CN102749652A - 山体滑坡电子监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为山体滑坡电子监测系统及监测方法。本系统包括监测主机，分别有专有编号存于监测主机的多个地磁场传感装置埋设于各监测点、与监测主机无线联接。监测主机包括中心处理器和与之连接的供电模块、接收模块。及报警器和/或手机信息发送模块。地磁场传感装置包括单片机和与之连接的地磁场传感器和发射模块，主电池经供电器连接单片机。本方法为各地磁场传感装置单片机将地磁场传感器的信号与此点地磁场参数值比较，超出预警值即将装置编码预警信号和地磁场参数变化值无线发送到监测主机。监测主机判断其来自哪个监测点,启动报警器报警和/或启动手机信息发送模块。本发明连续自动监测地磁场，准确预测滑坡险情；配有节电设施，可长期工作。
Description
技术领域
本发明涉及山体滑坡的监测技术领域，具体为一种山体滑坡电子监测系统及监测方法。
背景技术
山体滑坡是特殊地质构造引发的一种地质变化，山体滑坡往往会造成次生地质灾害。山体滑坡的监测就是采用各种技术方法了解和掌握滑坡体的演变过程，预测滑坡的趋势，以便在山体滑坡形成灾害前及时发出警报，以免造成生命财产的损失。人工实地观测滑坡劳动量过大，也难以实现长时间的实时测量。现有的主要监测技术如下：（1）图像识别技术，虽然解决了实时动态监测的问题，但在雨、雪、雾等恶劣天气条件下，智能图像识别精度下降，监测误报时有发生，甚至发生险情反而漏报。用人工观测图像代替智能图像识别也只是短期的权宜之计，24小时不间断观测难以持久，另外图像摄取系统造价高，也使此技术难以广泛应用；（2）拉线位移监测，此法理论上简单，但受地理环境限制，在滑坡易发生的山区拉线监测工程量大且难度极高，存在安全隐患，也极难实际应用；（3）GPS定位技术，虽然可以实现实时动态测量（RTK），但要实现对滑坡的监测就需要GPS定位达到1米以内的精度，这样的精度至少需要2台基站式GPS联合辅助进行实时动态监测，造价昂贵，难以实现；（4）倾角监测技术，此技术是监测地面倾角的变化来预测滑坡趋势，但很多滑坡发生时先出现地面平移下沉，并不一定发生地面倾斜，倾角监测方式局限性较大。另外，现有的这些监测方法都需要先解决供电的问题，在滑坡易发生的山区为监测滑坡专门拉线供电几乎是不可能的，即使实现了拉电上山，也存在着人和牲畜造成触电危险。
地质结构异常剧变时会使局部地磁场发生强烈的变化。局部地区极强烈地磁紊乱是大地震即将发生的警示信号，如汶川地震前指南针乱转、倒指。因此专家建议以地磁异常信号实现临震预警。同样根据实验在滑坡发生前，由于岩石层的变位位移，也会产生地磁场的变化。但目前尚未见有利用地磁信号变化来监测滑坡灾害的设备。
发明内容
本发明的目的是设计一种山体滑坡电子监测系统，包括监测主机和分布于滑坡可能发生地区的多个地磁场传感装置，各地磁场传感装置的地磁场信号经无线发射送入监测主机。
本发明的另一目的是设计上述山体滑坡电子监测系统的监测方法。
本发明设计的山体滑坡电子监测系统，包括监测主机，3～16个地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域的各监测点，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机，各地磁场传感装置与监测主机无线联接。
监测主机包括中心处理器和与之连接的供电模块、接收模块。中心处理器还连接报警器和/或手机信息发送模块。
所述地磁场传感装置包括单片机和与之连接的地磁场传感器和发射模块，主电池经供电器连接单片机，给单片机和相关部件供电。
所述供电模块还连接有备用蓄电池，当停电时，供电器自动将备用蓄电池连接监测主机，保证中心处理器及相关部件不间断供电。
所述中心处理器还连接显示器，实时显示监测区域各监测点地磁场传感装置当前工作状态。
所述地磁场传感器由三维磁阻传感器、磁偏角传感器和磁倾角传感器组成，三维磁阻传感器检测地磁场的X、Y、Z三维强度，磁偏角磁倾角传感器组检测地磁场的磁偏角D和磁倾角I。
单片机存储有地磁场参数计算公式和所处监测点地磁场参数值。单片机根据地磁场传感器的信号计算得到地磁场总强度F，水平方向磁场强度H，与所存储的此监测点地磁场参数值比较，当超出设定的预警值时，即启动发射模块，以无线方式将本地磁场传感装置的编码、预警信号及地磁场参数的变化值一起发送到监测主机。
在地磁场正常时为了让监测主机得知未发射信号的地磁场传感装置状态正常，地磁场传感装置的单片机接有定时开关，定时开关连接辅电池和单片机。在地磁场正常的情况下，定时开关每隔10～40天接通辅电池和单片机20～40秒，向单片机和发射模块供电，发射本地磁场传感装置的编码和自检信号。
为了节省主电池的电力，使埋设于山上可能滑坡地区的各地磁场传感装置能维持较长时间的工作，本地磁场传感装置的供电器接有振动开关，振动开关为触发器件。供电器与主电池之间，为常开状态，即正常情况供电器与主电池为断开状态。当所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，振动开关发出0.05～0.15ms的触发信号供电器导通主电池和单片机20～40秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电。
本发明设计的山体滑坡电子监测系统的监测方法如下：
监测主机和3～16个地磁场传感装置无线连接，各地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域的各监测点，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机。供电模块为中心处理器及相关部件供电，接收模块接收各地磁场传感装置的信号。
所述各地磁场传感装置的地磁场传感器分别检测地磁场的X、Y、Z三维强度和磁倾角I、磁偏角D。单片机根据地磁场传感器的信号用地磁场参数计算公式计算得到地磁场总强度F，水平方向磁场强度H。单片机将实测的各地磁场参数与所存储的此监测点地磁场参数值比较，当超出设定的预警值时，单片机启动发射模块，以无线方式将本地磁场传感装置的编码、预警信号以及地磁场参数的变化值一起发送到监测主机。预警信号的编码形式可自行设置。
监测主机接收模块将接收的地磁场传感装置的信号送入中心处理器，中心处理器由编码判断该预警信号来自哪个监测点的地磁场传感装置,中心处理器启动报警器报警和/或启动手机信息发送模块，自动呼叫所存储的当地滑坡险情相关负责人的手机，在第一时间将滑坡险情的信息发送给相关负责人。
所述中心处理器连接的显示器实时显示各监测点地磁场传感装置当前地磁场参数变化值。
地磁场传感装置的单片机接有定时开关，定时器开关连接辅电池和单片机。在地磁场正常的情况下，定时开关每隔10～40天接通辅电池和单片机20～40秒，向单片机和发射模块供电，发射自检信号。监测主机由自检信号了解该地磁场传感装置处于正常状态，并在显示器上显示。自检信号的编码形式可自行设置。
正常情况振动开关不工作,供电器与主电池断开，即主电池不供电，地磁场传感器和采集模块不工作。当某个地磁场传感装置所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，该地磁场传感装置的振动开关发出0.05～0.15ms的触发信号，接到振动开关的触发信号供电器导通主电池和单片机20～40秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电，地磁场传感器检测地磁场相关参数，采集模块将数据送入单片机，单片机将采集数据与所存储的此监测点地磁场参数值进行比较分析计算，超出设定的预警值时，启动发射模块，以无线方式将该装置编码、预警信号和地磁场参数的变化值发送到监测主机。
所述单片机控制调节供电器的导通时间。
本发明山体滑坡电子监测系统及监测方法的优点为：1、连续监测地磁场的微小变化，以此为根据准确预测滑坡险情；2、无需专人值守，自动报警和通知相关人员，节省人力，且安全可靠；3、正常情况下，只有耗电量微小的定时器工作，单片机定时发射的自检信号耗电量极低，本装置全天候持续监测，电池有效工作时间达三年以上，系统维护成本较低；4、系统结构简单，成本低，操作方便，适合于推广应用。
附图说明
图1为本山体滑坡电子监测系统实施例结构框图；
图2为图1中的地磁场传感装置结构框图。
具体实施方式
山体滑坡电子监测系统实施例
本山体滑坡电子监测系统实施例如图1所示，包括监测主机，5个地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域的5个监测点，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机。监测主机包括中心处理器和与之连接的供电模块、接收模块。中心处理器还连接报警器和手机信息发送模块。
所述供电模块还连接有备用蓄电池。
所述中心处理器还连接显示器。
所述地磁场传感装置如图2所示，包括单片机和与之连接的地磁场传感器和发射模块，主电池经供电器连接单片机，给单片机和相关部件供电。
所述地磁场传感器由三维磁阻传感器、磁偏角传感器和磁倾角传感器组成，分别检测地磁场的X、Y、Z三维强度和磁偏角D、磁倾角I。
单片机存储有地磁场参数计算公式和所处监测点地磁场参数值。
地磁场传感装置的单片机接有定时开关，定时器开关连接辅电池和单片机。在地磁场正常的情况下，定时开关每隔30天接通辅电池和单片机30秒。
本例的地磁场传感装置的供电器安装有振动开关，振动开关接在供电器与主电池之间，为常开状态。当所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，振动开关发出0.10ms的触发信号、供电器导通主电池和单片机30秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电。
本山体滑坡电子监测方法实施例
本例使用上述山体滑坡电子监测系统实施例。
5个地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域5个监测点，监测主机和各地磁场传感装置无线连接，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机。供电模块为中心处理器及相关部件供电，接收模块接收各地磁场传感装置的信号。
在地磁场正常的情况下，各地磁场传感装置的定时开关每隔30天接通辅电池和单片机30秒，向单片机和发射模块供电，发射带有本装置编码的自检信号。监测主机由装置编码得知该自检信号所处的监测点位置，并掌握该地磁场传感装置处于正常状态，在显示器上显示。
正常情况振动开关断开供电器与主电池，当某个地磁场传感装置所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，该地磁场传感装置的振动开关发出0.10ms的触发信号，本例供电器导通主电池和单片机30秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电，单片机控制调节供电器的导通时间。主电池供电期间，地磁场传感器分别检测地磁场的X、Y、Z三维强度和磁偏角D、磁倾角I。单片机根据地磁场传感器的信号用地磁场参数计算公式计算得到地磁场总强度F，水平方向磁场强度H,单片机将实测所得的地磁场参数值与所存储的所处监测点地磁场参数值比较，当超出设定的预警值时，单片机启动发射模块，以无线方式将本地磁场传感装置的编码、预警信号和该监测点地磁场参数的变化值一起发送到监测主机。
监测主机接收模块将接收的地磁场传感装置的信号送入中心处理器，中心处理器由编码判断该预警信号来自哪个地磁场传感装置,当实测的地磁场变化值超过了设定的预警值时，中心处理器启动报警器报警，并启动手机信息发送模块，自动呼叫所存储的当地滑坡险情相关负责人的手机，在第一时间将滑坡险情的信息发送给相关负责人。
所述中心处理器连接的显示器实时显示各地磁场传感装置当前状态或地磁场参数变化值。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.山体滑坡电子监测系统，包括监测主机，其特征在于：
3～16个地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域的各监测点，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机，各地磁场传感装置与监测主机无线联接；
监测主机包括中心处理器和与之连接的供电模块、接收模块；中心处理器还连接报警器和/或手机信息发送模块；
所述地磁场传感装置包括单片机和与之连接的地磁场传感器和发射模块，主电池经供电器连接单片机，所述地磁场传感器的单片机存储有地磁场参数计算公式和各监测点地磁场参数值。
2.根据权利要求1所述的山体滑坡电子监测系统，其特征在于：
所述地磁场传感器由三维磁阻传感器、磁偏角传感器和磁倾角传感器组成。
3.根据权利要求1或2所述的山体滑坡电子监测系统，其特征在于：
所述监测主机供电模块还连接有备用蓄电池。
4.根据权利要求1或2所述的山体滑坡电子监测系统，其特征在于：
所述监测主机的中心处理器还连接显示器。
5.根据权利要求1或2所述的山体滑坡电子监测系统，其特征在于：
所述地磁场传感装置的单片机接有定时开关，定时开关连接辅电池和单片机，在地磁场正常的情况下，定时开关每隔10～40天接通辅电池和单片机20～40秒，向单片机和发射模块供电，发射本地磁场传感装置的编码和自检信号。
6.根据权利要求1或2所述的山体滑坡电子监测系统，其特征在于：
所述磁场传感装置的供电器接有振动开关，振动开关为触发器件，供电器与主电池之间为常开状态；当该装置所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，振动开关发出0.05～0.15ms的触发信号、供电器导通主电池和单片机20～40秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电。
7.根据权利要求1或2所述的山体滑坡电子监测系统的山体滑坡电子监测方法，其特征在于：
所述监测主机和3～16个地磁场传感装置无线连接，各地磁场传感装置埋设于滑坡可能发生区域的各监测点，各地磁场传感装置分别有专有编号存于监测主机，供电模块为中心处理器及相关部件供电，接收模块接收各地磁场传感装置的信号；
所述各地磁场传感装置的地磁场传感器分别检测地磁场的X、Y、Z三维强度和磁偏角D、磁倾角I，单片机根据地磁场传感器的信号用地磁场参数计算公式计算得到地磁场总强度F，水平方向磁场强度H，单片机将实测所得地磁场参数值与所存储的此监测点地磁场参数值比较，当超出设定的预警值时，单片机启动发射模块，以无线方式将本地磁场传感装置的编码、预警信号以及地磁场参数的变化值一起发送到监测主机；
监测主机接收模块将接收的地磁场传感装置的信号送入中心处理器，中心处理器由编码判断该预警信号来自哪个监测点的地磁场传感装置,中心处理器启动报警器报警和/或启动手机信息发送模块，自动呼叫所存储的当地滑坡险情相关负责人的手机，在第一时间将滑坡险情的信息发送给相关负责人。
8.根据权利要求7的山体滑坡电子监测方法，其特征在于：
所述地磁场传感装置的单片机接有定时开关，定时器开关连接辅电池和单片机；在地磁场正常的情况下，定时开关每隔10～40天接通辅电池和单片机20～40秒，向单片机和发射模块供电，发射自检信号；监测主机由自检信号了解该地磁场传感装置处于正常状态。
9.根据权利要求7所述的山体滑坡电子监测方法，其特征在于：
所述振动开关正常情况断开供电器与主电池，当某个地磁场传感装置所处监测点发生振幅超过设定值的振动时，该地磁场传感装置的振动开关发出0.05～0.15ms的触发信号，接到振动开关发出的触发信号供电器导通主电池和单片机20～40秒，主电池向单片机、采集模块、地磁场传感器及发射模块供电，地磁场传感器检测地磁场相关参数，采集模块将数据送入单片机，单片机将采集数据与所存储的此监测点地磁场参数值进行比较分析计算，超出设定的预警值时，启动发射模块，以无线方式将该装置编码和预警信号以及地磁场参数的变化值发送到监测主机。
10.根据权利要求9所述的山体滑坡电子监测方法，其特征在于：
所述单片机控制调节供电器的导通时间。
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