本發(fā)明涉及一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)及方法，通過長期定時動態(tài)監(jiān)測堤壩等水工建筑物的電場變化情況，尋找其因內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的安全隱患。

背景技術(shù)：

目前對于堤壩等水工建筑物的安全監(jiān)測主要通過監(jiān)測堤壩等水工建筑物的形變、滲流、壓力、溫度等的變化來實現(xiàn)。

采用以上方法對堤壩安全進(jìn)行監(jiān)測主要通過布設(shè)在堤壩周邊或堤壩內(nèi)部的傳感器來獲取堤壩的變化，從而實現(xiàn)堤壩的安全監(jiān)測。若采用在堤壩周邊布置測量堤壩變化的傳感器，則需要當(dāng)?shù)虊伪砻姘l(fā)生變化時，才能監(jiān)測到堤壩的安全隱患，而一旦堤壩表面發(fā)生變化，堤壩內(nèi)部可能已經(jīng)發(fā)生非常明顯的變化，堤壩的危險性已經(jīng)很高，可能導(dǎo)致留給治理安全隱患的時間很短，因此該方法的預(yù)見性不強(qiáng)。若采用在堤壩建設(shè)時預(yù)埋測量堤壩變化的傳感器，則由于傳感器的加入，有可能改變堤壩的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，且一旦傳感器出現(xiàn)故障，則無法進(jìn)行監(jiān)測。如果對于已建設(shè)好的堤壩，要在堤壩內(nèi)部安裝傳感器，則需要對堤壩進(jìn)行鉆孔等破壞性作業(yè)，造成堤壩的結(jié)構(gòu)破壞。故目前常用的堤壩安全監(jiān)測手段和方法均存在一些問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前已有的堤壩安全監(jiān)測手段和方法所存在的問題，本發(fā)明提出一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)無損的、長期的、動態(tài)的、可預(yù)見性強(qiáng)的、低成本的堤壩安全的三維電法監(jiān)測。

本發(fā)明提出一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺、現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺、電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器、電法供電電極和測量電極、電法信號傳輸導(dǎo)線。

電法供電電極、測量電極和電法信號傳輸導(dǎo)線按照一字形三維電法監(jiān)測方法安裝在堤壩上及周邊；電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器長期按照一定時間間隔獲取堤壩的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)；電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器通過局域網(wǎng)把所獲取的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺，現(xiàn)場數(shù)據(jù)平臺連接有顯示屏和報警裝置；現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)把所獲取的所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺。

一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)的方法，其特征在于包括以下過程：

1)電法供電電極、測量電極和電法信號傳輸導(dǎo)線按照一字形三維電法監(jiān)測方法安裝在堤壩上及周邊；電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器長期按照一定時間間隔獲取堤壩的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)，并上傳到現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺；

2)現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺對比以前和當(dāng)前的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測堤壩的電場分布變化情況，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，監(jiān)測電場分布情況，并通過顯示屏和警示燈給予警示；

3)現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)把所獲取的所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺；

4)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺對所有的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理和解譯后，對堤壩的安全狀況進(jìn)行精細(xì)判斷。

電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器能實現(xiàn)電法供電、測量、數(shù)據(jù)存儲和處理的功能；電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器通過安裝在堤壩上的電法供電電極、測量電極和電法信號傳輸導(dǎo)線長期、定時、動態(tài)獲取堤壩的電場監(jiān)測數(shù)據(jù)。電法供電電極和測量電極、電法信號傳輸導(dǎo)線采用一字形三維電法監(jiān)測方法的規(guī)則布置；電法供電電極和測量電極、電法信號傳輸導(dǎo)線具有防腐蝕功能，能長期穩(wěn)定與堤壩良好接觸。

一字形三維電法監(jiān)測方法具體步驟如下：

a、平行于堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測的x方向，垂直于堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測的y方向，其中x方向與y方向相互垂直，且均為水平方向；

b、根據(jù)堤壩監(jiān)測要求，確定堤壩的x方向與y方向的長度，并確定堤壩x方向測量點間距c和y方向測量點間距d的數(shù)值，從而確定堤壩網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值；

c、基于堤壩特征、地形地貌起伏特征，采用一字形三維電法監(jiān)測供電點網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實際相對坐標(biāo)(xc,yc)計算規(guī)則，確定一字形三維電法監(jiān)測所有供電點網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實際相對坐標(biāo)(xc,yc)，并布置供電點；

d、基于堤壩的地形地貌起伏特征，整個堤壩內(nèi)按照勘探要求及x方向測量點間距c、y方向測量點間距d、網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值，確定一字形三維電法監(jiān)測所有測量點網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)和實際相對坐標(biāo)(xp,yp)，布置完整的三維電法監(jiān)測測量點；

e、采用電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器給上述選定的一字形三維電法監(jiān)測的每個供電點分別供電，對整個堤壩內(nèi)的一字形三維電法監(jiān)測測量點進(jìn)行電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，獲取到每個供電點供電時堤壩所有測量點的一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)；

f、把所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)整合為一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，獲取整個堤壩的一字形三維電法監(jiān)測成果，從而實現(xiàn)整個堤壩的一字形三維電法監(jiān)測。

一字形三維電法監(jiān)測方法具體步驟(b)中堤壩網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值的確定規(guī)則如下：

設(shè)堤壩x方向長l米，y方向?qū)抦米，堤壩內(nèi)x方向測量點間距為c米，y方向測量點間距為d米，以整個堤壩的中心點為原點，則整個堤壩x方向和y方向的網(wǎng)格參數(shù)a和b計算過程如下：設(shè)

一字形三維電法監(jiān)測方法具體步驟(c)中的一字形電法勘探供電點網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實際相對坐標(biāo)(xc,yc)計算規(guī)則如下：

設(shè)該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-a,-b)，右上角坐標(biāo)為(a,b)，則一字形三維電法監(jiān)測供電點位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xc,yc)設(shè)置為：

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤2a(2)

其中公式(2)中的x、a均為整數(shù)；

根據(jù)以上規(guī)則，得出以整個堤壩的中心點為原點，一字形三維電法監(jiān)測供電點位置的實際相對坐標(biāo)(xc,yc)公式如下：

(xc,yc)＝(x×c,y×d)＝(x×c,0)(3)

其中公式(3)中的x、y為公式(2)的計算結(jié)果。

一字形三維電法監(jiān)測方法具體步驟(d)中的一字形三維電法監(jiān)測所有測量點網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)和實際相對坐標(biāo)(xp,yp)確定規(guī)則如下：

設(shè)該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-a,-b)，右上角坐標(biāo)為(a,b)，則一字形三維電法監(jiān)測測量點位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)設(shè)置為：

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤a,|y|≤b(4)

其中公式(4)中的x、y、a、b均為整數(shù)；

根據(jù)以上規(guī)則，得出以整個堤壩的中心點為原點，一字形三維電法監(jiān)測測量點位置的實際相對坐標(biāo)(xp,yp)公式如下：

(xc,yc)＝(x×c,y×d)|x|≤a,|y|≤b(5)

其中公式(5)中的x、y為公式(4)的計算結(jié)果。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺通過局域網(wǎng)獲取電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器所獲取的所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)并對多次電法監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的場值比對，現(xiàn)場識別堤壩的運(yùn)行狀況，一旦電法監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)與安全有關(guān)的異常情況，則通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺的顯示屏和警示燈給予警示，并能把獲取的所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺，以便進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺的精細(xì)數(shù)據(jù)處理，提取出電法監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，對堤壩運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)判斷。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行后期電法監(jiān)測數(shù)據(jù)精細(xì)處理和解譯，提取出數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，給堤壩的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全評估。

本發(fā)明提出的一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)及方法，由于無需對堤壩進(jìn)行鉆孔等工程作業(yè)，從而可以實現(xiàn)對堤壩的無損檢測；由于采用長期對堤壩的安全狀態(tài)進(jìn)行定時動態(tài)監(jiān)測，從而實現(xiàn)堤壩安全監(jiān)測的長期化和動態(tài)化，提高其監(jiān)測效果和精度；由于本系統(tǒng)及方法能通過對堤壩長期的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)變化進(jìn)行對比，獲取堤壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的長期變化情況，從而實現(xiàn)可預(yù)見性監(jiān)測；由于采用一字形三維電法監(jiān)測方法，能實現(xiàn)對堤壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的低成本三維電法監(jiān)測。故本觀測系統(tǒng)及方法能實現(xiàn)堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的無損的、長期的、動態(tài)的，且可預(yù)見性強(qiáng)，成本低。

附圖說明

圖1為一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)的方法流程圖；

圖2為一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖；

圖3為堤壩安全監(jiān)測的一字形三維電法監(jiān)測方法布置示意圖；

圖4為一種用于堤壩安全動態(tài)監(jiān)測的電法觀測系統(tǒng)布置示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合圖1、圖2、圖3對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

假設(shè)需要用本發(fā)明提出的電法觀測系統(tǒng)和方法對某堤壩安全開展動態(tài)監(jiān)測。

平行于該堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測的x方向，垂直于該堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測的y方向，其中x方向與y方向相互垂直，且均為水平方向。

設(shè)堤壩x方向長l＝200米，y方向?qū)抦＝40米，堤壩x方向測量點間距為c＝20米，y方向測量點間距為d＝20米，以整個堤壩的中心點為原點，則整個堤壩x方向和y方向的網(wǎng)格參數(shù)a和b計算過程如下，根據(jù)公式(1)

可以得出a＝5，b＝1。

根據(jù)以上的計算結(jié)果，該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-5,-1)，右上角坐標(biāo)為(5,1)，根據(jù)公式(2)

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤2a(2)

可以得出該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測供電點位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xc,yc)為

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤10(6)

公式(6)中的x為整數(shù)。

根據(jù)公式(3)

(xc,yc)＝(x×c,y×d)＝(x×c,0)(3)

可以得出以該堤壩的中心點為原點，一字形三維電法監(jiān)測供電點位置的實際相對坐標(biāo)(xc,yc)為：

(xc,yc)＝(x×20,y×20)＝(x×20,0)(7)

其中公式(7)中的x、y為公式(6)的計算結(jié)果。

根據(jù)以上計算結(jié)果和公式(4)

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤a,|y|≤b(4)

可以得出該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測測量點位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)為：

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤5,|y|≤1(8)

其中公式(8)中的x、y、a、b為公式(6)和(7)的計算結(jié)果，且均為整數(shù)。

根據(jù)以上計算結(jié)果和公式(5)

(xc,yc)＝(x×c,y×d)|x|≤a,|y|≤b(5)

可以得出以該堤壩的中心點為原點，一字形三維電法監(jiān)測測量點位置的實際相對坐標(biāo)((xp,yp))為：

(xc,yc)＝(x×20,y×20)|x|≤5,|y|≤1(9)

其中公式(9)中的x、y為公式(8)的計算結(jié)果。

根據(jù)以上計算結(jié)果，按照電法監(jiān)測要求，在堤壩上布置好電法供電電極、測量電極和電法信號傳輸導(dǎo)線，并采用電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器給上述選定的一字形三維電法監(jiān)測供電線上的供電點(如圖3中的a-10)供電，對整個堤壩內(nèi)的一字形三維電法監(jiān)測所有測量點進(jìn)行電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，再改變供電點的位置(如圖3中的a-9、a-8、a-7、……a8、a9、a10)，對整個堤壩的一字形三維電法監(jiān)測所有測量點進(jìn)行電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，直至完成所有供電點供電時的所有測量點的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，從而獲取到每個供電點供電時堤壩所有測量點的一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)；把所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，獲取整個堤壩的一字形三維電法監(jiān)測成果，從而實現(xiàn)整個堤壩的一字形三維電法監(jiān)測目的。

按照設(shè)定的監(jiān)測時間間隔，假設(shè)定時監(jiān)測時間為12小時，則每隔12小時對該堤壩進(jìn)行一次上述的一字形三維電法監(jiān)測，從而獲取到該堤壩的每12小時的一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)。

該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測數(shù)據(jù)每次采集完畢后，電法監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器通過局域網(wǎng)把每次采集完畢的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺；現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺獲取到該堤壩的每次電法監(jiān)測數(shù)據(jù)后，對以前的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)和當(dāng)前的電法監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的場值比對，現(xiàn)場識別堤壩的運(yùn)行狀況，一旦電法監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)與安全有關(guān)的異常情況，則通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理平臺的顯示屏和警示燈給予警示，進(jìn)行異?，F(xiàn)場核實和排查，并把獲取的所有電法監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺的精細(xì)數(shù)據(jù)處理，提取出數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，對堤壩運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)判斷，對堤壩安全狀態(tài)進(jìn)行評估。