CN1034427A

CN1034427A - 无线遥测泥石流及预警系统

Info

Publication number: CN1034427A
Application number: CN88108342A
Authority: CN
Inventors: 李鸿科
Original assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Current assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1989-08-02
Also published as: CN1012010B

Abstract

一种无线遥测泥石流及预警系统，如图1所示。该系统由雨量遥测发射站、流通区提前报警发射站、中心控制室、雨量报警器、桥下检知报警装置和列车防护信号机及控制盘组成。该系统能预报泥水流规模，判别真假泥水流。不仅适合于小规模泥石流的预测及报警，而且适用于大规模泥石流的预测及报警。因该系统采用了拾震传感器和龙头检知线，因此不易受人畜破坏，避免了因误报造成的虚惊。

Description

本发明涉及无线遥测及预警系统。

无线遥测泥石流及预警系统适合于铁路工务部门用来检测近期内是否有泥石流发生，可能发生的泥石流的规模，以便采取紧急措施防止灾害的发生或尽量减轻灾害的程度。

苏联是较早开展研究泥石流特征与机理的国家，在泥石流避难体制中，通过在流通区设置多个地震传感器和无线通道或有线电缆通道，将泥石流发生后产生的模拟幅频信号传送到下游接收调度站进行处理，用来判别泥石流是否即将到来，以便在泥石流到来之前，向泥石流通道上的居民点。机关、工厂等部门发出报警信号，以便采取紧急避难措施。

目前，日本在泥石流防灾工作中，处于世界领先地位，在泥石流早期检知报警系统方面，他们采用的传感器有龙头高度泥位检知线，接触式泥位检知器和震动传感器等。传输道均为专用有线电缆，报警信号通过电话信道传输至居民点或启动公路上的信号机及显示盘通告司机阻止车辆驶入灾害地区。

成都铁路局成都科研所于1985年在成昆北段采用了龙头高度检知线作为流通区检知传感器的NEJ－I型无线传输式泥石流报警器。

上述系统只适用于对小规模泥石流的预测及报警。当大规模泥石流通过时，很容易遭到破坏。同时，这此系统还容易受人畜破坏，并因此而造成误报，引起一场虚惊。此外，这此系统只能对灾害泥石流报警。

本发明的目的是提供一种既适用于小规模泥石流又适用于大规模泥石流的预测及报警系统。因该系统采用了拾震传感器和龙头检知线构成的复合传感器及多级水位检知与泥位检知网构成的复合传感器。因此，能检知泥石流的发生与灾害泥石流的规模;并能对泥石流的真伪进行判别，因此大大减少了误报的发生。同时，因采用了上游、中游和下游三级检知，并用无线传输信息，因此能做到对泥石流进行临近预报、提前报警及紧急报警。使漏报的可能性大大降低。

本发明由雨量遥测发射站、流通区提前报警发射站、中心控制室、雨量报警器、桥下检知报警装置和列车防护信号机及控制盘组成。

下面结合附图对本发明各主要构成部分及工作原理描述如下：

图1为无线遥测泥石流及预警系统组成示意图;

图2为流通区提前报警发射站电路方框图;

图3为流通区提前报警发射站编码控制器原理及工作示意图;

图4为中心控制室内的报警与解码电路方框图;

图5为铁路桥下水位三级报警电路方框图;

图6为铁路桥下检知网危险泥位装置示意图;

图7为雨量报警器临报图。

本发明的雨量遥测发射站由编码1和发射机2组成。雨量遥测发射站采取△增量主动发送方式工作。有降雨时，随机地向中心控制室发送信号。雨量遥测发射站的电路方框图如图2所示。每当雨量翻斗30翻转一次，就输出一个短路信号，经接口31的电路整形增加抗干扰能力后，使其前沿触发单稳态触发器32，其延时与码的宽度相同。单稳态触发器32的输出为1时，则正弦门34开通，呈现低阻抗，将副载频振荡器33的振荡信号传送到下一级射极输出35进行阻抗变换后，对超短波发射机37的主载频进行调频发射。发射机平时不供电，只在发射信号时，由放大器36、开关38控制继电器接通电源。

发射机采用便携式无线电台，发射天线为拉杆天线。当雨量遥测发射站较远时，可选用高功率输出及室外防雷定向天线。

本发明中的流通区提前报警发射站由龙头高度检知线6-主传感器、地面震动传感器7-辅助传感器和提前报警发射站中的编码控制器4及发射机5组成。

本发明中的龙头高度检知线6-主传感器的检知线架设在检测桩上。

本发明中的地震传感器7-辅助传感器采用强震仪水平向速度摆拾震器。用它测量地面震动的加速度值。摆的方向对着泥石流沟的上游方向。

泥石流的规模与传感器的输出幅度成正比。传感器的信号输送给几个并联比较器，可得到几个量级的报警信号。对于发生频次较高的泥石流沟可以通过测量震动幅度的大小来直接判断泥石流的规模量级。但对频率次数较低的泥石流沟，则需长期观测才能得到正确结果。

当有一定规模的小泥石流接近流通区时，地面震动传感器7的水平加速度计43首先检测到地面震动信号。该信号经带通44、射极输出器45和可以任意调节灵敏度的比较器46、单稳47、可控振荡器48至或门49、与门50控制正弦门开通，将表示地面震动的副载频信号51传送到下一级，对发射机进行调制，向中心控制室的接收机发射间断的移频键控信号。发射机平时不供电，发射机电源的接通由单稳47、或门54、三极管导通使继电器55吸合来控制。

当无震动信号，而只有龙头高度检知线的断线信号时，可控振荡器39停止工作，单稳40翻转输出＝1，JK触发器56的K＝1时钟信号（T₁＝2.5S）。经与门61输入给JK触管器56的CP控制端，使其输出以ZT₁周期交替出现高水平。JK触管器56的Q输出端经与门135、或门58后，控制正弦门59打开，将表示断线的副载频信号60送至下一级，对发射机进行调制发射。如果断线发射机始终处于发射状态，而又无震动信号，只有断线信号，且又没降雨时，可考虑检测线是否因人为或牲畜破坏引起报警器产生故障。此时，应立即派人修复。

当先有震动信号，随后有断线信号，但震动信号没有消失时，则被确认为是灾害泥石流提前报警信号。此时，发射机交替发出震动和断线的两种副载调制信号。

为了保证收发信号机始终处于完好状态，设有定时自检信号，其办法是采用一块石英表，在分针上粘贴一块磁钢。在表盘12点处粘贴一片霍尔元件（集成电路块）65。当分针指向12点时，霍尔元件65受磁场作用的结果，其输出端有一正电平输出，经单稳态器件64、或门62、与门61（同时受时钟T₁＝2.5秒的控制）、与门57、或门58至正弦门59导通。副载频信号60对发射机进行调制，发出一个宽度约为1.25秒的编码调制信号。这种自检信号每小时正点发送一次，以表示收发信号机均处于正常状态，避免系统发生漏报事故。

本发明中的中心控制室由电台、公用通道、波形接收电路、提前声光报警电路和提前报警执行开关组成。电台由室外天线92、接收机66和鉴频器67组成。由上游雨量发射站和流通区提前报警发射站发送来的是经调制后的超高频无线电波，通过室外天线92接收后，输送给接收机66的是随机信号。因此，接收机66能二十四小时连续工作，接收机66一直处于等待接收状态。由鉴频器输出的是编码的副载频信号，再经解码电路恢复成图8的包络线脉冲波形。

公用通道由有源带通滤波器68、二级RC耦合放大器69和限幅器70组成。

有源带通滤波器68采用单个运算放大器构成的多端负反馈单T式二阶有源电路。其中运算放大器起无限增益有源元件的作用。这种带通滤波器既可以利用图表来进行设计，又可以利用公式直接进行计算。有源带通滤波器的输入阻抗很高，可以和接收机66、鉴频器67形成良好的阻抗匹配，以减少对鉴频器67的影响。这一级不要求有增益，主要作用是滤掉信号频率以外的噪声及带宽之外的音频，对减少后级音叉滤波器的误输出有利。

公用通道的增益由二级RC耦合放大器69得到。每级增益较低，调整负反馈量一则可以调节总增益，还可保证稳定可靠地工作。

限幅器3的作用是对加到下一级音叉滤波器上的信号幅度进行限制，为了满足音叉启震的需要，一般将幅度限制在1.5～2V范围内。

波形接收电路由音叉滤波器71、鉴幅器72、包络检波器73和鉴宽电路74组成。

音叉滤波器71选用f₁～f₄四个对应滤波音叉，由于音叉具有很高的Q值和高稳定度的中心频率f₀，在信号质量很差的情况下，由于对信噪比要求大大降低，故仍能成功地传输信息，使之减少传输过程中引起的漏码。漏码时会影响雨量的计数。

鉴幅器72采用斯密特触发器。

包络检波器73是用上一级输出的音频脉冲信号高电平对电容器充电，当充电电压达到一定值时，输出三极管导通，直到音叉停止震动，电容上电压经并联电阻放电，三极管截止，这样就将一个音频包络信号恢复成一个码无脉冲信号。

鉴宽电路74由中心控制台的正弦门、时钟信号和计数器构成。鉴宽电路的作用是保证雨量站的数据和中心控制室的数据一致，以防止信号传输过程中的外界干扰误信号造成的多余计数。其办法是：规定一个码元宽度，只有大于或等于该宽度的码才算一个有效码，否则无效。这种鉴宽措施不仅对雨量支路是必要的，而且对流通区提前报警，特别是当有两种信号同时存在时，可用来控制外界执行开关。

提前声光报警电路由放大器86、87、90、或门88、可控振荡器89和电位器91组成。

提前报警执行开关由可控振荡器81、放大器82、继电器83、功率放大器84和白灯135组成。

当小规模泥石流发生时，中心控制台报警器面板上的黄灯亮，并有短促的音响报警。如果没有振动信号，只有断线信号时，报警器面板上的红灯闪亮，并同时有间断音响报警。此时，有两种可能情况发生：一种是正在降暴雨，并已有小规模泥石流流至桥下，此时报警器发出断线报警信号，应视为有震动报警。另一种情况是天气既不阴又无雨，可考虑检测线被人畜破坏。当有震动和断线两种报警信号时，黄灯和红灯交替闪亮，音响报警器连续发出音响。这就是灾害泥石流的提前报警信号。如果用其执行开关去控制列车防护信号机，可以提前阻止行进中的列车停在灾害区之外。

雨量报警器77内设微处理机，可对雨量遥测系统所测量的雨量翻斗30的信号进行演算，当雨量数值达到临近预报图上规定的曲线值时，能自动发出报警信息，由雨量遥测系统配备一台雨量报警器，即可构成一套泥石流临报系统。

铁路桥下检知报警装置由铁路桥下水位三级检知报警器和铁路桥下检知网和危险泥位报警装置组成。

对于水石流和稀性泥石流来说，其中的固体物质如石块等沉积在下层，而表面水位（或稀泥浆）则较高。此外，这种类型的泥石流在发生与成灾过程中，先有较低水位的流水通过桥下，并逐渐增高，随后才有大规模的灾害泥石流携带巨石通过桥下，造成对桥墩、台和梁底的破坏。因造成对桥梁直接危害的是固体物质。因此，设置了泥位检知网。作为对桥梁威胁程度进行判别的主要依据。检知网最好设置高一点。当检知网被撞坏，测量导线断线时，就会发出停车报警信号。同时设若干个水位测量电极，分别提供警戒报警，慢行报警及停车报警。再由上述两个停车报警信号进行逻辑运算后，发出对外的停车报警指令。即启动列车防护信号机的控制开关，并通知司机进行刹车，达到阻止列车驶入危险区的目的。

铁路桥下水位三级报警电路方框图如图5所示。由电极a92、电极b105、电极c106、电极d107、滤波器93、分压器94、多路触发器95、可控振荡器96、放大器a97、继电器98、放大器b99、可控震荡器100、放大器c101、与门102、与门104和或门103组成。

在桥墩侧面干燥表面处，埋设了若干个顶部露在外面的钢筋棒。在钢筋棒的顶部焊有铜套。这就是测量水位用的电极a92、电极b105、电极c106和电极d107。电极a92设得较低或接地。电极b105在警戒水位位置。电极c106和电极d107分别在慢行和停车选定的报警水位位置。

平时，电极a92和电极b105、电极c106、电极d107之间呈现高阻抗，经分压器触发器输入为高电平，输出端为低电平。当水位达到电极b105、电极c106和电极d107的位置时，电极a92与电极b105、电极c106和电极d107之间的阻抗降低。本发明中的输入阻抗为0～100KΩ。可改变触发器的输入端呈低电平状态，其输出为反相高电平。可用来分别控制三个可控振荡器96，以分别控制三个报警灯闪亮，并通过与门102、104和或门103去控制公用的可控音频信号源及喇叭，发出不同间断周期的音响报警信号，当停车报警器同时通过继电器98的接点时，即可实现对外界的控制。

铁路桥下检知网或危险泥位报警装置示意图如图6所示。由三个检知网、主控制箱和声光报警电路组成。

检知网113用直径为φ1mm的铁丝编织成网眼为50×50mm²的金属网，检知网113外框架的长和宽为600×600mm²、高度可以调节。三个检知网分别安装在桥墩和桥台上。由主控制箱电源对检测线和检测继电器构成的串联支路供电。当泥石流的泥（固体物质）位超过检测网底部高度时，网被撞击并沿轴向移动，造成检测线断路。检测继电器可用来控制中心控制室内的声光报警器报警。同时，与继电器的接点并联的水位检知报警器用来控制列车防护信号机，发出停车报警。

主控制箱和声光报警电路由接地板105、继电器a106、变压器107、整流桥108、整流桥109、稳压块（器）110、二极管111、继电器b112、电容a114、电解电容115、电容b116、电位器117、稳压二极管118、电池119、继电器触点120、可控振荡器121、可控振荡器123、指示灯122、间断声光报警器（或蜂鸣器）124、预告可控箱125、信号灯126、信号灯127、遮断控制箱128和控制显示盘129组成。

主控制箱采用不间断电源。当检知网的设置高度一样时，只用一个检测继电器。在桥下也可以设两种或三种检知网高度，对应于设置高度较低的网，当发出测量线断线时，发出的报警信号可作为慢行报警信号对待（当检知网高度有两种时，要用两个检测继电器）。

实施例：

本发明中的雨量遥测发射站设在离桥头约2公里远的一个山坡上。雨量翻斗30的容积为0.5m³。发射机采用TR-2500型便携式无线电台。属150MC频段。采用频率合成技术，由按键任选10个点频。对于道口防护，可采用铁路防灾专用频率，如150·450;150·475;150·500三个点频中的任一个。考虑到雨量站位置，发射机输出为0.3W。发射天线为便携式拉杆天线。若雨量站较远，发射机的输出应选用高功率如2.5W输出，及室外防雷定向天线。

本发明中的龙头高度检知线的检测桩埋设在距离桥址大约600m远处。检知线直径为φ10mm单芯多股塑料铜导线。检知线架设在检测桩上，检测桩之间的跨距约为30m。检测桩的高度取决于桥下净空截面积的大小和桩本身的跨距及牲畜通过时不被破坏的原则。

本发明中的地震震动传感器采用了工程强震仪水平向速度摆拾震器。该传感器安放在离沟边2～3米处。用片石和水泥砌成的观测洞内。摆的方向对着泥石流沟的上游方向，并用环氧树脂固定在洞底。观测洞加盖，并用土密封好。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1 因具有对上游雨量遥测（遥测距离5Km），微机实时演算及根据雨量警报器临报图（图7）自动进行比较等功能，该系统可以分别发出警戒、慢行和停车三种信号;

2、该系统中的收发信号机及微机能连续24小时工作，数据传送速度快、准确;

3、因流通区装有两种复合传感器，除能检测泥石流的规模外，还能对泥石流信息的真伪进行判别，以获得灾害泥石流的提前报警信号及小规模泥石流发生的警戒信号;

4、因在桥下设有两种传感器，所以对危及桥梁行车安全的灾害泥石流能发出警急报警信息，及不同水位的警戒、慢行信号;

5、对传输系统具有设备故障定时自检功能;

6、当灾害泥石流即将发生时，灾害提前报警或桥下紧急报警中任一个信号均可以用来控制列车防护信号机的开放，以便对外报警。

Claims

1、一种无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：该系统由雨量遥测发射站、流通提前报警发射站中心控制室、雨量报警器、桥下检知报警装置和列车防护信号机及控制盘组成，雨量遥测发射站由雨量翻斗、接口、单稳态触发器、振荡器、正弦门、射极输出、放大器、开关和发射机组成；流通区提前报警发射站由龙头高度检知线一主传感器、地面震动传感器一辅助传感器和提前报警发射站中的编码控制器及发射机组成；中心控制室由电台、公用通道、波形接收电路、提前声光报警电路和提前报警执行开关组成；雨量报警器内设有微处理机；铁路桥下检知报警装置由桥下水位三级检知报警器、铁路桥下检知网和危险泥位报警装置组成。

2、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：中心控制室中的电台由室外天线、接收机和鉴频器组成;

3、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：中心控制室中的公用通道由有源带通滤波器、二级RC耦合放大器和限幅器组成;

4、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：中心控制室中的波形接收电路由音叉滤波器、鉴幅器、包络检波器和鉴宽电路组成;

5、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：提前声光报警电路由放大器、或门、可控振荡器和电位器组成;

6、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：提前报警执行开关由可控振荡器、放大器、继电器、功率放大器和白灯组成;

7、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：桥下水位三级检知报警器由电极a、电极b、电极c、电极d、滤波器、分压器、多路触发器、可控震荡器、放大器a、继电器、放大器b、可控震荡器、放大器c、与门和或门组成；

8、根据权利要求1所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：铁路桥下检知网和危险泥位报警装置由三个检知网、主控制箱和声光报警电路组成；

9、根据权利要求1和8所述的无线遥测泥石流及预警系统，其特征在于：主控制箱和声光报警电路由接地板105、继电器a106、变压器107、整流桥108、整流桥109、稳压器110、二极管111、继电器b112、电容a114、电解电容115、电容b116、电位器117、稳压二极管118、电池119、继电器触点120、可控振荡器121、可控振荡器123、指示灯122、间断声光报警器（或蜂鸣器）124、预告控制箱125、信号灯126、信号灯127、遮断控制箱128和控制显示盘129组成。