CN101964135A - 用于山体滑坡监测的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于山体滑坡监测的装置，包括雷达设备、现场控制器和监控单元，其中：现场控制器和雷达设备相连，监控单元和现场控制器通过通信电缆相连，雷达设备和监控单元相连以传输实时数据信息。本发明将监测滑坡事件可靠性提高，满足铁路行业的高可靠性要求；能够对目标物进行动态监测；提高了远程监测精度，监测更加灵活；报警响应速度更快、上报更及时；具备对现场装置进行查询设置的功能，可遥控测量，无需操作人员在现场守候。

Description

用于山体滑坡监测的装置

技术领域

本发明涉及的是一种山体滑坡的监测装置，尤其涉及的是一种用于山体滑坡监测的装置。

背景技术

目前对于山体滑坡的监测，有些监测点采用双电网监测技术：在较容易发生山体滑坡地段架设金属防护网，防护网上面敷设两根绝缘导线，当发生山体滑坡时，会有石块或大面积泥土滑落到防护网上，当落物重量超过防护网的承受能力时，会切断导线产生报警信息。该技术不会误报，只要有横截面大于双电网的网格，质量大于电网导线的承受能力的落在防护网上，就会产生报警。

但是，双电网监测技术主要存在以下几个问题：第一，对网格横截面和电网导线的承受能力有一定要求，当落物重量小于电网导线的承受能力时，电网不会被压断，因此不会产生报警信息。该技术反应速度慢，电网线一般距离铁路较近，报警后被保护对象往往来不及作出响应。另外，对于滑坡落石等在防护网上的积累情况无法通过监测信息上传。电网被压断后，需要重新更换维护，会增加工程量；第二，电网监测属于接触式监测方案，需要在监测坡体上安装现场监测设备，当发生山体滑坡后，监测装置易损坏，而近期还有可能出现新的滑坡事件，需要继续对目标山体进行监测。另外，金属网自身也存在一定的安全隐患，有一定的使用寿命，一旦损坏可能会对铁路行车安全造成危害；第三，无法上报滑坡过程中的一些实时参量，对落石、泥土等进行实时的定位跟踪，也无法判断滑坡的面积。

还有一些试验点利用光纤光栅检测技术实现监测点的实时监测，该技术根据应力发生变化时，光纤光栅反射光的峰值波长漂移的原理，通过对波长漂移量的度量就可以实现对应力的感测。光纤光栅检测技术受地形、成本限制，应用具有一定的局限性，大面积滑坡容易造成光纤损坏，不易维护，且施工初期工程量较大。

总之，接触式监测方案在造成侵限时才能上报告警，无法监测侵限过程中的一些实时参量，无法做到事前预警，目前还没有一种较为有效的措施对山体滑坡进行监测。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于山体滑坡监测的装置，通过使用雷达实现了对山体滑坡的远程高精度非接触式的监测。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括雷达设备、现场控制器和监控单元，其中：现场控制器和雷达设备相连，监控单元和现场控制器通过通信电缆相连，雷达设备和监控单元相连以传输实时数据信息。

所述的雷达设备包括雷达、旋转支架和电源，其中：电源和雷达相连，雷达设于旋转支架上，雷达分别与现场控制器和监控单元相连，通过三维旋转支架可以调节雷达相对于山体及铁轨的照射角度。

所述的雷达的天线有两幅，是一发一收式或一发双收式，一发一收式时，雷达仅具有一维探测能力，当目标与雷达之间距离不同时，雷达可以区分出不同的目标；当多个目标与雷达距离相同时，测量可能会产生误差，在需要雷达区分多个目标的情况下，使用一发双收式，实现多目标的二维监测，对接收到的回波信号进行差分干涉，可对易发生微小位移变化的物体进行精确的监测，得到被测物每部分的位移变化量，分析所监测目标物的位移变化情况。能够监测到直径0.5m的石块等落物和1m²面积的物体1cm的位移，可以对目标物提供连续、全面的监测。

本发明还包括角反射器，所述的角反射器设于被测山体上，可以增强反射强度，测试结果会更加精确。

所述的现场控制器包括采集模块、分区模块、控制模块和发送模块，其中：采集模块和雷达相连采集监控的环境背景信息和实时信息，分区模块和采集模块相连将监测区域分成若干块区，控制模块分别与采集模块、分区模块和发送模块相连以传输控制信号，发送模块和监控单元相连发送位移报警信息和最终汇总信息。控制模块按照划分的区域逐一对比当前雷达的实时信息和环境背景信息，并对不同范围的位移量标记不同颜色。

现场控制器可以完成以下工作：现场监测环境背景的先期生成以及周期性的更新，确保监测数据与环境背景在时间上的一致性；自动对比当前雷达监测到的数据信息和环境背景的差别，分析得出移动变化平面趋势图；结合监测到的距离、速度及滑坡面积大小等数据信息，分析预测侵限发生将要影响的地域范围和时间段、侵限等级，以供上一级监控单元参考。

本发明主要用于对所监测物体的动态运动做二维位移监测，通过不同的颜色表示不同的位移量，并通过实时的显示整个区域的位移信息。操作人员还可以远程对设备进行控制，保证设备的正常监测。利用天线的不同编组形式以及差分干涉技术使监测更加精确，对监测范围内的落石等的运动方向、运动速度进行实时监测，结合山体的地形信息及山体与铁轨之间的距离等信息，分析发生滑坡并侵限的可能性，并可以提前报警。还可以根据反射强度估计滑坡面积或落石的大小。具有探测范围广、反应速度快等特点，可以保证铁路行车安全。雷达监测不受白天、黑夜以及雾、云和雨的影响，并有一定的穿透能力，监测具有全天候、全天时的特点。本发明的监测方式属于非接触式监测，一般安装在易发生异物侵限的铁路沿线路段，连接线缆铺设简单，工程安装维护方便。尤其减少了派遣人员进入已发生滑坡灾害区域进行安装调试的工作量，有别于接触式监测中报警受落物重量影响的监测方法。发生异物侵限后，雷达监测装置不易损坏，可以降低维护成本。

有益效果：

第一，监测滑坡事件可靠性提高，满足铁路行业的高可靠性要求，本发明主要应用于铁路沿线的山体、隧道口上方等较易发生滑坡的监测点处，利用天线的不同编组形式以及差分干涉技术使监测更加精确，对监测范围内的滑坡、落石等事件进行实时状态监测并报警；

第二，能够对目标物进行动态监测，对监测范围内的落石、滑落泥土等的运动方向、运动速度进行实时动态监测。另外，通过对整个目标进行分解并解析各分单元的位移信息，得到整个目标的位移量；

第三，提高了远程监测精度，监测更加灵活，雷达安装灵活，不受各种地形影响，尤其是一些施工人员很难到达的地区，监测现场无须靠近或进入监测区域，监测距离远，雷达波束覆盖广；精度高，直径0.5m以上的落石、滑落泥土等物体都可以监测到，并且，可以根据反射强度估计滑坡面积或落石的大小。雷达可确保24小时不间断监测，保证连续的数据采集，可以提前报警；

第四，报警响应速度更快、上报更及时，一旦发现有山体滑坡或落石运动等异常情况及时告警，报警反应时间达到毫秒级，有提前报警功能。

第五，具备对现场装置进行查询设置的功能，可遥控测量，无需操作人员在现场守候，有异物侵限发生时，装置会自动上报告警信息至监控单元，并发出声光报警提示。可以启动图像监控装置，对现场进行实时图像辅助监控，保证报警信息可靠。另外，可以通过远程查询和控制功能，实现对现场装置的信息查询和参数设置。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的雷达天线示意图；

图3是本发明雷达的工作原理图；

图4是本发明现场控制器的工作流程图；

图5是本发明现场控制器中控制模块的工作流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括雷达设备1、现场控制器2和监控单元3，其中：现场控制器2和雷达设备1相连，监控单元3和现场控制器2通过通信电缆4或光纤相连，雷达设备1和监控单元3相连以传输实时数据信息。

所述的雷达设备1包括雷达5、旋转支架6和电源7，其中：电源7和雷达5相连，雷达5设于旋转支架6上，雷达5分别与现场控制器2和监控单元3相连，通过三维旋转支架6可以调节雷达5相对于山体及铁轨的照射角度。

所述的雷达5用于监测现场滑坡导致的异物侵限情况，将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器2。

如图2所示，所述的雷达5的天线有两幅，可以根据需要是一发一收式或一发双收式，一发一收式时，雷达5仅具有一维探测能力，当目标与雷达5之间距离不同时，雷达5可以区分出不同的目标；当多个目标与雷达5距离相同时，测量可能会产生误差，在需要雷达5区分多个目标的情况下，使用一发双收式，实现多目标的二维监测，对接收到的回波信号进行差分干涉，可对易发生微小位移变化的物体进行精确的监测，得到被测物每部分的位移变化量，分析所监测目标物的位移变化情况。能够监测到直径0.5m的石块等落物和1m²面积的物体1cm的位移，可以对目标物提供连续、全面的监测。

所述的现场控制器2作为现场监测的关键设备，可以嵌入在雷达5的内部，也可以作为独立模块工作，负责对监测雷达5天线的发射与接收功能进行设置以及对天线的编组形式进行控制。对监测雷达5传送来的信息进行综合分析处理，提供侵限报警并上传至监测点附近基站监控单元3。

所述的电源7上设有五路不同的电压输出，电源7通过十芯航空插头接口和雷达5相连，以保证雷达5正常工作，减少干扰。

本实施例还包括角反射器，所述的角反射器设于被测山体上，可以增强反射强度，测试结果会更加精确。

如图3所示，本实施例通过雷达5测速测距实现目标物位移等信息的精确监测和上报。利用干涉测量技术来保证对目标物位移变化情况的精确测量，该技术主要是通过估计不同时间回波信号的相位差来实现对目标的探测。雷达5发射雷达5波后，经过雷达5的第一次发射和接收雷达5波ψ1，确定了目标物该时刻所在的位置和相位信息；再经过一次发射和接收雷达5波ψ2，确定移动目标物体第二时刻的位置和相位信息，通过其相位差确定精确的位移变化d。山体滑坡监测通常需要对多个目标进行监测，借助步进频率连续波技术可以实现对不同目标的移动情况进行监测。在扫描时间内发射出一组电磁波，电磁波由N个频率递增的脉冲串组成，保证电磁波的长距离传输。

步进频率连续波技术还为雷达5提供了很高的距离向分辨率。在雷达5的监测区域内，将沿径向每一固定距离分割成一个单元，两个目标之间的相对距离大于或等于这一距离时，装置就可以区分并独立的的探测出两个目标。

滑坡监测还需要准确地知道目标的运动速度，利用多普勒效应所产生的频率偏移，可以达到准确测速的目的。

所述的现场控制器2包括采集模块、分区模块、控制模块和发送模块，其中：采集模块和雷达5相连采集监控的环境背景信息和实时信息，分区模块和采集模块相连将监测区域分成若干块区，控制模块分别与采集模块、分区模块和发送模块相连以传输控制信号，发送模块和监控单元3相连发送位移报警信息和最终汇总信息。

现场控制器2利用滑坡监测报警分析软件主要完成三项工作：第一，现场监测环境背景的先期生成以及周期性的更新，确保监测数据与环境背景在时间上的一致性；第二，自动对比当前雷达5监测到的数据信息和前期状态的差别，分析得出移动变化平面趋势图；第三，结合监测到的距离、速度及滑坡面积大小等数据信息，分析预测侵限发生将要影响的地域范围和时间段、侵限等级，以供上一级监控单元参考。

如图4所示，现场控制器2采集一次数据的软件分析过程，采集模块收集监测区域的环境背景信息和实时信息，分区模块将所监测区域均匀分为几块，控制模块按照一定的次序逐块比较位移信息，发送模块在比较结束后汇总整个区域的位移信息，若发生位移，则将告警信息上报。

如图5所示，是控制模块进行逐块比较分析的详细流程图，先将所监测区域按照要求划分为几个小的块区，再依次逐块比较目标是否有位移。比较每一块与先前采集的背景数据是否相同，若不同，则记录一次并上报有位移发生；若相同，则继续比较下一块。具体在比较的同时会判断是否比较完毕，若没有，会继续比较下一块直至比较结束，最后汇总统计信息后上报。

本现场控制器2还可以通过软件将雷达5得到的位移图通过不同的颜色直接投影到所监测滑坡山体的背景图上。该项功能能够很好的将山体的位移信息和山体的位置相结合，更加直观地显示大位移量区域的位置，便于对各种危险区域做出灾害预报，极大的减少或避免灾害对人民生命财产造成的损失。

在数据的采集过程中，采集软件会实时的显示整个区域的位移信息。任意点击一块区域单元，该单元的位移信息就可以很直观的显示出来。操作人员还可以远程对设备进行控制，无需总守在设备旁进行管理，更加有利于保证长时间的监测。处理软件分析数据中的位移信息，并将每一个单元的信息进行整合，生成文本格式的位移信息。

Claims (6)

1.一种用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：包括雷达设备(1)、现场控制器(2)和监控单元(3)，其中：现场控制器(2)和雷达设备(1)相连，监控单元(3)和现场控制器(2)通过通信电缆(4)相连，雷达设备(1)和监控单元(3)相连以传输实时数据信息。

2.根据权利要求1所述的用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：所述的通信电缆(4)是电缆或光纤。

3.根据权利要求1所述的用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：所述的雷达设备(1)包括雷达(5)、旋转支架(6)和电源(7)，其中：电源(7)和雷达(5)相连，雷达(5)设于旋转支架(6)上，雷达(5)分别与现场控制器(2)和监控单元(3)相连。

4.根据权利要求3所述的用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：所述的雷达(5)的天线有两幅，是一发一收式或一发双收式。

5.根据权利要求1所述的用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：还包括角反射器，所述的角反射器设于被测山体上。

6.根据权利要求3所述的用于山体滑坡监测的装置，其特征在于：所述的现场控制器(2)包括采集模块、分区模块、控制模块和发送模块，其中：采集模块和雷达(5)相连采集监控的环境背景信息和实时信息，分区模块和采集模块相连将监测区域分成若干块区，控制模块分别与采集模块、分区模块和发送模块相连以传输控制信号，发送模块和监控单元(3)相连发送位移报警信息和最终汇总信息。

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