CN108571932A - 一种边坡综合监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡综合监测系统及监测方法，综合了红外监测技术、真实孔径雷达扫描和次声波监测技术。当边坡上存在移动物体或表面发生位移时，红外监测被扰动，反馈至边坡预警系统，通过真实孔径雷达对边坡体进行扫描，确定边坡表面是否出现位移并判定稳定性。次声波监测确定边坡内部是否出现破裂或滑动。当边坡处于不稳定状态时，向边坡所在区间的两端设置的报警器发出信号，保证边坡所在地区的安全性。本发明的有益效果在于，对边坡进行集中和实时监测，克服现有边坡监测方法单一且不能反馈实时信息的缺点，实现对高边坡失稳预警的目的。

Description

一种边坡综合监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及高陡边坡监测及预警领域，特别是一种边坡综合监测系统及监测方法。

背景技术

边坡是岩土工程建设中一种常见的工程形式，边坡失稳会对生产建设和生命财产造成巨大的损失。因此，保证边坡的稳定性具有重要的工程意义。高边坡是指超过一定高度的人工或自然边坡。在山区尤其是西南山区，高陡边坡是工程建设中的主要工程载体。高边坡常处于地质条件复杂地区，因此高边坡的稳定性对于保证工程建设的安全至关重要。

边坡的稳定性可利用极限平衡法、数值计算法、塑性极限分析法等进行分析，也可以将可靠度分析应用在稳定性分析中。在人工高边坡修建过程中，施工或管理上的不足会导致边坡失稳，进而破坏环境，造成巨大的经济损失，威胁到人民的生命财产安全。对于我国西南山区的天然高边坡，处于复杂的地质水文环境中，崩塌、滑坡和泥石流等自然灾害频发，也会严重危害到工程建设和生命财产的安全。因此对于高边坡的动态监测显得尤为重要，通过对高边坡尤其是岩质高边坡开展实时监测，对边坡的稳定性进行评价，能够保证边坡的长期稳定性。同时，由于高边坡很多情况下处于无人值守的山区中，对于建设完成后的人工高边坡或者自然高边坡实行无人全天候的自动化监测能够克服无人值守的缺点，也可以实现对高边坡的自动化监测，进一步实现对边坡稳定性的预警。

在各项监测技术中，GPS观测技术、遥感技术、激光扫描技术等被用于边坡表面的位移监测，压力传感器如土压力传感器、孔隙水压力传感器等被用于边坡体的内部压力监测，光纤技术和测斜仪被用于对边坡进行内部变形测量。无论是边坡的内部监测还是边坡的表面监测，只能反映边坡的部分稳定性。边坡的整体性决定了需要全面对边坡的稳定性作出评价。同时单一的边坡监测技术会存在一些缺点，如GPS观测技术的精度受到卫星信号的影响，而山区对卫星信号有较大影响。遥感技术会受到不良气候条件的影响。三维激光扫描系统能够高精度的扫描实物并且对实物进行重建，但不能做到实时成像，而且受到造价的制约。传统的土压力传感器、孔隙水压力传感器以及测斜仪等，具有一定的埋深，但是存活率不高，在外界扰动的条件下精度不够。光纤技术所使用的传感光纤容易在施工过程中被破坏，而且其监测精度有待提高。

综上所述，边坡的长期稳定性涉及边坡内部变形和表面位移的监测，对边坡的单一监测不能够反映边坡的整体稳定性，对于处于西南山区的岩质高边坡，所处环境恶劣，通过埋设传感器或者人工监测，难以完成对边坡的全天候的监测，因此智能化、无人值守的监测方法更加适合对高边坡的监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种边坡综合监测系统及监测方法，对岩质高边坡的实时无人监测，对边坡进行实时扫描，实现对高边坡稳定性的预警，反映岩质高边坡在外界不同条件下的内部变形和表面位移，判断高边坡的稳定性，克服现有边坡监测方法单一且不能反馈实时信息的缺点。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种边坡综合监测系统，包括红外监测传感器、真实孔径雷达和次声波传感器；所述红外监测传感器、真实孔径雷达和次声波传感器分别连接到智能控制模块；还包括边坡报警模块，所述边坡报警模块通过无线通信模块连接到智能控制模块。

进一步地，还包括太阳能电池模块；所述太阳能电池模块分别连接到红外监测传感器、真实孔径雷达、次声波传感器、智能控制模块、无线通信模块和边坡报警模块。

一种边坡综合监测方法，包括

红外监测传感器瞄准设置于边坡的坡顶、坡中和坡脚处的目标靶点，进行持续监测；智能控制模块根据红外监测传感器采集的数据，确定边坡外部是否发生位移；当确定边坡外部发生位移时，智能控制模块启用真实孔径雷达扫描，获得边坡的三维图像，确定边坡发生位移的位置，并进一步判断边坡是否安全；当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警。

次声波传感器对边坡进行持续监测；智能控制模块根据次声波传感器采集的数据进行处理，根据频率判断边坡内部是否发生变形，并进一步判断边坡是否安全；当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警。

本发明的有益效果在于，

1、本发明提供一种边坡综合监测系统及监测方法，对岩质高边坡进行监测和预警，根据判定原则，确定边坡的整体安全性。当边坡上存在移动物体时、边坡存在表面位移或其它情况下，红外监测传感器被扰动，反馈至边坡预警系统，预警系统进而通过真实孔径雷达对边坡进行扫描，确定边坡是否出现位移。次声波传感器根据收集到的信号确定边坡内部是否出现破裂或者滑动，确定边坡的内部稳定性。当预警系统判断边坡处于不稳定状态时，向边坡所在区间的两端设置的报警器发出信号，保证边坡所在地区的安全性。本发明提供的内外联合监测思路，可以对边坡进行集中监测，实时判断边坡的稳定性，达到预警的目的。

2、本发明为无人值守监测方法，在该系统完成布置后，可省去在监测过程中的人工测量，缩短人工工作时间，提高工作效率。该边坡监测方法应用于西南山区中，无需在边坡上布置传感器，监测系统位于边坡外，易于检修维护，而且克服了在山地地区高边坡监测施工难度大，传感器存活率低且布置传感器难度大的缺点。

附图说明

图1为边坡监测系统及方法的示意图。

图2为边坡监测系统的示意图。

图3为边坡监测方法的示意图。

图4为边坡预警流程图。

图中，1：目标靶点；2：红外监测传感器；3：真实孔径雷达；4：次声波传感器；5：智能控制模块；6：无线通信模块；7：太阳能电池模块；8：监测站；9：边坡报警模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图图2所示，一种基于次声波监测、红外监测和雷达扫描技术的边坡监测系统，包括次声波监测模块、红外监测模块、雷达扫描模块、智能控制模块、太阳能供电模块、无线通信模块和报警模块。

如图2所示，次声波监测模块、红外监测模块和雷达扫描模块均与智能控制模块连接，次声波模块采集边坡内部变形产生的次声波数据，红外监测模块采集数据确定边坡表面是否被扰动，雷达模块在确定边坡表面扰动是否是由坡体表面位移引起。智能控制模块收集次声波模块、红外监测模块和雷达扫描模块的数据并进行分析判断。太阳能供电模块为预警系统提供电力供应。智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块，对边坡的安全性发出预警。

如图2所示，将次声波传感器、红外监测传感器、真实孔径雷达和智能控制模块、无线通信模块设置于监测站中，监测站具有足够的空间容纳所有的传感器和控制模块以及无线通信模块，将太阳能电池模块设置于监测站外部，并与监测站内部各模块相连接，保证电力供应。监测站位于距离边坡100-300m以内，也可根据实际情况，在保证测量和扫描效果的条件下，选择合适的距离设置监测站。

如图1所示，红外监测传感器需要瞄准目标靶点，目标靶点设置在边坡上，分别设置于坡顶、坡中和坡脚处，在较难设置靶点的边坡上，选择易于识别且位于边坡上的测点作为观测靶点，一般选用三个或者更多。当边坡表面被外界移动物体及其它因素扰动时，红外信号无法被反射且接收，当边坡表面土体覆盖红外检测模块时，红外信号也无法被接收。

真实孔径雷达对监测边坡持续监测，通过连续扫描和监测，得到边坡的三维图像，并进行相应修正。智能控制模块会根据扫描所得三维图像确定边坡是否产生表面位移。单次扫描速度约7-10分钟/次。

如图2所示，次声波传感器设置于监测站内，岩石破裂产生的主要频率为2.0-6.0Hz。当次声波传感器接收到次声波时，智能控制模块对次声波传感器接收到的波形进行如傅里叶变换等波形处理后，根据不同的频率确定波形是否是由边坡内部的变形引起，并确定是否会对边坡稳定性产生影响。

智能控制模块由数据采集仪、数据分析处理软件、边坡稳定性预警分析软件构成。

如图2所示，将太阳能供电模块均固定监测站外，并与智能控制模块、红外监测传感器、次声波传感器和真实孔径雷达提供电力。

如图3所示，智能控制模块先根据红外监测传感器，确定边坡外部是否发生位移，当边坡外部没有发生位移时，智能控制模块继续进行红外监测，当确定边坡发生位移时，智能控制模块启用真实孔径雷达监测，获得边坡的三维图像，确定边坡表面产生位移处，进一步判断边坡是否安全，当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警，确保边坡区间内的人员及时撤离，并禁止边坡区间外的人员进入边坡区间。

如图3所示，智能控制模块根据次声波监测结果判断边坡内部是否发生变形，当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警，确保边坡区间内的人员及时撤离，并禁止边坡区间外的人员进入边坡区间。

次声波传感器采用电容式次声波传感器，测量范围为1000s-100Hz。红外传感器采用激光红外测距仪，测量范围为100-300m，太阳能电池采用多块单晶硅太阳能电池板，单块最大工作功率为300W。真实孔径雷达侧最大量程为2.5km，精度为0.2mm，扫描方式为步进扫描。报警模块采用声光报警器。

Claims (3)

1.一种边坡综合监测系统，其特征在于，包括红外监测传感器(2)、真实孔径雷达(3)和次声波传感器(4)；所述红外监测传感器(2)、真实孔径雷达(3)和次声波传感器(4)分别连接到智能控制模块(5)；还包括边坡报警模块(9)，所述边坡报警模块(9)通过无线通信模块(6)连接到智能控制模块(5)。

2.如权利要求1所述的一种边坡综合监测系统，其特征在于，还包括太阳能电池模块(7)；

所述太阳能电池模块(7)分别连接到红外监测传感器(2)、真实孔径雷达(3)、次声波传感器(4)、智能控制模块(5)、无线通信模块(6)和边坡报警模块(9)。

3.一种边坡综合监测方法，其特征在于，包括

红外监测传感器瞄准设置于边坡的坡顶、坡中和坡脚处的目标靶点，进行持续监测；智能控制模块根据红外监测传感器采集的数据，确定边坡外部是否发生位移；当确定边坡外部发生位移时，智能控制模块启用真实孔径雷达扫描，获得边坡的三维图像，确定边坡发生位移的位置，并进一步判断边坡是否安全；当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警；

次声波传感器对边坡进行持续监测；智能控制模块根据次声波传感器采集的数据进行处理，根据频率判断边坡内部是否发生变形，并进一步判断边坡是否安全；当确定边坡不安全时，智能控制模块通过无线通信模块控制报警模块发出报警。