CN103674113B - 一种监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测方法，应用于一监测系统中，所述方法包括：通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测。

Description

一种监测方法

技术领域

本发明涉及监测领域，尤其涉及输电走廊滑坡的监测。

背景技术

随着国家电网建设力度不断加强，伴随而来的，输电走廊的数量也不断增多，有些输电走廊的建设地点可能存在各种各样的安全隐患，尤其是滑坡对其影响日益加重。滑坡有可能导致输电走廊的断线倒塔，从而造成巨大的经济损失和严重的社会影响。由此可见，研究输电走廊滑坡状态监测技术对于输电线路的安全运行具有极其重要的意义。

传统的输电走廊滑坡状态监测方法主要有：人工巡视检测、杆塔安全性监控等，这些方法侧重防范一些人为的破坏或者影响，并没有对杆塔所处自然环境对杆塔安全的影响监测装置；并且这些方法存在着劳动强度大、投资高，检测结果和实际出入大等问题。

总的来说，现有输电走廊滑坡状态监测相关技术的特点表现在下面三个方面：

1）监测装置实时性、有效性不够完善。

2）监测装置的供电和设备的可靠性问题。现有的监测装置位于输电走廊附近的滑坡体上，长时间工作在恶劣环境中。同时不仅要采集信号，还需要将数通过无线的方式将数据发送到软件中心，系统的功耗很大。虽然某些监测方案中提出了采用太阳能板+免维护蓄电池的供电方式，这种方式的优点在于利用了太阳能，但是阴雨季节一般只能提供10天的电能。特别是在某些地方，由于冬季持续大雾和低温，现有的供电方式甚至只能工作5天。而此时，阴雨天气导致滑坡发生的概率大大增加，如果突然断电，数据无法采集、传回，该系统的实用性将大大下降。

3）用上述技术构建的监测系统存在工作不稳定、成本较高的缺点，这为大规模推广应用制造了障碍。

综上所述，在本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，由于现有的监测系统主要是以人工巡视检测以及杆塔安全性监控进行监控，所以，现有的监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种监测方法，应用于一监测系统中，解决了现有技术中监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题，实现了监测系统能够高效准确实时的进行监测，以及监测系统具体良好的可靠性和较高的性价比的技术效果。

本申请实施例提供了一种监测方法，应用于一监测系统中，所述方法包括：

通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；

将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；

将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测。

其中，所述监测系统通过在线取电装置获得电能。

其中，所述在线取电装置具体包括取电模块和电源管理模块。

其中，所述第一气象信息包括但不限于：所述第一气象站周围的温度、风速以及雨量值。

其中，所述第一处理器具体包括：光栅解调器和微控制器。

进一步地，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号，具体包括：

首先，所述光栅解调器将接收到的所述第一参数信息解调为电信号，并传输给所述微控制器；

然后，所述微控制器将所述电信号处理为所述第一信号。

其中，所述将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心具体为：将所述第一信号及所述第一气象信息通过无线的方式传输至控制中心，其中，所述无线方式包括但不限于：GPRS、GSM、CDMA。

其中，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测具体为：所述控制中心利用基于Verhulst模型以及历史监测数据建立的数学模型对所述监测对象进行监测。

其中，所述第一光纤传感器具体包括但不限于：位移计、表面裂缝计和渗压计。

进一步地，所述通过第一光纤传感器采集第一参数信息具体为：通过所述位移计采集位移信息，通过所述表面裂缝计采集表面裂缝信息，通过所述渗压计采集地下水位信息。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在本申请提供的技术方案中，采用了首先通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；然后将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；最后将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测的技术方案，即通过传感器采集信号，监测不同深度的滑坡体位移、地下水位和表面土裂缝，并将采集到的信息传输至控制中心进行监测，所以，有效解决了现有技术中监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题，进而实现了监测系统能够高效准确实时的进行监测，以及监测系统具体良好的可靠性和较高的性价比的技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例一中监测方法的流程图；

图2为本申请实施例一中第一处理器的结构图；

图3为本申请实施例一中监测系统软件结构示意图；

图4为本申请实施例一中监测系统一次完整的监测分析过程示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种监测方法，应用于一监测系统中，解决了现有技术中监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题，实现了监测系统能够高效准确实时的进行监测，以及监测系统具体良好的可靠性和较高的性价比的技术效果。

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

首先通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；然后将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；最后将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测的技术方案，即通过传感器采集信号，监测不同深度的滑坡体位移、地下水位和表面土裂缝，并将采集到的信息传输至控制中心进行监测，所以，有效解决了现有技术中监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题，进而实现了监测系统能够高效准确实时的进行监测，以及监测系统具体良好的可靠性和较高的性价比的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

请参考图1，在实施例一中，提供了一种监测方法，应用于一监测系统中，在实际应用中，所述监测系统具体为用于监测输电走廊滑坡情况的系统。

本申请实施例中的信息处理方法具体包括：

S10，通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息。

其中，本申请实施例中，所述第一光纤传感器具体包括但不限于：位移计、表面裂缝计和渗压计。在实际应用中，在需要监测滑坡体状态的山体上，布置光纤传感器。光纤传感器布置的位置和数目需要根据塔线体系的几何参数和力学参数来确定。通过所述位移计采集位移信息，通过所述表面裂缝计采集表面裂缝信息，通过所述渗压计采集地下水位信息。

其中，在滑坡体不同深度布置光纤位移计，可以测量滑坡体发生的位移和形变；在滑坡体深层布置光纤渗压计，用来测量地下水位；在滑坡体表层布置光纤表面裂缝计，用来测量表层位移。

其中，本申请实施例中，所述监测系统通过在线取电装置获得电能。其中，所述在线取电装置具体包括取电模块和电源管理模块。在实际应用中利用在线取电装置可以方便快捷的从输电线路上取得所需电压，以便监测系统的正常运行。

其中，本申请实施例中，所述第一气象信息包括但不限于：所述第一气象站周围的温度、风速以及雨量值。在实际应用中，所述第一气象信息还包括湿度等，因气象信息与输电走廊处环境信息息息相关，所以在实际应用中，本发明将传感器和气象站收集起来的信息来实时对输电走廊进行监测。

在步骤S10之后，本申请实施例的方法便进入步骤S20，即：将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号。

其中，在本申请实施例中，请参考图2，所述第一处理器10具体包括：光栅解调器101和微控制器102。

其中，在本申请实施例中，步骤所述第一参数信息经所述第一处理器10处理过后生成第一信号，具体包括：

首先，所述光栅解调器101将接收到的所述第一参数信息解调为电信号，并传输给所述微控制器102；

然后，所述微控制器102将所述电信号处理为所述第一信号。

在实际应用中，光栅解调器101将接收到的参数信息，如：位移信息、表面裂缝信息、地下水位信息，解调为电信号，并传输给微控制器102，然后微控制器102将电信号处理为控制中心所能接收和识别的信号。

在步骤S20之后，本申请实施例的方法便进入步骤S30，即：将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测。

其中，在本申请实施例中，所述将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心具体为：将所述第一信号及所述第一气象信息通过无线的方式传输至控制中心，其中，所述无线方式包括但不限于：GPRS、GSM、CDMA。在实际应用中，使用无线传输数据综合成本低，并且维护费用低，无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心。

其中，在本申请实施例中，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测具体为：所述控制中心利用基于Verhulst模型以及历史监测数据建立的数学模型对所述监测对象进行监测。

在实际应用中，具体监测步骤包括：

首先，在滑坡体内部和表层布置光纤传感器；

然后，接收所述光纤传感器采集的滑坡体不同位置的特征参数，通过光缆将数据传回；

最后，对采集的特征参数进行分析处理，推算滑坡体的状态。

具体的，在第一步中需要记录所用光纤传感器的类型和安装的位置。其中，用于测量滑坡体位移的多个光纤传感器布置在滑坡体内部；用于测量地下水位的渗压计分布式地排布于滑坡体较深部位；用来测量滑坡体表层位移的表层裂缝计位于滑坡体表层。

具体的，在第二步中，从传感器到光栅光纤解调器之间数据传输为光纤通信。从光栅光线解调器到软件中心，利用无线通信技术，如GPRS/CDMA/3G/GSM等。此外，微型气象站的监测数据也通过无线通信的方式传回控制中心。

具体的，在第三步中，利用计算机软件分析方法对光纤传感器采集的特征参数进行分析和处理；所述计算机软件分析方法具有滑坡体位移、地下水位、表层裂缝计等的特征分析功能，还可以根据气象信息和历史数据预测滑坡体位移的趋势和滑坡发生的概率；所述计算机软件分析方法包括但不限于利用基于严密理论推导的Verhulst模型以及利用历史监测数据用神经网络、机器学习方式建立的数学模型。

其中，在本申请实施例中，Verhulst非线性灰色模型可以用来预测滑坡临滑时间。本发明采集到多组滑坡体位移值、表层裂缝值、地下水位值。首先，采用Verhulst模型分别处理位移值和表层裂缝值，推算出每一组位移值对应的滑坡临滑时间，及每一组表层裂缝值对应的滑坡临滑时间。最后，参考地下水位情况对滑坡发生时间进行修正，得到比较准确的临滑时间。

其中，Verhulst模型的微分方程形式为：(1)，a、b是系数，随不同的滑坡类型和不同的位移阶段而变化，用灰色求解。其中X代表滑坡的位移，代表位移随时间变化的速率，并且位移速率在初始阶段(X较小时)随位移的增大而增大。当位移增加至某一量值时，达最大值，随后阶段的位移速率减缓。我们用达到最大值的时间作为滑坡剧滑时间的预测值。

具体的，对于位移Verhulst模型的具体实现如下：对于滑坡体位移原始数据列：(2)，其中，时间i的单位根据具体情况确定，可以是天、月或时间段。计算值为i时刻发生的位移值，并且该值为增长趋势。

为了消除原始监测资料数据的随机因素，进行一次累加得：(3)

以叠加数据为基础的Verhulst模型为：

(4)

式中:a，b为待定系数。下面求解微分方程的系数a，b:

(5)

(6)

(7)

将式（6）、（7）带入式（5），从而得到系数a，b,将系数a,b代入Verhulst模型求得的唯一解，滑坡位移为:

(8)

式中：该式（8）左边部分为观测数值的首位数。该式（8）就是滑坡体位移计算和预测方程，可以从理论上推算出滑坡发生的大概时间。给定t=1,2……n时间序列,就可得到相应的数列、…，即相应于t=1,2……n的位移累加值。

根据以上便得到以等时间距的位移监测数据为基础的Verhulst非线性灰色预测模型：

(9)

其中，T表示发生时间，j表示第j个位移计或者表层裂缝计，n为位移计和表层裂缝计的总个数。

根据由式（9）得到的多个预测时间，取平均时间：

(10)

为了进一步提高预测时间的准确度，再根据地下水位和雨量信息对预测时间做定性修正。地下水位的变化和雨量的增多，将会导致滑坡发生的概率大大增加。因此，在雨量增多或者地下水位变化时，对滑坡发生时间做稍微提前的修正。最终，得到滑坡发生的较为准确的时间：

（11）

其中，加减的数为修正值。理论上，可以根据大量的历史观察数据，应用神经网络、机器学习等方法计算得到。在实际应用中，如果缺乏历史数据的话，则难以计算的具体数值。但雨量增多和地下水位变化情况，可以用于滑坡风险的辅助判断，增加所预测的滑坡概率的可信度。

进一步的，所述光纤传感器分布在输电走廊的滑坡体上。光纤调制解调仪安装在监测现场，其电源可以采用在线取电方式，在线取电模块包括：电源控制器、在线感应取电装置、胶体蓄电池。光纤调制解调仪的数据通过无线通信的方式传回软件中心后，再由计算机的软件进行分析处理。

进一步的，根据现场监测的需要，可以对被测对象和被测状态进行裁减。比如，如果现场情况无需监测输电走廊的地下水位，则可以不安装光纤渗压计传感器。

其中，在具体实施例中，请参考图3，图3为监测系统软件结构示意图，在实际应用中，监测系统有两种使用模式，分别为监测模式和休眠模式，如图3所示，在监测系统处于休眠模式时收到用户发出的实时测量指令后，首先微控制器初始化，选择定时开启，然后光纤传感器获得相应的数据，然后系统进行数据存储，并且通过无线模块发送数据，然后系统关闭无线模块，最后系统设置休眠时钟后进入休眠模式。

其中，在具体实施例中，请参考图4，图4为一次完整的输电走廊滑坡状态监测的分析过程示意图。在实际应用中，在用户开启监测系统后，系统接收光纤传感器的监测数据和气象监测数据，然后根据埋在滑坡体的多个不同深度的位移计的波长数据，计算滑坡体位移值，同时根据渗压计采集到的波长计算地下水位值，同时根据表层裂缝计采集到的波长数据计算表层的裂缝值，同时通过小型气象站获取滑坡体附近的温度、风速、雨量值等；然后根据得到的山体位移、水位、土裂缝、雨量等信息，利用Verhulst模型对滑坡的整体状况进行预测，判断是否存在发生滑坡的危险，当存在发生滑坡的危险时，系统发出声光报警；在每次监测后，系统将气象信息、各状态信息存入数据库，将本次各状态监测结果和预测结果进行对比分析，检验预测模型的准确程度，如果预测误差过大，调整数学模型和预测方法，然后根据气象信息、各状态的数学模型、状态监测的历史数据预测状态的演变趋势，最后结束一次完整的监测。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于在本申请提供的技术方案中，采用了首先通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；然后将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；最后将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测的技术方案，即通过传感器采集信号，监测不同深度的滑坡体位移、地下水位和表面土裂缝，并将采集到的信息传输至控制中心进行监测，所以，有效解决了现有技术中监测系统存在监测装置实时性和有效性较低，成本高，效率和准确率低，以及现有的监测装置可靠性较低的技术问题，进而实现了监测系统能够高效准确实时的进行监测，以及监测系统具体良好的可靠性和较高的性价比的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种监测方法，应用于一监测系统中，其特征在于，所述方法包括：

通过第一光纤传感器采集第一参数信息，第一气象站采集第一气象信息；

将所述第一参数信息传输至第一处理器，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号；

将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心，所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测；所述第一光纤传感器具体包括：位移计、表面裂缝计和渗压计；所述通过第一光纤传感器采集第一参数信息具体为：通过所述位移计采集位移信息，通过所述表面裂缝计采集表面裂缝信息，通过所述渗压计采集地下水位信息；所述控制中心基于所述第一信号以及所述第一气象信息对监测对象进行监测具体为：所述控制中心利用基于Verhulst模型以及历史监测数据建立的数学模型对所述监测对象进行监测，首先，采用Verhulst模型分别处理位移信息和表面裂缝信息，推算出位移信息对应的滑坡临滑时间，及表面裂缝信息对应的滑坡临滑时间；然后，对得到的多个滑坡临滑时间进行取平均值处理，参考地下水位信息对平均滑坡发生时间进行修正，得到准确的临滑时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测系统通过在线取电装置获得电能。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在线取电装置具体包括取电模块和电源管理模块。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气象信息包括：所述第一气象站周围的温度、风速以及雨量值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一处理器具体包括：光栅解调器和微控制器。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一参数信息经所述第一处理器处理过后生成第一信号，具体包括：

所述光栅解调器将接收到的所述第一参数信息解调为电信号，并传输给所述微控制器；

所述微控制器将所述电信号处理为所述第一信号。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一信号及所述第一气象信息传输至控制中心具体为：将所述第一信号及所述第一气象信息通过无线的方式传输至控制中心，其中，无线传输方式包括：GPRS、GSM、CDMA。