CN101982841A - 一种灾害监测预警系统及其采用此系统的监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灾害监测预警系统及其采用此系统的监测预警方法，包括光学检测传感器阵列、工业照相机、线性扫描激光光源、GPRS无线上网卡和计算机，所述工业照相机和线性扫描激光光源设置在光学检测传感器阵列一侧，所述工业照相机采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器包括光感应器件和设置在光感应器件两端的角锥棱镜；所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；所述光感应器件为光感应CCD器件或光感应CMOS器件。本发明的灾害监测预警系统避免了现有监控方式造成的人为误判，及时提供报警信息，预防因泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、道路沉降、大桥沉降或大桥移位等灾害影响人身和财产的更大损失。

Description

一种灾害监测预警系统及其采用此系统的监测预警方法 

技术领域

本发明涉及灾害监测预警系统，更确切地说是一种泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、线路沉降、大桥沉降或大桥移位等灾害发生前的监测和预警系统及其采用此系统的监测预警方法。 

背景技术

目前，对泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、大桥沉降、大桥移位和线路沉降等灾害的预防主要是采用派人蹲守、巡视，也有采用人工或计算机对前后所拍照片比对、判读的方式。但以上方式都会因灾害体上的植物、零星石块的移动因素造成错误判断，而且由于很难量化，故不能及时发现灾害体的潜动。同时由于照片的数据量太大，传输时间过长，占用通讯资源太多的原因，使得照片传输的方式未被大家接受，亟待改进！ 

发明内容

本发明旨在克服以上现有技术的不足，提供一种精准的，能避免人为失误的监测预警系统。 

本发明解决技术问题采用技术方案如下： 

一种灾害监测预警系统，包括光学检测传感器阵列、工业相机、线性扫描激光光源、GPRS无线上网卡和计算机，所述工业相机和线性扫描激光光源设置在光学检测传感器阵列一侧，所述工业相机采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器包括光感应器件和设置在光感应器件两端的角锥棱镜；所述光感应器件为光感应CCD器件或光感应CMOS器件。 

进一步地，所述工业相机和线性扫描激光光源设置在可拍摄到全部光学检测传感器阵列的位置，所述线性扫描激光光源设置在可扫描到全部光学检测传感器阵列的位置，具体地说可以将工业相机和线性扫描激光光源分别设置在两个支柱上，以便工业照相机能拍摄 到更大的区域，线性扫描激光光源能扫描到更大的区域。 

进一步地，所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；所述光学检测传感器还包括支撑架；所述光感应器件垂直设置在支撑架顶端，所述支撑架底端设置有地锚。 

也可以，所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；所述光学检测传感器还包括支撑架和法兰，所述光感应器件和角锥棱镜竖直安装在支撑架上，所述法兰设置在支撑架底端。 

进一步地，在所述支撑架的中部还设置有空浮筒。 

一种采用此灾害监测预警系统的灾害监测预警方法，包括以下步骤： 

a、工业计算机控制扫描激光光源发出线性激光光束照射到光感应半导体器件上，经光感应半导体子系统自带的微处理计算、处理后得到线性激光在光感应半导体上的位置信号； 

b、所述位置信号通过信号线传输给工业计算机，计算出光学传感器的位移量； 

c、工业计算机对计算出的光学检测传感器的位移量进行计算，如果位移量超过本监测预警系统预设的报警值，本监测预警系统会启动人机界面，进行报警，同时使用工业相机对灾害体进行拍照，并将照片通过无线传输方式发送回监控中心。 

本发明所述监测预警系统的工作原理如下： 

在泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、大桥沉降、大桥移位和线路沉降等灾害体上设置一系列的光学检测传感器组阵列，由线性扫描激光光源发出的线性扫描激光投射到光感应CCD上，光感应CCD检测出灾害体的移动量，当灾害体的移动量达到预设的报警值后，由工业计算机启动工业照相机，发出散射强光照射到安装于灾害体上的角锥棱镜，角锥棱镜反射回来的光斑在工业照相机的CCD感光器件上留下了位置信号，经图像解读卡处理、比较后，在工业计算机内存里留下了反射光斑中心位置的二维坐标参数及变化量；同时，监测预警系统的工业计算机就会通过短信和GPRS(GSM-R)图像传输的方式及时发送给相关个人的手机或相关单位监控中心的计算机。相关个人的手机就会收到报警短信，监控中心的计算机屏幕也会以反射光斑中心位置的二维坐标参数网格图的方式显示出灾害的发生、发展程度及灾害现场照片，角锥棱镜的作用主要是保证夜晚拍照时能够观察光学检测传感器组的位置状况，以判断灾害程度。 

角锥棱镜的主要功能是： 

1、提供预警系统网格图的参数； 

2、在白天可以为照片的合成提供清晰的特征点； 

3、在夜晚可以为工业照相机的闪光灯照明不足的提供清晰的位置信息，以便通过其位置变化观察灾害发生的程度。 

本发明的有益效果如下： 

与现有监控方式比较，本发明的监测预警系统可以量化泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、线路沉降、大桥沉降或大桥移位等灾害的发生、发展程度。避免了现有监控方式造成的人为误判，及时提供报警信息，预防因泥石流、滑坡、危岩、护坡(挡墙)崩塌、线路沉降、大桥沉降或大桥移位等灾害影响人身和财产的更大损失。 

附图说明

图1是本发明泥石流或滑坡的灾害监测预警系统的结构示意图(没有爆发泥石流的正常状态)； 

图2是本发明的泥石流或滑坡的灾害监测预警系统的结构示意图(泥石流处于潜动状态)； 

图3是本发明的泥石流或滑坡的灾害监测预警系统的结构示意图(泥石流处于爆发状态)； 

图4是本发明的泥石流灾害监测预警系统的光学检测传感器的结构示意图； 

图5是本发明用于道路沉降灾害监测预警系统的网格图； 

图6是本发明的道路沉降灾害监测预警系统的光学检测传感器的结构示意图； 

图7是本发明护坡或挡墙崩塌的灾害监测预警系统的结构示意图； 

图8是本发明的大桥沉降或大桥移位的灾害监测预警系统的光学检测传感器的结构示意图。 

图中标记为：1-线性扫描激光光源；2-工业相机；3.1、3.2-立柱；4-相机拍摄区域；5-线性激光扫描区域；6-正常状态的纬线；7-光学检测传感器；8-护坡或挡墙；9-正常状态下的径线；10-变形后的纬线；11.1、11.2-角锥棱镜；12-光感应器件；13-地锚；14-空浮筒；15、15.1-支撑架；16-法兰；17-桥梁；18-桥墩；19-护坡或挡土墙后的填土。 

具体实施方式

实施例1 

参见图1-4，一种灾害监测预警系统，此系统是用于泥石流或滑坡的监测预警系统，包括光学检测传感器阵列、工业相机2、线性扫描激光光源1、GPRS无线上网卡和计算机 (图中均未示出)，工业相机2和线性扫描激光光源1设置在光学检测传感器阵列一侧，工业相机2采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器7包括光感应器件12和设置在光感应器件12两端的角锥棱镜11.1、11.2；所述光学检测传感器阵列为网格形阵列(6为正常状态下的纬线、9为正常状态下的径线)；光感应器件12为光感应CCD器件或光感应CMOS器件；工业相机2设置在支柱3.2上、线性扫描激光光源1设置在立柱3.1上；光学检测传感器7还包括支撑架15；光感应器件12垂直设置在支撑架15顶端，支撑架15底端设置有地锚13；支撑架15的中部还设置有空浮筒14。 

光学检测传感器阵列的作用是接收线性线性扫描激光光源1发出的激光，以精确测量出安装于泥石流或滑坡灾害体上的光学检测传感器阵列的位移量，角锥棱镜11.1、11.2的作用是反射工业相机2发出的散射光，让工业相机2能够清楚地拍摄到反射光线，图中4所指的是相机拍摄区域，使监测预警系统能够精确定位角锥棱镜11.1、11.2的位置；支撑架15的作用是将光感应器件12和角锥棱镜11.1、11.2组合成保持一个固定距离的光学检测传感器7，将光学检测传感器7沿泥石流体移动方向或滑坡方向安装，以此量化泥石流体或滑坡的位移，同时保证光学检测传感器7不被植物等遮挡；地锚13的作用是保证光学检测传感器7与泥石流体保持同步移动和防盗；浮筒14的作用是防止泥石流位移监测预警光学检测传感器7被爆发的泥石流掩埋。 

由线性扫描激光光源1发出的线性扫描激光投射到安装于泥石流体上的光学检测传感器7的光感应器件(CCD感应器件或CMOS感应器件)12上，其中5所指的区域为线性激光扫描区域，光学检测传感器7检测出泥石流体或滑坡的移动量，一旦移动量超出预设的报警值，工业计算机立即启动泥石流或滑坡灾害监测预警系统的GPRS(GSM-R)无线上网卡发出预警短信。同时启动工业照相机2拍摄泥石流体或滑坡的照片，经图像处理软件处理后得到带网格图的照片，并通过GPRS(GSM-R)无线上网卡将其传输给相关的监控中心，就能将泥石流灾害或滑坡发生前、后的照片(如图3，其中10为变形后的纬线)、网格图及各光学检测传感器的移动量同时显示在监控中心的计算机屏幕上。 

实施例2 

参见图5、图6，一种灾害监测预警系统，此系统是用于监测道路沉降灾害的监测预警系统，包括光学检测传感器阵列、工业相机2、线性扫描激光光源1、GPRS无线上网卡和计算机(图中均未示出)，工业相机2和线性扫描激光光源1设置在光学检测传感器阵列 一侧，工业相机2采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器7包括光感应器件12和设置在光感应器件12两端的角锥棱镜11.1、11.2；所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；光感应器件12为光感应CCD器件或光感应CMOS器件；工业相机2设置在支柱3.2上、线性扫描激光光源1设置在立柱3.1上；光学检测传感器7还包括支撑架15.1和法兰16，光感应器件12和角锥棱镜11.1、11.2竖直安装在支撑架15.1上，法兰16设置在支撑架15.1底端。 

光学检测传感器阵列的作用是接收线性线性扫描激光光源1发出的激光，以精确测量出安装于道路沉降体上的光学检测传感器阵列的位移量，角锥棱镜11.1、11.2的作用是反射工业相机2发出的散射光，让工业相机2能够清楚地拍摄到反射光线，使监测预警系统能够精确定位角锥棱镜11.1、11.2的位置；支撑架15.1的作用是将光感应器件12和角锥棱镜11.1、11.2组合成保持一个固定距离的光学检测传感器7，将光学检测传感器7道路沉降方向安装，以此量化道路沉降的位移，同时保证光学检测传感器7不被植物等遮挡；法兰16的作用是保证光学检测传感器7与滑坡保持同步移动和防盗。 

由线性扫描激光光源1发出的线性扫描激光投射到安装于道路或挡墙上的光学检测传感器7的光感应器件(CCD感应器件或CMOS感应器件)12上，光学检测传感器7检测出道路沉降的移动量，一旦移动量超出预设的报警值，工业计算机立即启动泥石流灾害监测预警系统的GPRS(GSM-R)无线上网卡发出预警短信。同时启动工业照相机2拍摄道路沉降体的照片，经图像处理软件处理后得到带网格图的照片，并通过GPRS(GSM-R)无线上网卡将其传输给相关的监控中心，就能将道路沉降灾害发生前、后的照片、网格图及各光学检测传感器的移动量同时显示在监控中心的计算机屏幕上。 

实施例3 

参见图6、图7，一种灾害监测预警系统，此系统是用于监测护坡或挡墙崩塌的监测预警系统，包括光学检测传感器阵列、工业相机2、线性扫描激光光源1、GPRS无线上网卡和计算机(图中均未示出)，工业相机2和线性扫描激光光源1设置在光学检测传感器阵列一侧，工业相机2采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器7包括光感应器件12和设置在光感应器件12两端的角锥棱镜11.1、11.2；所述光学检测传感器阵列为网格型阵列；光感应器件12为光感应CCD器件或光感应CMOS器件；工业相机2设置在支柱3.2上、线性扫描激光光源1设置在立柱3.1上；光学检测传感器7还包括支撑架15.1和法兰16，光感应器件12 和角锥棱镜11.1、11.2竖直安装在支撑架15.1上，法兰16设置在支撑架15.1底端。 

光学检测传感器阵列的作用是接收线性线性扫描激光光源1发出的激光，以精确测量出安装于护坡或挡墙上的光学检测传感器阵列的位移量，角锥棱镜11.1、11.2的作用是反射工业相机2发出的散射光，让工业相机2能够清楚地拍摄到反射光线，使监测预警系统能够精确定位角锥棱镜11.1、11.2的位置；支撑架15.1的作用是将光感应器件12和角锥棱镜11.1、11.2组合成保持一个固定距离的光学检测传感器7，以此量化护坡或挡墙崩塌的位移，同时保证光学检测传感器7不被遮挡；法兰16的作用是保证光学检测传感器7与护坡或挡墙崩塌的保持同步移动和防盗。 

由线性扫描激光光源1发出的线性扫描激光投射到安装于护坡或挡墙上的光学检测传感器7的光感应器件(CCD感应器件或CMOS感应器件)12上，光学检测传感器7检测出护坡或挡墙崩塌的移动量，一旦移动量超出预设的报警值，工业计算机立即启动护坡或挡墙灾害监测预警系统的GPRS(GSM-R)无线上网卡发出预警短信。同时启动工业照相机2拍摄护坡或挡墙崩塌的照片，经图像处理软件处理后得到带网格图的照片，并通过GPRS(GSM-R)无线上网卡将其传输给相关的监控中心，就能将护坡或挡墙崩塌发生前、后的照片、网格图及各光学检测传感器的移动量同时显示在监控中心的计算机屏幕上。 

实施例4 

参见图6、图8，一种灾害监测预警系统，此系统是用于监测大桥沉降、大桥移位的监测预警系统，包括光学检测传感器阵列、工业相机2、线性扫描激光光源1、GPRS无线上网卡和计算机(图中均未示出)，工业相机2和线性扫描激光光源1设置在光学检测传感器阵列一侧，工业相机2采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器7包括光感应器件12和设置在光感应器件12两端的角锥棱镜11.1、11.2；所述光学检测传感器阵列包括垂直于桥梁水平设置的水平直线型阵列和垂直于桥墩竖直设置的竖直直线型阵列；光感应器件12为光感应CCD器件或光感应CMOS器件；工业相机2设置在支柱3.2上、线性扫描激光光源1设置在立柱3.1上；光学检测传感器7还包括支撑架15.1和法兰16，光感应器件12和角锥棱镜11.1、11.2竖直安装在支撑架15.1上，法兰16设置在支撑架15.1底端。 

光学检测传感器阵列的作用是接收线性线性扫描激光光源1发出的激光，以精确测量出安装于桥梁、桥墩上的光学检测传感器阵列的位移量，角锥棱镜11.1、11.2的作用是反射工业相机2发出的散射光，让工业相机2能够清楚地拍摄到反射光线，使监测预警系统能够精确定位角锥棱镜11.1、11.2的位置；支撑架15.1的作用是将光感应器件12和 角锥棱镜11.1、11.2组合成保持一个固定距离的光学检测传感器7，以此量化大桥沉降的位移，同时保证光学检测传感器7不被遮挡；法兰16的作用是保证光学检测传感器7与大桥沉降保持同步移动和防盗。 

由线性扫描激光光源1发出的线性扫描激光投射到安装于大桥桥梁17和大桥桥墩18的光学检测传感器7的光感应器件(CCD感应器件或CMOS感应器件)12上，光学检测传感器7检测出大桥沉降的移动量，一旦移动量超出预设的报警值，工业计算机立即启动泥石流灾害监测预警系统的GPRS(GSM-R)无线上网卡发出预警短信。同时启动工业照相机2拍摄大桥沉降体的照片，经图像处理软件处理后得到带网格图的照片，并通过GPRS(GSM-R)无线上网卡将其传输给相关的监控中心，就能将大桥沉降灾害发生前、后的照片、网格图及各光学检测传感器的移动量同时显示在监控中心的计算机屏幕上。 

其中：GPRS：是Gerneral Packer Radio Service的英文缩写，中文译为通用无线分组业务，具体来讲，GPRS是一项高速数据处理的方式。 

GSM-R(GSM for Rai lway)：是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。 

CCD：是英文Charge Coupled Device即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，用于光电信号的接收和转换。 

CMOS：互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。 

Claims (7)

1.一种灾害监测预警系统，其特征在于：包括光学检测传感器阵列、工业相机、线性扫描激光光源、GPRS无线上网卡和计算机，所述工业相机和线性扫描激光光源设置在光学检测传感器阵列一侧，所述工业相机采集的图片经图像处理卡与GPRS无线上网卡连接，所述GPRS无线上网卡与计算机通信连接；所述光学检测传感器包括光感应器件和设置在光感应器件两端的角锥棱镜；所述光感应器件为光感应CCD器件或光感应CMOS器件。

2.根据权利要求1所述的灾害监测预警系统，其特征在于：所述工业相机和线性扫描激光光源分别设置在两个支柱上。

3.根据权利要求1所述的灾害监测预警系统，其特征在于：所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；所述光学检测传感器还包括支撑架；所述光感应器件垂直设置在支撑架顶端，所述支撑架底端设置有地锚。

4.根据权利要求1所述的灾害监测预警系统，其特征在于：所述光学检测传感器阵列为网格形阵列；所述光学检测传感器还包括支撑架和法兰，所述光感应器件和角锥棱镜竖直安装在支撑架上，所述法兰设置在支撑架底端。

5.根据权利要求3所述的灾害监测预警系统，其特征在于：在所述支撑架的中部还设置有空浮筒。

6.根据权利要求1所述的灾害监测预警系统，其特征在于：所述灾害监测预警系统为大桥沉降、移位监测预警系统，所述光学检测传感器阵列包括垂直于桥梁水平设置的水平直线型阵列和垂直于桥墩竖直设置的竖直直线型阵列。

7.一种采用所述灾害监测预警系统的灾害监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、工业计算机控制扫描激光光源发出线性激光光束照射到光感应半导体器件上，经光感应半导体子系统自带的微处理计算、处理后得到线性激光在光感应半导体上的位置信号；

b、所述位置信号通过信号线传输给工业计算机，并计算出光学传感器的位移量；

c、工业计算机对计算出的光学检测传感器的位移量进行计算，如果位移量超过本监测预警系统预设的报警值，本监测预警系统会启动人机界面，进行报警，同时使用工业相机对灾害体进行拍照，并将照片通过无线传输方式发送回监控中心。

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