[0001] 本发明涉及一种树木稳定性监测系统。具体地，本发明涉及在不利天气条件下的用于识别树木异常的树木稳定性监测系统。

[0002] 树木是城市化城市中不可缺少的元素。腐烂或损坏的树木是树木倒塌的主要原因。树木倒塌是指树木任何部分的结构退化或破损，包括树根、树干或树冠树枝。树木倒塌的机会与各种生物力学和物理因素有关。在城市化地区，树木倒塌可能对公众构成严重危险。此外，在恶劣天气情况下，树木倒塌不仅会引发公害，走道上倒下的树干也会给道路使用者和行人带来不便。例如，道路上倒下的树木通常仅在导致交通拥堵后才报告。为了解决这个问题，了解一棵树失败的方式、为什么它会失败，并识别任何树木失败的警告信号是至关重要的。目前，树木评估因个人评估员的经验、培训和意见的不同而有所不同。这就需要一种更有效的方法来尽快识别树木倒塌，并评估树木的风险和危险性，特别是在恶劣的天气条件下。

[0034] 下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 图1示出了根据本发明实施例的用于监测树木的系统100的示意图。系统100包括服务器101、一个或多个传感器模块102，一个或多个传感器模块102附接到一棵或多棵树10并被配置用于获得与树木的位移有关的各种数据，例如倾斜角数据，其指示一棵或多棵树10的至少一部分的倾斜度。系统100提供连接到服务器101以供管理人员访问的监控平台
200。根据本发明，系统100被配置为基于倾斜角数据监测多棵树12中的一棵的倾斜度，识别一棵或多棵树10的一个或多个异常，并通过监控平台200指示一项或多项异常。

[0036] 该系统可用于监测若干特定区域内的一组或一组树木10。在一个示例中，树的网络可以包括如图1所示的区域内的许多树10。例如，可以基于传感器模块102的传输范围来定义该区域。每个树10可以是设置有一个或多个安装在其躯干11上的传感器模块102。如图所示，两个传感器模块102可用于监测躯干11的倾斜程度，即上躯干相对于躯干倾斜的倾斜度。下躯干。通过在树干的上部和下部安装传感器模块，监控平台可以获取和分析两个传感器模块102的读数，以确定树木10的倾斜特性，包括其倾斜角度和倾斜方向。优选地，每个传感器模块102可以包括9轴传感器。一个9轴传感器将来自3轴磁力计的信息添加到陀螺仪和加速度计。磁力计测量磁场，提供固定的参考点(地球磁场)。该数据可以与陀螺仪和加速度计数据相结合，以提供绝对航向：不仅航向改变了多少度，还包括它与磁北的关系。有利地，9轴传感器允许捕获九种不同类型的运动或方向相关数据：加速度、磁方向和角速度各3度。
在每个传感器模块102中采用9轴传感器可以为系统100提供确定树木的部分相对于地球磁场的加速度大小、加速度角度和加速度方向的能力。因此，配备有9轴传感器的传感器模块
102将能够根据一般基本方向或罗盘方向确定其方向。9轴传感器因此可以为系统提供有用的信息以确定树木10的可能受风速、风向和其他环境变量影响的多个倾斜特性。根据一个实施例，每个传感器模块102可以由一个或多个太阳能电池板105自主供电，如图3所示。每个传感器模块102还包括板载电池，用于在没有电源的情况下保持供电。任何太阳能，即在阴天和夜间。优选地，传感器模块102可以被配置为根据太阳能的可用性和充足性在太阳能供电模式和电池供电模式之间自动切换。

[0037] 每个传感器模块102包括用于与服务器101通信的无线通信单元。优选地，无线通信单元可以利用诸如窄频物联网(NB‑IoT)的低功率广域(LPWA)技术标准。NB‑IoT是一种基于标准的低功耗广域无线电技术，旨在支持广泛的物联网设备和服务。有利的是，NB‑IoT可以显着改善单个远程设备的功耗、系统容量和频谱效率，尤其是在深度覆盖方面。或者，传TM感器模块中的无线通信单元可以采用LoRaWAN ，它也是一种低功率广域网(LPWAN)无线电TM
技术标准。LoRaWAN 是一种低功耗物联网协议，包含LoRa无线电技术，可实现开放、可靠和经济的网络部署。相比之下，NB‑IoT是一种获得许可的LTE无线电技术，提供低延迟和更高TM
的安全性，但成本效益相对较低。LoRaWAN 是LoRa联盟提供的一种开放协议，使用未经许可的频谱，允许用户以相对较低的成本建立自己的网络。此外，与NB‑IoT相比，较低的功耗使TM TM
LoRaWAN 成为根据本发明的系统的优越且更具成本效益的选择。具体来说，启用LoRaWAN的传感器模块可以提供更长的电池寿命，这可以大大减少需要在大量传感器模块上执行的TM
维护或服务的数量，例如电池更换。优选地，在启用LoRaWAN 的传感器模块中使用的电池是不可充电类型的，具有低自放电率，这有助于延长每个传感器模块102的使用寿命。

[0038] 根据一个实施例，LoRaWANTM传感器模块网络可以通过将一个或多个启用TMLoRaWAN 的传感器模块102连接到网关，即LoRa网关150，如图2和图4所示。优选地，LoRa网关150将位于室外环境中以优化信号接收和传输强度。LoRa网关150包括配置用于与传感器模块建立无线通信的LoRa天线151。另一方面，可以提供一个或多个LTE天线152用于LoRa网关150和服务器101之间基于最先进的宽带蜂窝网络技术(例如4G或5G协议)的无线通信。优选地，LoRa网关150可以通过太阳能电池板153和内置的可充电电池来自供电以存储电力。
能够自供电允许LoRa网关150部署在蜂窝网络服务范围内的几乎任何位置，尤其是在没有电力的农村地区。

[0039] 优选地，可以提供气象观测装置103，即本地气象站，用于与每个LoRa网关150配对。本质上，气象观测装置103被配置为监测LoRa网关所在位置的天气状况网关150并向服务器101提供环境变量以用于天气监测和执行天气分析。例如，气象观测装置103可以包括各种传感器，用于测量LoRa网关位置处的多个环境变量，例如但不限于大气压力、温度、风速和风向等。收集的环境变量的数量可以用来表示覆盖LoRa网关150或用作本地气象站的气象观测装置103附近区域的天气状况。优选地，气象观测装置103可以是通过RS485网线等数据线与LoRa网关150连接的单独的设备。或者，气象观测装置103可以与LoRa网关150集成为单个自供电设备。

[0040] 在另一实施例中，传感器模块网络可以通过将一个或多个支持NB‑IoT的传感器模块202直接连接到服务器101的专用支持NB‑IoT的数据接收器来建立，该数据接收器使用相TM同的NB‑物联网协议。与LoRaWAN 协议的AES 128位数据加密相比，由于采用128至256位
3GPP数据加密，利用NB‑IoT传感器模块网络的优势包括低延迟和更强的安全性。此外，如图
2所示，可以在传感器模块202和专用数据接收器(未示出)之间建立直接通信链路，而不需要网关。参考图5，支持NB‑IoT的气象观测装置203可以部署在数据接收器的服务范围内，用于获得各个区域的环境变量。支持NB‑IoT的气象观测装置203通过NB‑IoT天线252直接使用NB‑IoT协议与数据接收器通信，其中数据传输不太可能受到蜂窝网络流量和互联网流量的干扰。优选地，支持NB‑IoT的气象观测装置203可以由太阳能电池板253和内置的可充电电池自供电，用于存储电力。

[0041] 优选地，系统100可以布置成具有设置在不同位置的一个或多个LoRa网关150，每个覆盖一个区域或区域，该区域或区域包含附有一个或多个传感器模块102的多棵树10。气象观测装置103可以与每个LoRa网关150连接，用于向系统100提供与天气相关的读数或测量值以进行实时数据收集。监控平台20可用于通过连接到服务器的基于网络的在线平台对从传感器模块和气象观测装置接收到的数据进行监控和分析。特别地，监控平台20可以在诸如平板电脑、膝上型电脑或智能手机之类的移动设备上执行。

[0042] 例如，监控平台20可以被配置为以图形格式显示各种数据，例如显示传感器模块102、202、气象观测装置103、203和LoRa网关中的每一个的位置的交互式地图150。在交互式地图上，每个气象观测装置103、203可以用诸如大气压力、温度、风速和风向等环境变量来指示，代表特定位置的局部天气状况。气象观测装置103、203对环境变量的读取或测量可以按照预定的时间间隔定期执行。优选地，其可以根据环境变量中的一个或多个达到一个或多个阈值来改变时间间隔。例如，如果在先前读数中风速已经超过50km/h，则系统100可以缩短时间间隔以便更密切地监测随着风的增强而发生的天气状况的变化。类似地，附接到树10的传感器模块102、202被配置为定期从传感器获得倾斜角数据。可以根据气象观测装置103、203确定的当地天气状况的变化来缩短刷新数据的时间间隔。或者，系统100可以被配置为获取当地天气数据，例如但不限于气压来自气象观测机构或任何相关来源的压力、温度、风速和风向，并相应地更改刷新数据的时间间隔，以更密切地监测网络内树木10的倾斜情况，以提高准确性。根据一个实施例，系统100可以被配置为从传感器模块102、202和/或气象观测装置103、203连续实时地获得数据，以减少延迟并提高准确性。

[0043] 基于从附接到树木10的传感器模块获得的倾斜角数据，系统100将能够确定或检测一棵或多棵树10表现出的一种或多种异常，包括过度摆动、过度水平或垂直优选地，系统100还被配置为基于来自一个或多个传感器模块的倾斜角数据确定一棵或多棵树是否已经倒下以及每棵树的方向倒下的树木。例如，监控平台20可以被配置为向管理人员指示表现出一种或多种异常的一棵或多棵树10并且发出潜在的树木异常或危害的一个或多个警告。
在系统100确定一棵或多棵树10已经倒下的情况下，监控平台20还可以向管理人员指示一棵或多棵树倒塌警报。例如，监控平台20还可以在交互式地图上指示一棵或多棵倒下的树木的图形表示，显示树木倒下的方向，以及一棵或多棵倒下的树木是否会阻塞任何通道，例如道路或行人通道。在本系统100就位的情况下，管理人员将能够在适当的时候做出反应以防止树木危害或在树木倒塌后进行跟进。

[0044] 根据一个实施例，系统可以被配置为将获得的数据存储在服务器上的集中式数据管理系统中。基于可从每个树木的一个或多个传感器模块获得的倾斜角数据，系统可以被配置为识别更容易受到强风影响并且倾向于具有更高的失败机会的树木。系统获得的倾角数据和天气统计数据可以进一步处理，形成大数据数据库，用于数据挖掘。

[0045] 应当理解，尽管说明书是通过实施例进行描述的，但并非每个实施例都只包含一个技术方案。说明书的这种描述仅仅是为了清楚起见。本领域技术人员应当将说明书视为一个整体，实施例中的技术方案也可以适当组合形成本领域技术人员能够理解的其他实施例。然而，本发明的保护范围是由所附权利要求而非前述说明所界定，因此，凡落入权利要求等同意义和范围内的变化，均应包含在本发明及任何参考文献中。权利要求中的符号不应视为对所涉权利要求的限制。

[0046] 本文具体引用的所有参考文献均通过引用整体并入本文。然而，这种引用的引用或并入不一定是承认其作为现有技术对/反对本发明的适当性、可引用性和/或可用性。