一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊上連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊上連接有數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊上連接有為其供電的供電模塊，其中：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊包括用于監(jiān)測(cè)降雨量的雨量監(jiān)測(cè)儀、用于監(jiān)測(cè)滑坡土體體積含水量的體積含水量監(jiān)測(cè)儀以及用于監(jiān)測(cè)滑坡表面位移的GPS設(shè)備。本發(fā)明能夠通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡表面位移、降雨強(qiáng)度以及土體體積含水量，總結(jié)土體含水量對(duì)降雨的響應(yīng)情況及邊坡的變形特征，從而判斷邊坡可能滑動(dòng)的空間形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)捕捉坡體災(zāi)害的特征信息，對(duì)邊坡失穩(wěn)破壞的時(shí)間及范圍及時(shí)的做出預(yù)測(cè)。
【專利說(shuō)明】
_種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及邊坡災(zāi)害監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)黃土面積大約63萬(wàn)km2,約占國(guó)土面積6.6%，而黃土滑坡是黃土中最常見(jiàn)的 一種地質(zhì)災(zāi)害，每年發(fā)生的滑坡高達(dá)百個(gè)，統(tǒng)計(jì)表明：我國(guó)僅陜西省就已經(jīng)發(fā)生黃土滑坡 1131處，蘭州地區(qū)1300余處，甘肅省東部4576處，由于黃土特殊的結(jié)構(gòu)性及其對(duì)水的敏感 性，如何減少其帶來(lái)的損失成為了國(guó)家性的難題，而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西部大型工程的增 多，黃土滑坡的監(jiān)測(cè)預(yù)警引起了政府部門及相關(guān)科研人員的重視，而其監(jiān)測(cè)預(yù)警工作更是 處于探索階段，許多科研人員也致力于監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)黃土滑坡課題研究上，一些學(xué)者基于GPRS 無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)了黃土滑坡監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化;一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上運(yùn)用了 GIS、GPS、3S等先進(jìn)技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害分析預(yù)測(cè)與管理，但是由于黃土滑坡致災(zāi)因素復(fù)雜多樣，孕災(zāi)機(jī)制和發(fā) 育規(guī)律不明，黃土滑坡的預(yù)警預(yù)報(bào)難度很高，仍然處于探索階段，很難做到穩(wěn)定的遠(yuǎn)距離長(zhǎng) 時(shí)間監(jiān)測(cè)，而且精度不能保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在 的缺陷，本發(fā)明能夠長(zhǎng)時(shí)間的得到邊坡表面位移、降雨量、土體體積含水量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通 過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡表面位移、降雨強(qiáng)度以及土體體積含水量，能夠總結(jié)土體含水量對(duì)降雨的 響應(yīng)情況及邊坡的變形特征，從而判斷邊坡可能滑動(dòng)的空間形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)捕捉坡 體災(zāi)害的特征信息，對(duì)邊坡失穩(wěn)破壞的時(shí)間及范圍及時(shí)的做出預(yù)測(cè)。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊上連接有數(shù) 據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊上連接有數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊上 連接有為其供電的供電模塊，其中：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊包括用于監(jiān)測(cè)降雨量的雨量監(jiān)測(cè)儀、 用于監(jiān)測(cè)滑坡土體體積含水量的體積含水量監(jiān)測(cè)儀、用于監(jiān)測(cè)滑坡表面位移的GPS設(shè)備以 及用于實(shí)時(shí)監(jiān)控邊坡動(dòng)態(tài)的攝像系統(tǒng)。
[0006] 進(jìn)一步地，供電模塊包括電源。
[0007] 進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)傳輸模塊包括單片機(jī)、GPRS設(shè)備、Μ0ΧΑ設(shè)備，雨量監(jiān)測(cè)儀和體積含 水量監(jiān)測(cè)儀的輸出端均連接至單片機(jī)，單片機(jī)與GPRS設(shè)備相連，GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與 數(shù)據(jù)接收模塊相連；
[0008] GPS設(shè)備的輸出端連接至Μ0ΧΑ設(shè)備，Μ0ΧΑ設(shè)備通過(guò)光纖收發(fā)器連接至交換機(jī)，交換 機(jī)的輸出端與數(shù)據(jù)接收模塊相連。
[0009] 進(jìn)一步地，光纖收發(fā)器包括第一光纖收發(fā)器以及第二光纖收發(fā)器，第一光纖收發(fā) 器和第二光纖收發(fā)器通過(guò)光纜連接，第一光纖收發(fā)器的輸入端與Μ0ΧΑ設(shè)備的輸出端相連， 第二光纖收發(fā)器的輸出端與交換機(jī)的輸入端相連。
[0010] 進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)接收模塊包括數(shù)據(jù)接收中心，數(shù)據(jù)接收中心的輸入端與交換機(jī)的 輸出端相連，數(shù)據(jù)接收中心的輸出端連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心，且GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò) 與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心相連。
[0011] 進(jìn)一步地，攝像系統(tǒng)與數(shù)據(jù)接收中心相連。
[0012] -種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟一：通過(guò)雨量監(jiān)測(cè)儀、體積含水量監(jiān)測(cè)儀以及GPS設(shè)備分別監(jiān)測(cè)滑坡的降雨 量、土體體積含水量以及表面位移；
[0014] 步驟二:將監(jiān)測(cè)到的滑坡降雨量、土體體積含水量以及表面位移通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模 塊傳輸至數(shù)據(jù)接收模塊；
[0015] 步驟三:通過(guò)對(duì)降雨量和土體含水量的監(jiān)測(cè)，對(duì)滑坡體可能發(fā)生的失穩(wěn)破壞的時(shí) 間和范圍及時(shí)做出預(yù)測(cè)；通過(guò)對(duì)滑坡表面位移的監(jiān)測(cè)，對(duì)坡體可能滑動(dòng)的空間性態(tài)及發(fā)展 趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0016] 進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)傳輸模塊包括單片機(jī)、GPRS設(shè)備、Μ0ΧΑ設(shè)備，雨量監(jiān)測(cè)儀和體積含 水量監(jiān)測(cè)儀的輸出端均連接至單片機(jī)，單片機(jī)與GPRS設(shè)備相連，GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與 數(shù)據(jù)接收模塊相連；
[0017] GPS設(shè)備的輸出端連接至Μ0ΧΑ設(shè)備，Μ0ΧΑ設(shè)備通過(guò)光纖收發(fā)器連接至交換機(jī)，交換 機(jī)的輸出端與數(shù)據(jù)接收模塊相連。
[0018] 進(jìn)一步地，光纖收發(fā)器包括第一光纖收發(fā)器以及第二光纖收發(fā)器，第一光纖收發(fā) 器和第二光纖收發(fā)器通過(guò)光纜連接，第一光纖收發(fā)器的輸入端與Μ0ΧΑ設(shè)備的輸出端相連， 第二光纖收發(fā)器的輸出端與交換機(jī)的輸入端相連。
[0019] 進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)接收模塊包括數(shù)據(jù)接收中心，數(shù)據(jù)接收中心的輸入端與交換機(jī)的 輸出端相連，數(shù)據(jù)接收中心的輸出端連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心，且GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò) 與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心相連。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0021] 本發(fā)明系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置雨量監(jiān)測(cè)儀、體積含水量監(jiān)測(cè)儀，將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳入 到數(shù)據(jù)傳輸模塊，然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊，這樣就實(shí)現(xiàn)了滑坡表面位 移、降雨強(qiáng)度以及滑坡不同深度含水量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程穩(wěn)定傳輸。本發(fā)明能夠長(zhǎng)時(shí)間的得到邊 坡表面位移、降雨量、土體體積含水量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡表面位移、降雨強(qiáng)度 以及土體體積含水量，能夠總結(jié)土體含水量對(duì)降雨的響應(yīng)情況及邊坡的變形特征，從而判 斷邊坡可能滑動(dòng)的空間形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)捕捉坡體災(zāi)害的特征信息，對(duì)邊坡失穩(wěn)破壞 的時(shí)間及范圍及時(shí)的做出預(yù)測(cè)。
[0022]本發(fā)明方法通過(guò)對(duì)降雨量和土體含水量的監(jiān)測(cè)，綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)土體含 水量對(duì)降雨的響應(yīng)情況，對(duì)滑坡體可能發(fā)生的失穩(wěn)破壞的時(shí)間和范圍及時(shí)做出預(yù)測(cè);對(duì)邊 坡的表面位移和內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)，可以對(duì)邊坡自監(jiān)測(cè)以來(lái)的的變形歷史進(jìn)行分析，判斷坡體 的變形特征，確定可能失穩(wěn)范圍及以后的變化特征，預(yù)測(cè)坡體可能滑動(dòng)的空間性態(tài)及發(fā)展 趨勢(shì)；長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)對(duì)坡體進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，總結(jié)坡體變形規(guī)律，及時(shí)捕捉 坡體災(zāi)害的特征信息，事先提出預(yù)報(bào)、預(yù)警，減輕災(zāi)害損失。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明的GPRS設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明的Μ0ΧΑ設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)場(chǎng)布置圖；
[0028] 圖6是本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中的降雨強(qiáng)度、土體體積含水量監(jiān)測(cè)圖。
[0029] 其中，1為供電模塊，2為數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊，3為數(shù)據(jù)傳輸模塊，4為數(shù)據(jù)接收模塊， 5為電源，6為GPRS設(shè)備，7為雨量監(jiān)測(cè)儀，8為體積含水量監(jiān)測(cè)儀，9為GPS設(shè)備，10為Μ0ΧΑ設(shè) 備，11為第一光纖收發(fā)器，12為光纜，13為第二光纖收發(fā)器，14為交換機(jī)，15為數(shù)據(jù)接收中 心，16為單片機(jī)，17為GPRS網(wǎng)絡(luò)，18為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心，19為攝像系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0031] 如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供了一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊 2,數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊2上連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊3,數(shù)據(jù)傳輸模塊3和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊2均與 供電模塊1相連，數(shù)據(jù)傳輸模塊3上連接有數(shù)據(jù)接收模塊4,其中：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊2包括雨 量監(jiān)測(cè)儀7、體積含水量監(jiān)測(cè)儀8、GPS設(shè)備9、攝像系統(tǒng)19。供電模塊1包括電源5。數(shù)據(jù)傳輸模 塊3包括單片機(jī)16、GPRS設(shè)備6、Μ0ΧΑ設(shè)備10,單片機(jī)16與GPRS設(shè)備6相連，GPRS設(shè)備6通過(guò) GPRS網(wǎng)絡(luò)17與數(shù)據(jù)接收模塊4相連，Μ0ΧΑ設(shè)備10與GPS設(shè)備9相連，光纖收發(fā)器的輸入端與 Μ0ΧΑ設(shè)備10的輸出端相連，光纖收發(fā)器的輸出端連接有交換機(jī)14，交換機(jī)14的輸出端與數(shù) 據(jù)接收模塊4相連。光纖收發(fā)器包括第一光纖收發(fā)器11以及第二光纖收發(fā)器13,且第一光纖 收發(fā)器11和第二光纖收發(fā)器13通過(guò)光纜12連接，第一光纖收發(fā)器11的輸入端與Μ0ΧΑ設(shè)備10 的輸出端相連，第二光纖收發(fā)器13的輸出端連接有交換機(jī)14。數(shù)據(jù)接收模塊4包括數(shù)據(jù)接收 中心15，數(shù)據(jù)接收中心15的輸入端與交換機(jī)14的輸出端相連，數(shù)據(jù)接收中心15的輸出端與 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18相連，且GPRS設(shè)備6通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)17與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18相連，攝像 系統(tǒng)19與數(shù)據(jù)接收中心15相連。
[0032]本發(fā)明的工作過(guò)程為：電源5給GPRS設(shè)備6、雨量監(jiān)測(cè)儀7、體積含水量監(jiān)測(cè)儀8、GPS 設(shè)備9、M0XA設(shè)備10與攝像系統(tǒng)19供電，他們正常運(yùn)行，雨量監(jiān)測(cè)儀7、體積含水量監(jiān)測(cè)儀8將 采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳入到單片機(jī)16,然后通過(guò)GPRS設(shè)備6傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18，GPS 設(shè)備9將數(shù)據(jù)信號(hào)傳入Μ0ΧΑ設(shè)備10,再通過(guò)介質(zhì)光纜12傳入交換機(jī)14收集，交換機(jī)14將匯集 的數(shù)據(jù)信號(hào)傳入數(shù)據(jù)接收中心15,進(jìn)而傳入遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18。這樣就實(shí)現(xiàn)了滑坡表面 位移、降雨強(qiáng)度以及滑坡不同深度含水量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程穩(wěn)定傳輸以及滑坡實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)。 [0033]本發(fā)明的系統(tǒng)連接方式為：
[0034] 如圖1、2所示，電源5分別與GPRS設(shè)備6、雨量監(jiān)測(cè)儀7、體積含水量監(jiān)測(cè)儀8、GPS設(shè) 備9、M0XA設(shè)備10和攝像系統(tǒng)19相連，雨量監(jiān)測(cè)儀7、體積含水量監(jiān)測(cè)儀8與單片機(jī)16相連； [0035] 單片機(jī)16與GPRS設(shè)備6相連，GPRS設(shè)備6通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)17與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18相 連。
[0036] GPS設(shè)備9和Μ0ΧΑ設(shè)備10相連，Μ0ΧΑ設(shè)備10與第一光纖收發(fā)器11相連，第一光纖收 發(fā)器11通過(guò)光纜12與第二光纖收發(fā)器13相連，第二光纖收發(fā)器13與交換機(jī)14相連，交換機(jī) 14與數(shù)據(jù)接收中心15相連，數(shù)據(jù)接收中心15與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18相連，攝像系統(tǒng)19與數(shù) 據(jù)接收中心15相連。
[0037]校檢GPRS設(shè)備6的連接情況，如圖3所示，打開電源開關(guān)，為GPRS設(shè)備6供電，若PWR 燈閃爍，說(shuō)明GSM網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)不成功，PWR燈常亮，即GPRS設(shè)備完成了GSM網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，若LINK燈常 亮，說(shuō)明GPRS設(shè)備6已經(jīng)連接到GPRS服務(wù)器，若DATA燈閃爍，GPRS設(shè)備6正在接收數(shù)據(jù)到接收 機(jī)上，總之，為GPRS設(shè)備6供電以后，PWR燈常亮，LINK燈常亮，DATA燈閃爍，說(shuō)明此時(shí)GPRS設(shè) 備6在正常的運(yùn)行，正在接收數(shù)據(jù)到接收機(jī)。
[0038] 校檢Μ0ΧΑ設(shè)備10的連接情況:如圖4所示，當(dāng)Μ0ΧΑ設(shè)備10運(yùn)轉(zhuǎn)正常以后，Ready燈常 亮，LINK燈閃爍，Tx/Rx燈不亮，并間隔一段時(shí)間閃爍一次，說(shuō)明Μ0ΧΑ設(shè)備10在正常運(yùn)行，詳 細(xì)Μ0ΧΑ設(shè)備10的工作指示燈說(shuō)明見(jiàn)表1。
[0039] 表1M0XA設(shè)備指示燈說(shuō)明表
[0040]
[0041]
[0042]本發(fā)明的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理：
[0043] (1)表面位移監(jiān)測(cè)原理:基于衛(wèi)星GNSS系統(tǒng)，GPS設(shè)備9獲取穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)， 通過(guò)Μ0ΧΑ設(shè)備10以網(wǎng)絡(luò)信號(hào)形式傳輸給室外第一光纖接收器11，室外第一光纖接收器11通 過(guò)光纜12以光信號(hào)形式將數(shù)據(jù)傳給室內(nèi)第二光纖收發(fā)器13,室內(nèi)第二光纖收發(fā)器13以網(wǎng)絡(luò) 信號(hào)的形式將數(shù)據(jù)傳給交換機(jī)14,交換機(jī)14將匯集數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的形式傳入數(shù)據(jù)接收中 心15，然后在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18。
[0044] (2)土體體積含水量、降雨量監(jiān)測(cè)原理:基于GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)，降雨量監(jiān)測(cè)儀7、 體積含水量監(jiān)測(cè)儀8將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心18。
[0045] 這樣就實(shí)現(xiàn)了滑坡土體體積含水量、表面位移、降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定遠(yuǎn)程傳輸，同 時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)的邊坡監(jiān)控信息，為邊坡失穩(wěn)機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。
[0046] 本發(fā)明采集的數(shù)據(jù)包括土體含水量、降雨量、邊坡表面絕對(duì)位移、邊坡內(nèi)部相對(duì)位 移。含水量的監(jiān)測(cè)采用的AQUA-TEL-TDR 土壤水分傳感器:土體中的體積含水量與其表現(xiàn)出 來(lái)的介電常數(shù)成一定的函數(shù)關(guān)系，土體體積含水量監(jiān)測(cè)儀探針之間的電容與介質(zhì)常數(shù)成正 比關(guān)系，經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換、單片機(jī)運(yùn)算處理，即可獲得與土體體積含水量成 正比的線性電流信號(hào)。降雨量監(jiān)測(cè)采用的是漏斗式雨量筒，承水口收集到雨水注入計(jì)量翻 斗中，翻斗分為兩個(gè)斗室，兩個(gè)斗室輪流接水，雨水體積達(dá)到一定值時(shí)，一個(gè)翻斗倒空斗里 的水，另一個(gè)斗又開始接水，斗室翻轉(zhuǎn)一次，就會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)。邊坡表面位移的測(cè)量基于 GPS設(shè)備，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，由于GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)送電磁波，GPS設(shè)備即可獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)煒 度和三維坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊，通過(guò)結(jié)算和基準(zhǔn)點(diǎn)的位置偏差，得出邊坡表面 位移的變化量，邊坡內(nèi)部相對(duì)位移采用拉伸式位移計(jì)。
[0047] 本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線與有線傳輸?shù)慕Y(jié)合:無(wú)線傳輸系統(tǒng)基于GPRS設(shè)備根據(jù)其 串口參數(shù)，直接設(shè)置接收電腦的相關(guān)參數(shù)與之匹配，本發(fā)明采用的GPRS設(shè)備遵守Comway協(xié) 議(北京天同誠(chéng)業(yè)科技有限公司基于TCP/IP協(xié)議開發(fā)的通信協(xié)議），安裝Comway無(wú)線串口軟 件ComWayWISerial，添加新的串口映射并命名，同時(shí)添加 GPRS設(shè)備，然后添加已經(jīng)命名好的 虛擬串口，并在GPRS設(shè)備中插入S頂卡，這樣含水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程 接收計(jì)算機(jī)上。有線傳輸系統(tǒng)基于Moxa串口服務(wù)器，遵守TCP/IP協(xié)議，設(shè)置PC機(jī)的IP地址與 Moxa串口服務(wù)器一致，修改相關(guān)的串口配置參數(shù)，設(shè)置端口管理，然后進(jìn)行moxa設(shè)備的校 檢，GPS設(shè)備將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)組oxa設(shè)備，以光纜為傳輸介質(zhì)，并由交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集，然 后傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)接收計(jì)算機(jī)上，遠(yuǎn)程接收計(jì)算機(jī)上通過(guò)預(yù)設(shè)網(wǎng)址來(lái)訪問(wèn)。
[0048] 數(shù)據(jù)采集端采用了實(shí)時(shí)法報(bào)數(shù)據(jù)的方式，為了 了解邊坡的含水量與降雨量變化， 采用每小時(shí)間隔接收聯(lián)絡(luò)信號(hào)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集端采用軟件VisualBasic軟件編制，并將程序 燒入單片機(jī)中，其作用是將監(jiān)測(cè)儀器的電流信號(hào)、脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以讀取代表被監(jiān)測(cè)對(duì) 象信息的物理信號(hào)。單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò) RS-232C串行接口可以對(duì)GPRS模塊設(shè)置參數(shù)，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)支持TCP/IP協(xié)議，所以通過(guò)收發(fā) IP數(shù)據(jù)包來(lái)傳送數(shù)據(jù)。此時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心向GGSN發(fā)送的所有包含IP報(bào)文的PPP報(bào)文都 會(huì)被傳送給Internet網(wǎng)中相應(yīng)的IP地址，從而完成終端數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)的讀取，同時(shí)各個(gè)監(jiān) 測(cè)對(duì)象可以設(shè)置一個(gè)報(bào)警閾值，超過(guò)閾值就會(huì)在采集端發(fā)出警告提示。
[0049] 邊坡表面絕對(duì)位移和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)要先傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)接收中心，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng) 數(shù)據(jù)接收中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理在遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問(wèn)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)接收中心由交換機(jī)與分析計(jì)算機(jī) 組成，交換機(jī)負(fù)責(zé)匯集傳輸系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)并將接收的信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)，然后計(jì)算 機(jī)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行分析處理，儲(chǔ)存、共享發(fā)布。數(shù)據(jù)接收中心主要采用Trimble-4D軟件進(jìn) 行GPS網(wǎng)的統(tǒng)一平差解算，將采集到監(jiān)測(cè)站的GPS信息及對(duì)應(yīng)觀測(cè)值的GPS時(shí)間等信息直接 傳輸?shù)絋rimble-4D軟件中相應(yīng)的GPS點(diǎn)位下"Storage"中進(jìn)行存儲(chǔ)，Trimble-4D軟件中的 "Post Processing Engine"模塊每一小時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，實(shí)時(shí)傳輸傳輸邊坡表面絕對(duì)位 移變化信息，提供邊坡的地圖視圖和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)圖表視圖，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí) 性和可視化，軟件中可以設(shè)置有相關(guān)險(xiǎn)情預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)期間內(nèi)的日變形量發(fā)展到一定 數(shù)值時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警通報(bào)。
[0050]本發(fā)明利用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與有線傳輸技術(shù)的結(jié)合，基于GPS中的GNSS系統(tǒng)，實(shí) 時(shí)穩(wěn)定的傳輸邊坡表面絕對(duì)位移、內(nèi)部絕對(duì)位移、土體體積含水量、降雨量等信息，實(shí)現(xiàn)了 邊坡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，利用視頻監(jiān)控新技術(shù)，可以提供邊坡的地圖視圖和實(shí)時(shí)的 數(shù)據(jù)圖表視圖，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)對(duì)象及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化。
[0051 ]同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)中心自帶預(yù)警模型，可以預(yù)設(shè)3個(gè)等級(jí)的 預(yù)警閾值，超過(guò)預(yù)警閾值監(jiān)測(cè)中心就會(huì)發(fā)出警報(bào)提示，同時(shí)開通了手機(jī)短信功能，報(bào)警的同 時(shí)會(huì)向工作人員發(fā)出警報(bào)短信。
[0052]通過(guò)對(duì)降雨量和土體含水量的監(jiān)測(cè)，綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)土體含水量對(duì)降雨 的響應(yīng)情況，對(duì)滑坡體可能發(fā)生的失穩(wěn)破壞的時(shí)間和范圍及時(shí)做出預(yù)測(cè);對(duì)邊坡的表面位 移和內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)，可以對(duì)邊坡自監(jiān)測(cè)以來(lái)的的變形歷史進(jìn)行分析，判斷坡體的變形特征， 確定可能失穩(wěn)范圍及以后的變化特征，預(yù)測(cè)坡體可能滑動(dòng)的空間性態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)；長(zhǎng)時(shí)間 連續(xù)對(duì)坡體進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，總結(jié)坡體變形規(guī)律，及時(shí)捕捉坡體災(zāi)害的特 征信息，事先提出預(yù)報(bào)、預(yù)警，減輕災(zāi)害損失。
[0053]下面結(jié)合具體實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0054]任家城高邊坡位于西安市周至縣，坡上臨任家城村，坡下臨于家坡典村，坡腳中心 坐標(biāo):34° 1(Τ 18.63〃N，108° 02' 09.64〃E。坡體縱向長(zhǎng)約70m，橫向?qū)捈s700m，坡體整體坡度變 化比較大，邊坡上部整體近乎直立，下部坡度在35°-45°之間，坡頂有許多拉張裂縫和落水 洞出露，而當(dāng)?shù)卮迕竦脑谶吰孪旅娼ㄓ性S多窯洞，造成了邊坡張應(yīng)力增大，再加上邊坡高度 臨空，坡面形成了許多卸荷裂縫，裂縫張開度較大，裂縫傾向近乎垂直，而窯洞周圍張應(yīng)力 集中，使得邊坡下部和坡腳坍塌、塌陷嚴(yán)重，使得村民不得不開挖邊坡坡腳，開挖邊坡坡腳 使得邊坡坡度越來(lái)越大，拉張裂縫越來(lái)越發(fā)育，邊坡現(xiàn)在整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部呈現(xiàn)蠕動(dòng) 變形階段。
[0055] 通過(guò)野外實(shí)際考察，結(jié)合黃土邊坡的特征，該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇布置6個(gè)表面 GPS位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)基準(zhǔn)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)降雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)土體 體積含水量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)有4處視頻監(jiān)控?cái)z像頭，坡上兩處，坡下兩處，同時(shí)邊坡上安裝了兩處 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警滑坡接觸式預(yù)警器(如圖5)。
[0056] 坡體變形監(jiān)測(cè)分為表面絕對(duì)位移和內(nèi)部相對(duì)位移監(jiān)測(cè)，坡體表面絕對(duì)位移采用 GPS表面位移信號(hào)傳感器，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安裝水泥墩，里面布置傳感器，建立一個(gè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn) 站選擇在坡下村民院中，基準(zhǔn)站要設(shè)置在變形體以外的穩(wěn)定區(qū)域，建立便于長(zhǎng)期保存的標(biāo) 志，監(jiān)測(cè)中所測(cè)的變形量是監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)站的絕對(duì)位移。傳感器可以發(fā)射GPS信號(hào)，采 集頻率為1小時(shí)，反饋監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會(huì)記錄每次的采集數(shù)據(jù)，從而 進(jìn)行表面絕對(duì)位移結(jié)算；深部位移采用拉伸式位移計(jì)，坡體中央打入兩處平硐，其工作原 理:監(jiān)測(cè)平硐底部沿坡向的水平位移變化，即達(dá)到監(jiān)測(cè)坡體內(nèi)部位移的目的，【具體實(shí)施方式】 為在平硐底面修建兩個(gè)監(jiān)測(cè)標(biāo)志點(diǎn)，分別為基粧和移動(dòng)粧，基粧選擇在沒(méi)有位移變化的坡 體深部，位移計(jì)固定在基粧上，位移計(jì)監(jiān)測(cè)鋼絲繩另一端固定在移動(dòng)粧上，鋼絲繩的位移變 化即為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量。
[0057] 由于黃土有特殊的性質(zhì)，對(duì)水比較敏感，而且黃土災(zāi)害多與水有關(guān)，所以監(jiān)測(cè)土體 的體積含水量就顯得格外重要，而黃土中降雨入滲深度有限，故土體含水量監(jiān)測(cè)儀布置深 度選為20cm、50cm、100cm、150cm、200cm，體積含水量監(jiān)測(cè)儀誤差〈3 %。
[0058] 黃土地區(qū)的滑坡多是由于降雨誘發(fā)，降雨入滲會(huì)導(dǎo)致邊坡內(nèi)部土體含水量增加， 從而改變土體的物理力學(xué)特性參數(shù)，從而誘發(fā)災(zāi)害滑坡，對(duì)降雨的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以獲取降雨 量與邊坡土體體積含水量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，降雨監(jiān)測(cè)利用的是漏斗式雨量筒進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng) 雨量站監(jiān)測(cè)精度是0.2mm，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨數(shù)據(jù)，圖6顯示的是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在不 同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土體含水量與降雨強(qiáng)度關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊(2)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模 塊(2)上連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)，數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)上連接有數(shù)據(jù)接收模塊(4)，數(shù)據(jù)傳輸 模塊(3)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊(2)上連接有為其供電的供電模塊(1)，其中：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備模 塊(2)包括用于監(jiān)測(cè)降雨量的雨量監(jiān)測(cè)儀(7)、用于監(jiān)測(cè)滑坡土體體積含水量的體積含水量 監(jiān)測(cè)儀(8)、用于監(jiān)測(cè)滑坡表面位移的GPS設(shè)備(9)以及用于實(shí)時(shí)監(jiān)控邊坡動(dòng)態(tài)的攝像系統(tǒng) (19) 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，供電模塊（1)包括電源 (5)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)包括 單片機(jī)（16)、GPRS設(shè)備(6)、M0XA設(shè)備（10)，雨量監(jiān)測(cè)儀(7)和體積含水量監(jiān)測(cè)儀(8)的輸出 端均連接至單片機(jī)（16)，單片機(jī)（16)與GPRS設(shè)備(6)相連，GPRS設(shè)備(6)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)（17) 與數(shù)據(jù)接收模塊(4)相連； GPS設(shè)備(9)的輸出端連接至M0XA設(shè)備（10)，M0XA設(shè)備（10)通過(guò)光纖收發(fā)器連接至交換 機(jī)(14 )，交換機(jī)(12)的輸出端與數(shù)據(jù)接收模塊(4)相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，光纖收發(fā)器包括第一光 纖收發(fā)器(11)以及第二光纖收發(fā)器(13)，第一光纖收發(fā)器(11)和第二光纖收發(fā)器(13)通過(guò) 光纜（12)連接，第一光纖收發(fā)器（11)的輸入端與M0XA設(shè)備（10)的輸出端相連，第二光纖收 發(fā)器(13)的輸出端與交換機(jī)(14)的輸入端相連。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)接收模塊(4)包括 數(shù)據(jù)接收中心（15 )，數(shù)據(jù)接收中心（15)的輸入端與交換機(jī)（14)的輸出端相連，數(shù)據(jù)接收中 心（15)的輸出端連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心（18)，且GPRS設(shè)備(6)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)（17)與遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù)接收中心（18)相連。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，攝像系統(tǒng)（19)與數(shù)據(jù)接 收中心（15)相連。7. -種采用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一:通過(guò)雨量監(jiān)測(cè)儀(7)、體積含水量監(jiān)測(cè)儀(8)以及GPS設(shè)備（9)分別監(jiān)測(cè)滑坡的 降雨量、土體體積含水量以及表面位移； 步驟二:將監(jiān)測(cè)到的滑坡降雨量、土體體積含水量以及表面位移通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊(3) 傳輸至數(shù)據(jù)接收模塊(4); 步驟三:通過(guò)對(duì)降雨量和土體含水量的監(jiān)測(cè)，對(duì)滑坡體可能發(fā)生的失穩(wěn)破壞的時(shí)間和 范圍及時(shí)做出預(yù)測(cè)；通過(guò)對(duì)滑坡表面位移的監(jiān)測(cè)，對(duì)坡體可能滑動(dòng)的空間性態(tài)及發(fā)展趨勢(shì) 進(jìn)行預(yù)測(cè)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)包括單片 機(jī)（16)、GPRS設(shè)備(6)、Μ0ΧΑ設(shè)備（10)，雨量監(jiān)測(cè)儀(7)和體積含水量監(jiān)測(cè)儀(8)的輸出端均 連接至單片機(jī)（16)，單片機(jī)（16)與GPRS設(shè)備(6)相連，GPRS設(shè)備(6)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)（17)與數(shù) 據(jù)接收模塊(4)相連； GPS設(shè)備(9)的輸出端連接至Μ0ΧΑ設(shè)備（10)，M0XA設(shè)備（10)通過(guò)光纖收發(fā)器連接至交換 機(jī)(14 )，交換機(jī)(12)的輸出端與數(shù)據(jù)接收模塊(4)相連。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，光纖收發(fā)器包括第一光纖收 發(fā)器(11)以及第二光纖收發(fā)器（13)，第一光纖收發(fā)器(11)和第二光纖收發(fā)器(13)通過(guò)光纜 (12) 連接，第一光纖收發(fā)器（11)的輸入端與MOXA設(shè)備（10)的輸出端相連，第二光纖收發(fā)器 (13) 的輸出端與交換機(jī)(14)的輸入端相連。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，數(shù)據(jù)接收模塊(4)包括數(shù)據(jù) 接收中心（15 )，數(shù)據(jù)接收中心（15)的輸入端與交換機(jī)（14)的輸出端相連，數(shù)據(jù)接收中心 (15)的輸出端連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心（18)，且GPRS設(shè)備(6)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)（17)與遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)接收中心（18)相連。
【文檔編號(hào)】G08B21/10GK105976569SQ201610595645
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日
【發(fā)明人】馬鵬輝, 彭建兵, 莊建琦, 張利勇, 李亞哲
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)