通道 等设施的主要 布设空间， 这导致城市道路地基状况极其复杂， 近年来城市道路塌陷事故步入集中爆发高 峰期。 [0003]城市道路塌陷脱空事故大多并非瞬间形成， 都经历了地基土体异常运移、 大面积 脱空、 最终塌陷的过程。 由于道路地基隐蔽于路面之下， 异常变形和破坏难以在早期发现和 处置， 常以路面塌陷的形式暴露出来， 从而导致灾难性后果， 社会影响十分恶劣。 目前已有 对异常变形进 行监测的技术， 如GPS、 遥感、 探地雷达、 光纤传感器等， 虽被广泛采用， 并有效 应用于边坡稳定性监测、 大坝桥梁健康监测中， 但这些技术并不适用于城市道路地基等隐 蔽变形的监测， 当地面出现异常变形时往往事故已不可避免。 由于城市道路分布范围广， 路 线距离长， 道路塌陷脱空事故具有时间和空间的随机性， 单次、 单点监测无法满足实际需 求， 如能对城市道路地基土体运移状态进行实时多点分布式监测， 则可在地基脱空的初期 及时发现问题并进行处置， 从而 避免道路突然塌陷的灾难性后果。 发明内容 [0004]本发明提供了一种用于城市道 路脱空塌陷监测预警的物联系统， 以解决现有技术 无法满足城市道路地基脱空塌陷监测的技 术问题。 [0005]为解决上述 技术问题， 本发明提供了如下技 术方案： [0006]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 程服务器以及智能预警执 行器； 其中， [0007]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； [0008]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， 根据感知网络各节点 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； [0009]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 。 [0010]进一步地， 所述感知节点包括锚固节点和移动节点； 其中， [0011]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； [0012]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说　明　书 1/5 页 3 CN 115240368 A 3