古树倾斜度在线监测
时间：2025-05-20
涉川
一、方案介绍
古树作为自然和文化遗产的重要载体，其结构稳定性直接关系到生态安全与历史传承。为了实现对古树结构安全状况的全天候、连续性监管，本方案设计了一套基于树木倾斜传感器的“古树倾斜度在线监测系统”。系统通过在古树关键位置布设高精度倾斜监测节点，实时采集其倾角变化数据，并通过4G通信网络将信息上报至远程平台，实现在线监控、异常预警与数据留存分析。
古树作为自然和文化遗产的重要载体，其结构稳定性直接关系到生态安全与历史传承。为了实现对古树结构安全状况的全天候、连续性监管，本方案设计了一套基于树木倾斜传感器的“古树倾斜度在线监测系统”。系统通过在古树关键位置布设高精度倾斜监测节点，实时采集其倾角变化数据，并通过4G通信网络将信息上报至远程平台，实现在线监控、异常预警与数据留存分析。
二、监测目标
-
实时监测古树主干、枝杈等重点部位的倾斜度变化；
-
精准记录倾角波动趋势，用于判别结构稳定性演变过程；
-
远程采集与平台查看，实现无人工干预下的自动化数据更新；
-
配套智能预警系统，在异常倾斜或连续变动时自动通知管理人员；
-
为后续保护修复提供数据支撑与科学依据。
三、需求分析
古树常因年久老化、风力侵袭、土壤塌陷或人为破坏产生倾斜、裂缝等结构性问题。传统人工巡视方式费时费力，且难以及时发现早期异常。本系统结合太阳能供电、4G无线通信和高精度倾角感知技术，构建一个适应户外恶劣环境的全天候监测网络，有效弥补传统手段的滞后与主观性。
古树常因年久老化、风力侵袭、土壤塌陷或人为破坏产生倾斜、裂缝等结构性问题。传统人工巡视方式费时费力，且难以及时发现早期异常。本系统结合太阳能供电、4G无线通信和高精度倾角感知技术，构建一个适应户外恶劣环境的全天候监测网络，有效弥补传统手段的滞后与主观性。
四、监测方法
系统在古树主干或需监控部位设立便携式插入立杆，杆体顶部安装倾斜传感器。传感器持续检测X/Y两个轴向的角度变化，并以设定周期上传至数据采集终端。终端集成边缘处理与4G通讯模块，数据上传至云平台或本地服务器。管理人员可通过手机、电脑端实时查看树体姿态，并获取角度变化历史数据与告警信息。
系统在古树主干或需监控部位设立便携式插入立杆，杆体顶部安装倾斜传感器。传感器持续检测X/Y两个轴向的角度变化，并以设定周期上传至数据采集终端。终端集成边缘处理与4G通讯模块，数据上传至云平台或本地服务器。管理人员可通过手机、电脑端实时查看树体姿态，并获取角度变化历史数据与告警信息。
五、应用原理
树木倾斜传感器内置加速度/姿态传感器元件，利用重力方向变化计算出倾角值，传感器定时采集并传输数据至节点终端。终端通过4G信号主动将数据发送至远程平台。平台分析角度变化趋势，如检测到设定阈值以上的倾斜幅度、加速度异常变化，即触发报警机制，并提供趋势图表、预警记录与定位信息。
树木倾斜传感器内置加速度/姿态传感器元件，利用重力方向变化计算出倾角值，传感器定时采集并传输数据至节点终端。终端通过4G信号主动将数据发送至远程平台。平台分析角度变化趋势，如检测到设定阈值以上的倾斜幅度、加速度异常变化，即触发报警机制，并提供趋势图表、预警记录与定位信息。
六、功能特点
-
倾角监测范围广，精度高，±90°量程，精度达±0.2°；
-
便携插入式立杆安装，无损树体结构，部署简易快速；
-
太阳能供电+锂电储能设计，支持全年全天候运行；
-
IP65以上防护等级，适应雨雪、强风等户外环境；
-
多节点同步部署，支持同时监控多棵古树或多个部位；
-
4G无线数据上传，支持远程监控与实时告警推送；
-
历史数据留存与图形化展示，便于后续分析与管理。
七、硬件清单
-
树木倾斜传感器
-
采集与传输终端
-
便携插入式安装立杆
-
太阳能供电系统（10W太阳能板 + 10Ah锂电池）
-
后端数据平台（网页端/小程序查看，支持地图定位、数据展示）
八、硬件参数
-
倾角测量范围：±90°（X轴/Y轴）
-
倾角测量精度：±0.2°
-
工作温度范围：-40℃ ~ +85℃
-
防护等级：IP65 或更高，适用于风雨、强辐射等户外环境
-
数据采集频率：可设定（建议10~60分钟/次）
-
通信方式：4G全网通，支持中国移动、联通、电信SIM卡
-
安装方式：地插立杆式，非侵入性结构，对古树无损伤
-
供电配置：10W太阳能板 + 10Ah锂电池，支持阴雨天持续运行
九、方案实现
-
项目前期选定重点古树监测对象，完成基础信息建档；
-
在树体周边部署便携插杆，顶部安装传感器，确认方向校准；
-
配置终端设备，插入4G通信卡，设定采集周期与报警阈值；
-
启动系统，监控数据开始自动上传至平台；
-
用户通过账号登录查看实时角度、历史变化图、异常告警记录等；
-
定期巡检供电系统与传感器工作状态，保障系统稳定性。
十、数据分析
平台具备多节点数据整合、变化趋势可视化、告警记录归档功能。支持导出任意时间段内的数据，供专家研判树体应力演变趋势。结合周边气象信息，还可推断外界气候因素与倾斜的相关性。
平台具备多节点数据整合、变化趋势可视化、告警记录归档功能。支持导出任意时间段内的数据，供专家研判树体应力演变趋势。结合周边气象信息，还可推断外界气候因素与倾斜的相关性。
十一、预警决策
可设定单次倾斜变化值与持续性角度累计值的双重告警机制。例如：若某树体角度连续3天增长≥1°，或瞬时倾斜值超过±10°，系统自动推送告警至用户手机。支持短信、微信、小程序同步推送，并联动GIS地图定位。
可设定单次倾斜变化值与持续性角度累计值的双重告警机制。例如：若某树体角度连续3天增长≥1°，或瞬时倾斜值超过±10°，系统自动推送告警至用户手机。支持短信、微信、小程序同步推送，并联动GIS地图定位。
十二、方案优点
-
非侵入式安装，避免对古树产生结构损害；
-
全天候运行与监控，实时感知潜在倒伏风险；
-
可扩展性强，支持对多树、多区域的联合监测；
-
数据客观、连续，可用于古树保护研究与修复工程评估；
-
一次安装，长期使用，极大降低后续维护成本。
十三、应用领域
-
城市公园、古镇、风景名胜区的古树名木保护
-
国家重点生态林地与文保树体监管
-
城建工程周边古树监测（如道路改扩建、基坑工程影响评估）
-
风险树体排查与林政执法辅助工具
十四、效益分析
本系统可显著提升古树保护的科学性与响应效率。有效避免因结构倾斜导致的树体断裂、倒伏事件发生，减少文物损失与人员伤害风险。同时节省大量人工巡查成本，提高林政单位数字化监管水平，为政府和公众提供树木安全状态的透明化信息依据。
本系统可显著提升古树保护的科学性与响应效率。有效避免因结构倾斜导致的树体断裂、倒伏事件发生，减少文物损失与人员伤害风险。同时节省大量人工巡查成本，提高林政单位数字化监管水平，为政府和公众提供树木安全状态的透明化信息依据。
十五、国标规范
-
GB/T 14824-2006《林业信息系统基本术语》
-
GB/T 22239-2019《信息安全等级保护基本要求》
-
GB/T 34089-2017《城市园林绿化信息化管理规范》
-
GB/T 22450.3-2008《倾角传感器通用规范》
-
GB 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》
十六、参考文献
-
国家林草局《古树名木保护管理办法（2020年修订）》
-
《倾角测量原理与应用》 机械工业出版社
-
城市林业研究期刊（2018–2024年）
-
北京林业大学《古树保护与智能监测技术白皮书》
十七、案例分享
2023年，江苏省苏州市园林局在拙政园部署古树倾斜度在线监测系统，涵盖5株百年以上古柏和香樟。系统通过4G联网与太阳能自供电，实现连续在线运行，成功发现两棵树体倾角异常，提前进行支撑加固处理，避免重大损失。项目获得园林行业优秀技术应用奖。
2023年，江苏省苏州市园林局在拙政园部署古树倾斜度在线监测系统，涵盖5株百年以上古柏和香樟。系统通过4G联网与太阳能自供电，实现连续在线运行，成功发现两棵树体倾角异常，提前进行支撑加固处理，避免重大损失。项目获得园林行业优秀技术应用奖。