CN104715577A - 一种地震滑坡灾害监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种地震滑坡灾害监测装置,包括传感器,第一无线发射设备以及数据中心;所述传感器被分成多个对应于第一无线发射设备的组,每个所述第一无线发射设备均带有一个第一蓄电池,所述第一蓄电池为所述第一无线发射设备供电,并通过电缆为对应的所述传感器供电;每个所述传感器均带有一个第二蓄电池,所述第二蓄电池仅在所述电缆提供的电压为零时对所述传感器供电。本发明的上述地震滑坡灾害监测装置可以通过低成本的简单方案保证传感器独立开展工作从而提供长时间持续监测的能力,且能保证每个传感器的监测信号都被传递出去,因此其布设范围更大,监测预警范围也加广。

Description

一种地震滑坡灾害监测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及地震研宄领域的监测装置,尤其涉及一种可用于地震滑坡灾害监测的
目.0
背景技术
[0002] 地震滑坡(Earthquake-1nduced Landslide)是指地震产生的地震动引起岩体或土体沿一个缓倾面向下剪切滑移一定距离的现象。强烈地震时,地震诱发的滑坡次生地质灾害,特别是在山地、丘陵地区,其造成的经济损失和人员伤亡甚至比地震直接造成的还要大。在中国大陆地区,尤其是地形相对复杂的山区,地震造成的滑坡是最为常见的破坏力最强的次生地质灾害。
[0003] 地震滑坡具有发生突然、机理复杂、运动形态多样的特征,预测起来比较困难。各国政府为减轻地震造成的滑坡灾害损失,都采取了积极有效的监测和防范措施。目前,针对地震滑坡灾害监测的方式和方法有很多,主要方法是现场动态连续监测和遥感监测,获取地震滑坡发生、发展、运动信息,并探索其分布规律,为地震滑坡实时预警、应急救援、恢复重建选址、科学研宄等积累珍贵的连续观测数据。虽然遥感监测中遥感影像可以通过无人机等深入现场进行测绘,具有方便快捷、成本低、几乎无人员伤害风险发生的优点,但是其获取的通常都是地震发生前后的对比信息,对于地震滑坡全过程动态特征的观测和研宄只能通过现场动态连续监测来开展。
[0004] 地震滑坡现场动态连续监测通常是预先在易发生地震滑坡次生灾害的被监测滑坡地点设置一系列传感器,根据这些传感器反馈的加速度、位移、低声声波频谱等参数判断山体滑坡的规模、大小、范围等情况,用以为地震滑坡基础理论的深入研宄、灾害重建、风险评估乃至预警提供研宄资料。在本发明研宄的技术背景中,通常是将若干个传感器编成一组,然后通过有线的方式与一个中继无线发射设备相连,传感器获得的传感信号先传给无线发射设备然后再传递给数据中心。多个这样的中继无线发射设备可以将多组传感器的信号通过无线方式传递给数据中心。所有这些传感器、中继无线发射设备都通过有线的方式分别由一个总电源进行供电。
[0005] 然而通常情况是,当地震发生之后,预先设置的一部分传感器很快就由于地震或者地震滑坡的原因物理损坏了。还有一部分虽然仍然保持完好的功能,但是由于其连接总电源的供电线路损坏,或者其所连接的中继无线发射设备的供电线路损坏,导致这部分传感器无法继续工作或无法通过中继无线发射设备传递出信号。后果将是,现场动态连续监测数据将会中断,实时预警更无法实现。大量设置的传感器毕竟是很昂贵的设备,然而由于断电而无法工作或无法传递出信号则获取有效数据的时间就变得很短了,这是很不经济的事情,对于有限的经费来说这个结果实在令人难以接受。并且地震后滑坡次生灾害有可能持续发生,在传感器不工作或无法传递出信号的情况下,相关人员也不可能到仍然十分危险的滑坡地点去维修或者更换。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种地震滑坡灾害监测装置,以减少或避免前面所提到的问题。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明提出了一种地震滑坡灾害监测装置,包括设置于被检测滑坡地点的N个传感器,m个第一无线发射设备,以及一个远离所述被检测滑坡地点的数据中心;所述N个传感器被分成m个对应于所述m个第一无线发射设备的组,其中m<N ^ 10*m,每组所述传感器均通过有线方式与其对应的所述第一无线发射设备连接,每个所述传感器的探测信号通过数据线传递给其所对应的所述第一无线发射设备并以无线方式传递给所述数据中心,其中,每个所述第一无线发射设备均带有一个容量为Pl的第一蓄电池,所述第一蓄电池为所述第一无线发射设备供电,并通过电缆为对应的所述传感器供电;每个所述传感器均带有一个容量为P2的第二蓄电池,所述第二蓄电池仅在所述电缆提供的电压为零时对所述传感器供电。
[0008] 优选地,所述容量Pl大于等于所述容量P2的10倍。
[0009] 优选地,每个所述传感器均带有一个第二无线发射设备,所述第二无线发射设备仅在所述电缆提供的电压为零时启动将所述传感器的探测信号传递给所述数据中心。
[0010] 优选地,所述第二无线发射设备具有与所述第二蓄电池连接的柔性电缆,以及与所述传感器连接的柔性数据线;所述第二无线发射设备与一个可充气气球捆绑连接在一起,所述可充气气球可通过一个压缩气罐对其中填充轻于空气的气体。
[0011] 优选地,所述压缩气罐与所述可充气气球之间连接有一个电磁阀,所述电磁阀在所述电缆的电压不为零时闭合,在所述电缆的电压为零时开启。
[0012] 优选地,所述第二无线发射设备固定连接在所述压缩气罐上,所述可充气气球充气后将所述第二无线发射设备、所述压缩气罐以及所述电磁阀一起带离地面,所述可充气气球由所述柔性电缆和所述柔性数据线与地面上的所述传感器保持连接。
[0013] 优选地,所述可充气气球进一步连接有一根牵引绳,所述牵引绳的长度大于所述柔性电缆以及所述柔性数据线的长度。
[0014] 本发明的上述地震滑坡灾害监测装置可以通过低成本的简单方案保证传感器独立开展工作从而提供长时间持续监测的能力,且能保证每个传感器的监测信号都被传递出去,因此其布设范围更大,监测预警范围也加广。
附图说明
[0015] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中,
[0016] 图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的地震滑坡灾害监测装置的结构示意图;
[0017] 图2显示的是根据本发明的另一个具体实施例的地震滑坡灾害监测装置中的传感器连接设备的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中,相同的部件采用相同的标号。
[0019] 如图1所示,其显示的是根据本发明的一个具体实施例的地震滑坡灾害监测装置的结构示意图,如图,本发明的地震滑坡灾害监测装置是一种专用于地震滑坡灾害监测的装置,该装置根据地震滑坡的突然性、复杂性、运动形态多样性的特征,提供了一种可在地震滑坡灾害发生之后仍然具备长时间持续监测能力的监测设备。
[0020] 参见图1,本发明的上述地震滑坡灾害监测装置包括设置于被检测滑坡地点的N个传感器100,m个第一无线发射设备200,以及一个远离被检测滑坡地点的数据中心300,图中具体显示了六个传感器100和2个第一无线发射设备200,当然,本领域技术人员应当理解,图示仅为示意性表示,实际情况下为了监测,设置一个被监测滑坡地点的传感器100的数量有可能多达50个,相应的第一无线发射设备200的数量则可能达到10个以上。
[0021 ] N个传感器100被分成m个对应于所述m个第一无线发射设备200的组,亦即如图所示,图中六个传感器100被分成对应于2个第一无线发射设备200的组,每个组包括一个第一无线发射设备200和三个传感器100,从效率上看,传感器100的数量N肯定要多于第一无线发射设备200的数量m,但是从数据吞吐能力以及后续介绍的供电能力来看,每个第一无线发射设备200不能负载太多的传感器100,在本发明的一个具体实施例中,优选一个第一无线发射设备200最多连接的传感器100的数量不能多于十个,亦即其中m〈N ^ 10*m。
[0022] 每组传感器100均通过有线方式与其对应的第一无线发射设备200连接,每个传感器100的探测信号通过数据线I传递给其所对应的第一无线发射设备200并以无线方式传递给数据中心300。
[0023] 与背景技术不同的是,本发明没有采用总电源有线供电的方式,而是采用了自带蓄电池的方案。如图,每个第一无线发射设备200均带有一个容量为Pl的第一蓄电池201,第一蓄电池201为第一无线发射设备200供电,并通过电缆2为对应的传感器100供电;每个传感器100均带有一个容量为P2的第二蓄电池101,第二蓄电池101仅在电缆2提供的电压为零时对传感器100供电。
[0024] 本发明的上述方案的最大优点是可以保证传感器100在地震滑坡灾害发生之后仍然具备长时间持续监测的能力,即每个第一无线发射设备200所带有的第一蓄电池201实际上承担了数据传输以及供电的双重功能,因为在地震滑坡发生之前,传感器100实际上并不会持续发出大量的监测信息,因而传感器100和第一无线发射设备200消耗的电量很少,采用有线供电的方式容易在地震滑坡发生之后断电,导致背景技术部分提及的缺陷。另外,由于传感器100还自带有第二蓄电池101,平时第二蓄电池101并不工作,只有在地震滑坡发生之后,由于地震滑坡的影响使得第一蓄电池201向传感器100供电的电缆2断开无法供电的情况下,也就是其中的电压为零的时候,第二蓄电池101才会自行启动为传感器100供电。设置第二蓄电池101自动启动的模式只需要在电缆2上设置一个电磁开关(图中未示出),当电缆2中有电的时候电磁开关总是打开的,当电缆2断电时,电磁开关闭合第二蓄电池101为传感器100供电的线路,整个传感器100也就可以不依赖第一蓄电池201的电力独立工作了。本发明的这种设置方式,平时维护也就是更换若干第一蓄电池201罢了,这些第一蓄电池201所在的位置可以远离危险地带。即便有一些传感器100的电缆2断掉了,也就是这几个用自带的第二蓄电池101独自工作罢了,没有断开电缆2的传感器100还可以坚持很长时间。
[0025] 正如前述优选实施例,由于每个第一无线发射设备200最多连接的传感器100的数量不能多于十个,因而第一蓄电池201的容量Pl最好要大于等于第二蓄电池101的容量P2的10倍,否则第一蓄电池201为第一无线发射设备200本身供电之外,再为最多10个传感器100供电就很吃力了。
[0026] 在本发明的另一个具体实施例中,如图,每个传感器100还可以带有一个第二无线发射设备102,第二无线发射设备102仅在电缆2提供的电压为零时启动将所述传感器100的探测信号传递给数据中心300。也就是说,当地震滑坡发生之后,一旦由于地震滑坡的影响使得第一蓄电池201向传感器100供电的电缆2断开无法供电,无论传递数据信号的数据线I是否导通,干脆直接启动第二无线发射设备102独立开始工作。这是因为数据线I和电缆2往往铺设在同样的路径上,而地震滑坡灾害的破坏力很大,电缆2断开时数据线I很难保证不断,因此从成本上考虑,额外设置检测数据线I是否导通的模块徒然增加了成本,还不如用上述提及的同一个电磁开关同时控制第二蓄电池101以及第二无线发射设备102自动启动,使它们同时开始独立工作,这样更为简单实用。因此,本技术方案的优点是可以保证传感器100在地震滑坡灾害发生之后仍然具备长时间持续监测的能力的同时,还可以保证每个传感器100的监测信号得以持续的传递给数据中心300。
[0027] 图2显示的是根据本发明的另一个具体实施例的地震滑坡灾害监测装置中的传感器连接设备的结构示意图,图2中仅仅显示了传感器100的连接设备的情况,传感器100本身连接第一无线发射设备200以及第一蓄电池201的情况与图1是一样的,因而同样的部分省略没有画出,在此也不再一一赘述。
[0028] 如图2所示,本实施例中,第二无线发射设备102具有与第二蓄电池101连接的柔性电缆103,以及与传感器100连接的柔性数据线104 (柔性电缆103和柔性数据线104在图1中也有显示)。第二无线发射设备102与一个可充气气球105捆绑连接在一起,可充气气球105可通过一个压缩气罐106对其中填充轻于空气的气体,即可充气气球105的充气口与一个装有轻于空气的气体的压缩气罐106的出气口连接在一起。
[0029] 图2所示实施例中,可充气气球105仅仅是示意性的表示,实际当其膨胀的时候体积会很大,足以将第二无线发射设备102带离地面。本实施例设置可充气气球105的目的是当地震滑坡灾害发生的时候,通过可充气气球105将第二无线发射设备102提升至一定的高度,便于其能够顺利的将传感器100的监测信号发送出去。这同样是考虑到地震滑坡灾害的破坏力很大,用于监测的传感器100因为是专用于监测破坏情况的,其结构都十分坚固,是不容易损坏的。但是滑坡发生时很容易将第二无线发射设备102掩埋或者阻挡,此时即便一切都正常,但是发出的信号却到达不了数据中心300,因而本实施例设置了一种特别的结构,采用可充气气球105使第二无线发射设备102漂浮在空中传递信号。同时,漂浮在空中的可充气气球105是很醒目的目标,在远处很容易观察,然后可以根据可充气气球105的漂浮位置、数量、分布情况直观获得初步的滑坡现场信息,可用于间接提供监测信息,不失为一举两得的优选设计。
[0030] 类似于前述电磁开关的设计,为了自动启动可充气气球105的自动充气,压缩气罐106与可充气气球105之间可以连接有一个电磁阀107,电磁阀107在电缆2的电压不为零时闭合,在电缆2的电压为零时开启。也就是说,当地震滑坡发生之后,一旦由于地震滑坡的影响使得第一蓄电池201向传感器100供电的电缆2断开无法供电,判断滑坡灾害正在发生,基于成本因素考虑,直接利用电磁阀107断电后开启充气过程,很快就可以使可充气气球105带着第二无线发射设备102升到空中,从而可以无障碍的提供传输功能。
[0031] 优选地,如图2所示,第二无线发射设备102固定连接在压缩气罐106上可充气气球105充气后将第二无线发射设备102、压缩气罐106以及电磁阀107 —起带离地面,可充气气球105由柔性电缆103和柔性数据线104与地面上的传感器100保持连接。本优选方案中,可充气气球105、压缩气罐106以及电磁阀107的结构可以很简单,不用设置过多的连接管道,同时可以采用轻质材料的压缩气罐106,例如铝合金制成的压缩气罐,其自重不大,利用可充气气球105可以很容易将整体结构带到空中,如果为了减轻重量缩小可充气气球105的体积,有可能需要设置很复杂的充气管道以及使可充气气球105和压缩气罐106脱离的结构,会大大增加成本。因此本实施例提供的方案结构非常简单,成本很低。
[0032] 为了尽量减轻重量,在一个优选实施例中,可充气气球105进一步连接有一根牵引绳108,所述牵引绳108的长度大于柔性电缆103以及柔性数据线104的长度。本实施例的设置目的是用牵引绳108来固定可充气气球105使其不致于飘走,而不是用传输电力和信号的柔性电缆103以及柔性数据线104兼作固定可充气气球105的目的。这是因为用于传输电力和信号的柔性电缆103和柔性数据线104具有金属芯线,如果兼作拉扯用途,其自重就会相对较大。本实施例采用额外的牵引绳108,其可以用很细很轻但是强度很大的尼龙绳,而柔性电缆103和柔性数据线104由于无需考虑拉扯固定的功能,因而可以采用相对较细强度较小的线缆,可以减轻部分重量,这样就无需携带太多的轻质气体,可充气气球105的体积可以不用太大,进一步节约了成本。
[0033] 本领域技术人员应当理解,虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的,但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解,并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
[0034] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合,均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种地震滑坡灾害监测装置,包括设置于被检测滑坡地点的N个传感器(100),!11个第一无线发射设备(200),以及一个远离所述被检测滑坡地点的数据中心(300);所述N个传感器(100)被分成m个对应于所述m个第一无线发射设备(200)的组,其中m〈N ^ 10*m,每组所述传感器(100)均通过有线方式与其对应的所述第一无线发射设备(200)连接,每个所述传感器(100)的探测信号通过数据线(I)传递给其所对应的所述第一无线发射设备(200)并以无线方式传递给所述数据中心(300),其特征在于,每个所述第一无线发射设备(200)均带有一个容量为Pl的第一蓄电池(201),所述第一蓄电池(201)为所述第一无线发射设备(200)供电,并通过电缆(2)为对应的所述传感器(100)供电;每个所述传感器(100)均带有一个容量为P2的第二蓄电池(101),所述第二蓄电池(101)仅在所述电缆(2)提供的电压为零时对所述传感器(100)供电。
2.如权利要求1所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,所述容量Pl大于等于所述容量P2的10倍。
3.如权利要求1或2所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,每个所述传感器(100)均带有一个第二无线发射设备(102),所述第二无线发射设备(102)仅在所述电缆(2)提供的电压为零时启动将所述传感器(100)的探测信号传递给所述数据中心(300)。
4.如权利要求3所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,所述第二无线发射设备(102)具有与所述第二蓄电池(101)连接的柔性电缆(103),以及与所述传感器(100)连接的柔性数据线(104);所述第二无线发射设备(102)与一个可充气气球(105)捆绑连接在一起,所述可充气气球(105)可通过一个压缩气罐(106)对其中填充轻于空气的气体。
5.如权利要求4所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,所述压缩气罐(106)与所述可充气气球(105)之间连接有一个电磁阀(107),所述电磁阀(107)在所述电缆⑵的电压不为零时闭合,在所述电缆(2)的电压为零时开启。
6.如权利要求4所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,所述第二无线发射设备(102)固定连接在所述压缩气罐(106)上,所述可充气气球(105)充气后将所述第二无线发射设备(102)、所述压缩气罐(106)以及所述电磁阀(107) —起带离地面,所述可充气气球(105)由所述柔性电缆(103)和所述柔性数据线(104)与地面上的所述传感器(100)保持连接。
7.如权利要求6所述的地震滑坡灾害监测装置,其特征在于,所述可充气气球(105)进一步连接有一根牵引绳(108),所述牵引绳(108)的长度大于所述柔性电缆(103)以及所述柔性数据线(104)的长度。
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