所屬技術領域

本發(fā)明涉及邊坡地質災害監(jiān)控預警領域，尤其涉及一種邊坡變形遠距監(jiān)測預警系統。

背景技術：

近年來，隨著我國的經濟高速發(fā)展，全國范圍內越來越多的基本建設逐漸從市集轉向郊外，從城市轉向農村山區(qū)。很多基建項目為了考慮占地、成本、效率及適用性等因素，其建造的工程地質條件較差，尤其是道路交通工程建設或者山地工業(yè)與民用建筑工程建造過程中往往會出現高切坡，甚至部分工程項目直接建造在潛在巨型滑坡地帶，安全隱患極大。這些邊坡若產生崩塌、滑坡等地質災害將會給人民的生命和財產安全帶來嚴重威脅，同時還會導致國民經濟受到重大損失。

滑坡是斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移地質現象。其災變機理表現為某一滑移面上剪應力超過了該面的抗剪強度而呈現整體滑移失穩(wěn)；產生滑坡的基本條件是斜坡體前有滑動空間，兩側有切割面。例如中國西南地區(qū)，特別是西南丘陵山區(qū)，最基本的地形地貌特征就是山體眾多，山勢陡峻，土壤結構疏松，易積水，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割，因而形成眾多的具有足夠滑動空間的斜坡體和切割面。崩塌是指陡峻山坡上巖塊、土體在重力作用下，發(fā)生突然的急劇的傾落運動，多發(fā)生在大于60°～70°的斜坡上。近年來，受全球極端氣候影響，邊坡地質災害也越來越多，各地對地質災害的預警及防治問題的重視程度也逐步提高。

針對上述需求，國內外學者針對邊坡地質災害預警預報問題提出了多種手段和方法，一般表現為對坡體內部應力應變情況或坡體位移的監(jiān)控量測，并根據其變化情況開展實時預警預報。就坡體位移監(jiān)測而言，傳統的邊坡位移監(jiān)測方式有兩種：一種為深孔位移監(jiān)測，主要采用深孔測斜儀監(jiān)測地下巖土體的水平位移量；另一種為地表位移監(jiān)測，主要是測定幾個坡面固定點隨時間的位移變化情況，從而達到監(jiān)測的目的。根據監(jiān)測手段的自動化程度，對邊坡巖土體變形的監(jiān)測又可分為有人值守的現場監(jiān)測和無人值守的自動化監(jiān)測兩種：現場監(jiān)測一般是通過人工巡視和測量記錄坡體各點位的位移變化情況，但這種方式人、財力消耗較大且監(jiān)測效果不明顯，在人類活動較少的地方不適用；自動化監(jiān)測是當下最提倡的監(jiān)測方法，它又分為本地監(jiān)測和遠距監(jiān)測兩種，他們的本質區(qū)別在于對測量數據采取本地處理還是遠距傳輸處理，顯然后者適用范圍更加廣泛。

當前，遠距監(jiān)測預警系統在采集數據過程中主要依賴數碼相機或激光測距儀，如吳立新、王植、劉純波發(fā)明了滑坡體位移和姿態(tài)遠距離快速監(jiān)測報警裝置和方法，其使用數碼相機拍攝遠距離滑坡體目標影像，并通過＂基于圖像局部組合特征向量集＂的特征匹配的方法，對不同時間拍攝的滑坡體目標影像進行特征匹配和目標識別，再利用手持式激光測距儀獲得相對距離信息。這種方法對數碼相機的要求極高，并且數碼相機在戶外惡劣條件下易發(fā)生不可控現象，且成本偏高。同時，通過攝像機對觀測體進行拍攝匹配特征，距離因素影響較大，微小特征難以識別，觀測體的植被樹木易對這種觀測方法的結果產生較大偏差，且植被樹木受季節(jié)性影響較大，故該方法在野外監(jiān)測的準確度有待考察；趙宇、崔鵬、段曉康發(fā)明了一種智能型地質災害綜合監(jiān)測系統及多級預報分析方法，主要是對深部變形進行監(jiān)測，其表層的監(jiān)測主要是采用多個定點激光測距儀，對選定物體進行測距，缺點是測點少、耗材較多，在實際安裝過程中也存在繁瑣等問題。

基于上述判斷，在邊坡地質災害領域亟需開發(fā)一套非接觸式邊坡崩滑地質災害遠距智能監(jiān)測預警系統，使其根據坡形斷面變化情況直觀的研判坡體所處的穩(wěn)定狀態(tài)，劃定預警級別，同時將其研判結果即時發(fā)送至地災防治管理部門，并在現場發(fā)出預警信息，從而實現監(jiān)測預警多方動態(tài)響應的目的。

技術實現要素：

發(fā)明內容概述

為了克服現有監(jiān)測系統邊坡定點監(jiān)測直觀性差，數據量不充分等缺憾,本發(fā)明提供一種非接觸式邊坡崩滑地質災害遠距智能監(jiān)測預警系統，該系統不僅能測出坡體定點的位移及變形情況，而且能夠通過自動巡航掃描向數據處理終端傳輸連續(xù)性點云數據，進而由數據處理平臺轉換為多時序對比顯示的坡體姿態(tài)變化圖，最終即可通過手機等便攜式終端和現場警示裝置實現同步預警。

擬解決的技術問題與采取的技術方案

擬解決的技術問題包括：（1）坡體危險斷面線狀點云數據的采集與傳輸；（2）坡體姿態(tài)多時序點云數據的處理、終端顯示及現場警示；（3）監(jiān)測系統的穩(wěn)定供電。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采取如下技術方案：

（1）本發(fā)明由五部分構成，分別為線狀點云數據采集及遠距傳輸子系統、數據處理平臺子系統、便攜式終端顯示及預警子系統、現場警示裝置子系統與供電設備子系統。其中，除便攜式終端顯示及預警子系統和數據處理平臺子系統外，其它組成部分架設在邊坡附近的穩(wěn)定性強的電線桿、建筑物或者特設的桿狀裝置上，一般距離所監(jiān)測的斜坡不超過100m，從而保證點云數據的采集精度。

（2）線狀點云數據采集及遠距傳輸子系統由高精度激光測距儀和可180度豎向轉動的云臺構成，上述兩個儀器均連接無線數傳模塊，并同步發(fā)送遙測距離數據和云臺轉角數據，從而實現現場線狀點云數據的采集與傳送工作。

（3）數據處理平臺子系統通過配對的無線數傳模塊接收遠距監(jiān)測子系統采集的遙測距離數據和云臺轉角數據，并通過程序自動處理并轉化為坡型斷面姿態(tài)圖，且能夠通過互聯網向便攜式終端及預警子系統即時推送多時序坡型變化對比圖，并能夠根據事先設定的報警閾值顯示坡體穩(wěn)定狀態(tài)及預警級別，同時將上述穩(wěn)定狀態(tài)通過無線數傳模塊即時傳輸至現場預警裝置子系統。

（4）便攜式終端顯示及預警子系統為專門開發(fā)的圖顯程序，專門安裝在手機等便攜式裝備上，除顯示多時序坡型姿態(tài)對比圖外，還能根據穩(wěn)定狀態(tài)通過聲音傳達預警信息。

（5）現場警示裝置子系統由無線指令接收器和高音喇叭組成，其中無線指令接收器集成多色燈管，獲取數據處理子平臺傳輸抵達的指令后，按照滑坡預警級別顯示不同色彩，高音喇叭與代表最高級別色澤（如紅色）的燈管并聯，當接收到逼近失穩(wěn)臨界閾值指令后自動通過聲音報警。

（6）供電設備子系統，根據現場電力設施和氣候條件不同，優(yōu)先選用風力發(fā)電機，再次選用太陽能電池板或直接連通民用供電網；選用風力發(fā)電機或太陽能電池板供電時需配備蓄電池，且保證蓄電池蓄電量不低于持續(xù)供電24小時；為保障點云數據及遠距傳輸子系統數據采集精度，供電系統需集成電壓穩(wěn)壓器。

發(fā)明的有益效果

本發(fā)明的有益效果主要表現在如下四個方面：

（1）可180度自動巡航的云臺搭載高精度激光測距儀可實現坡體既定斷面線狀點云數據的獲取，解決了常規(guī)監(jiān)測預警系統數據量少，精度低的缺點；

（2）數據處理平臺向手持便攜式終端傳送坡型姿態(tài)斷面圖，并顯示多時序坡型姿態(tài)斷面比對圖及其穩(wěn)定狀態(tài)和預警級別數據，相對于傳統監(jiān)測手段更加直觀。

（3）現場預警子系統集成多色彩燈管，并按數據處理平臺傳送的預警級別分級顯示預警信息，有效提高了避險可靠度。最高級別預警燈管與喇叭并聯，實現了高等級預警聲光同步警示作業(yè)。

（4）供電子系統優(yōu)先選用風力發(fā)電設備，可在陰雨點實現不間斷供電，更能保證預警系統的長期工作效能；集成穩(wěn)壓裝置后可保障現場監(jiān)測儀器的測量精度。

附圖說明

圖1是地質災害遠距智能監(jiān)測預警的現場裝置的原理結構圖；

圖2是非接觸式邊坡崩滑地質災害遠距智能監(jiān)測預警系統監(jiān)測和預報分析方法框圖；

圖中1.激光測距儀；2.自動巡航云臺；3.無線數傳系統裝置；4.太陽能發(fā)電板；5.風力發(fā)電機；6.超高清遠距晝夜激光監(jiān)控攝像機；7.報警器；8.支撐桿。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

在圖1中，高精度激光測距儀（1）安置在可180度豎向轉動的云臺（2）上，對邊坡進行24小時不間斷巡航掃描，并通過與其連接的無線數傳模塊（3）同步發(fā)送遙測距離數據和云臺轉角數據至遠程數據處理平臺，數據處理平臺系統通過配對的無線數傳模塊接收采集的遙測距離數據和云臺轉角數據，并通過程序自動處理并轉化為坡型斷面姿態(tài)圖，同時通過互聯網向便攜式終端及預警子系統即時推送多時序坡型變化對比圖，并根據事先設定的報警閾值顯示坡體穩(wěn)定狀態(tài)及預警級別，同時將上述穩(wěn)定狀態(tài)通過無線數傳模塊即時傳輸至現場預警裝置子系統的聲光報警器（7），以實現現成報警的目的。在監(jiān)測地現場的各個監(jiān)測系統模塊的電力供應均由供電設備子系統調度，供電子系統會根據現場電力設施和氣候條件不同，優(yōu)先選用風力發(fā)電機（5），其次選用太陽能電池板（4）或直接連通民用供電網；選用風力發(fā)電機（5）或太陽能電池板（4）供電時該供電系統會配備蓄電池，且保證蓄電池蓄電量不低于持續(xù)供電24小時；為保障點云數據及遠距傳輸子系統數據采集精度，供電系統內安裝集成電壓穩(wěn)壓器。當預警級別達到最高級別時，不僅聲光報警器（7）會同時啟動聲光報警，相關工作人員還可以通過調用監(jiān)測地現場監(jiān)測裝置上安裝的高清遠距晝夜激光監(jiān)控攝像機（6）監(jiān)控實時畫面，實時觀測現場的變化情況，確認實時災變狀況。