CN109443311A - 一种地质环境保护监测方法和装置 - Google Patents

一种地质环境保护监测方法和装置 Download PDF

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CN109443311A CN201811606270.1A CN201811606270A CN109443311A CN 109443311 A CN109443311 A CN 109443311A CN 201811606270 A CN201811606270 A CN 201811606270A CN 109443311 A CN109443311 A CN 109443311A
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Abstract

本发明公开了一种地质环境保护监测方法和装置，包括如下步骤：在监测区域设置若干监测点，且在监测点周围设置若干个反射板，测量初始时每一个监测点与对应反射板以及反射板上、下边的距离并记录下来；每隔一段时间，利用超声波测量各个监测点与对应几个反射板之间的距离；调整超声波的发射角度，测量各个监测点与对应反射板上、下边的距离；监测中心接收警报信息，并根据监测结果以及相邻其它监测点的反映，判断灾害等级，做出相应预警，该方法能快速准确的找到地质环境改变的具体区域和联动影响区域，从而能够快速的解决环境问题，同时能够快速准确的测量出地表沉降、开裂等灾害问题的灾害程度，有利于工作人员做出准确的防护判断。

Description

一种地质环境保护监测方法和装置
技术领域
本发明涉及地质领域，具体为一种地质环境保护监测方法和装置。
背景技术
地质环境主要指的是自地表面下的坚硬壳层，即岩石圈，地质环境是地球演化的产物，岩石在太阳能作用下的风化过程，使固结的物质解放出来，参加到地理环境中去，参加到地质循环以至星际物质大循环中去。地质环境是自然环境的一种，指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统。在长期的地质历史演化的过程中，岩石圈和水圈之间、岩石圈和大气圈之间、大气圈和水圈之间进行物质迁移和能量转换，组成了一个相对平衡的开放系统。人类和其他生物依赖地质环境生存发展，同时，人类和其他生物又不断改变着地质环境。
地质环境是生物的栖息场所和活动空间，为生物提供水分、空气和营养元素，地质环境的区域差异，导致生物向不同方向进化。地质环境向人类提供矿产和能源，人类每年从地层中开采的矿石达4立方公里,从中提取金属和非金属物质，人类还从煤、石油、天然气、水力、风力、地热以及放射性物质中获得能源。人类对地质环境的影响随着技术水平的提高而愈来愈大，例如采掘矿产,修建水库,开凿运河都直接改变地质、地貌，大规模毁坏森林草原，导致水土流失，土地沙漠化；矿物燃料的大量燃烧，增加大气层二氧化碳含量，造成全球气候异常；人类向地质环境排放大量工业废弃物,造成对有机体有害的化学元素如汞、铅、镉等在地表的浓度增高等。
地质环境与人类的生存息息相关，因此需要对地质环境进行监测和保护，现有的对地质环境的监测方法通常是在监测地设置若干个监测点，用于监测地表的沉降、移动情况，并将监测结果发送至监测中心，以达到监测保护的目的。
但是，现有的地质环境保护监测方法和装置存在以下缺陷：
(1)地质环境的改变通常是区域性和联动性的，而现有的监测方法无法快速准确的找到地质环境改变的具体区域和联动影响区域，不利于快速解决环境问题和进行防护预警；
(2)现有的地质环境保护监测方法在监测地表沉降、开裂等灾害问题时，无法快速准确的测量出灾害程度，不利于工作人员做出准确的防护判断；
(3)现有的地质环境保护监测方法在设置监测点时，很可能由于灾害区域较大，使得整个监测点周围的地形发生改变，从而造成监测结果变化较小，而灾害较大的情况。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种地质环境保护监测方法和装置，该方法能快速准确的找到地质环境改变的具体区域和联动影响区域，从而能够快速的解决环境问题，并进行其它区域的防护预警，同时，能够快速准确的测量出地表沉降、开裂等灾害问题的灾害程度，有利于工作人员做出准确的防护判断，能够避免造成更大的损失，此外，该方法通过超声测距与多个监测点结合监测的方式，能够扩大监测范围，避免灾害范围较大，造成整个监测点周围地形改变而影响监测精度的情况，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种地质环境保护监测方法，包括如下步骤：
S100、在监测区域设置若干个监测点，且在监测点的周围设置若干个固定在地面上的反射板，测量初始时每一个监测点与对应反射板以及反射板上、下边的距离并记录下来；
S200、每隔一段时间，利用超声波测量各个监测点与对应几个反射板之间的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息；
S300、若监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离相同，则调整超声波的发射角度，测量各个监测点与对应反射板上、下边的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板上、下边的实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息；
S400、监测中心接收警报信息，并根据监测结果以及相邻其它监测点的反映，判断灾害等级，做出相应预警。
进一步地，在步骤S100中，测距采用超声波测距，且初始时监测点的超声波发声装置与各个反射板的中心在同一平面上，此时，监测点距反射板上、下边的距离相等，若地面出现下沉，则监测点距反射板下边的距离将增大，距反射板上边的距离将减小，通过监测点与反射板的水平距离，再结合监测点距反射板上、下边的实际距离可以计算出地面的下沉深度。
进一步地，在步骤S200中，设置一个安全阈值，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化小于安全阈值时，监测点不做反应，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化大于安全阈值时，则监测点通过无线发射模块与监测中心的接收模块通信，上传监测结果并发送警报信息。
进一步地，在步骤S300中，测量监测点与对应反射板上、下边的距离时，首先向上或向下旋转超声波发声装置的角度，直至接收到反射波的时间发生较大突变为止，再多次调整找到突变点，此时测量的距离即为监测点与反射板上边或下边的实际距离。
进一步地，在步骤S400中，监测中心在接收到警报信息之后的具体操作为：
S401、根据各个发出警报的监测点判断主要灾害区域；
S402、通过比较各个监测点的监测结果，判断灾害中心；
S403、以灾害中心为始，根据监测结果递减向外侧延伸，去除明显不符的数据，判断灾害的延伸方向及影响区域，提前做好防护预警。
进一步地，在步骤S100中，为了避免监测点与监测点周围的反射板同步移动或监测点地形改变而影响监测结果，可以将各个监测点与反射板交替设置，通过比较对同一处反射板的各个监测点的监测结果来提高监测精度。
另外，本发明还提供了一种地质环境保护监测装置，包括监测固定杆，所述监测固定杆的顶端通过旋转调节结构连接有U型安装架，且U型安装架的内部通过角度调节结构连接有超声波发声装置，所述监测固定杆的侧方设置有若干个固定立杆，且固定立杆的顶端连接有若干个连接弯杆，所述连接弯杆的端部均连接有竖直设置的反射板；
所述旋转调节结构包括设置在监测固定杆顶端的旋转槽，所述U型安装架的底端连接有与旋转槽匹配的旋转轴，且旋转轴的侧方固定安装有调控箱，所述监测固定杆的侧方固定连接有马达座，且马达座上固定安装有旋转马达，所述旋转马达的输出端连接有驱动轴，且驱动轴的外部套设有第一齿轮，所述旋转轴的外部套设有与第一齿轮啮合的第二齿轮。
进一步地，所述角度调节结构包括固定安装在U型安装架一侧的调节马达，且调节马达的输出端连接有调节轴，所述调节轴的端部通过旋转轴承与U型安装架的另一侧连接，且超声波发声装置固定在调节轴上。
进一步地，所述监测固定杆和固定立杆的底部均连接有若干个弯折支腿，且弯折支腿的侧面均活动连接有若干个加强固定片，所述加强固定片的底面均通过弹簧与弯折支腿连接。
进一步地，所述监测固定杆和固定立杆均包括上节杆和下节杆，且下节杆的顶面设置有插孔，所述插孔内插设有调节套筒，所述下节杆通过若干个螺栓组件与调节套筒连接，所述上节杆的底端设置有螺纹段，所述调节套筒内设置有与螺纹段匹配的内螺纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明能快速准确的找到地质环境改变的具体区域和联动影响区域，从而能够快速的解决环境问题，并进行其它区域的防护预警；
(2)本发明能够快速准确的测量出地表沉降、开裂等灾害问题的灾害程度，有利于工作人员做出准确的防护判断，能够避免造成更大的损失；
(3)本发明通过超声测距与多个监测点结合监测的方式，能够扩大监测范围，避免灾害范围较大，造成整个监测点周围地形改变而影响监测精度的情况。
附图说明
图1为本发明的整体流程结构示意图；
图2为本发明的监测固定杆截面结构示意图；
图3为本发明的固定立杆截面结构示意图。
图中标号：
1-监测固定杆；2-旋转调节结构；3-U型安装架；4-角度调节结构；5-超声波发声装置；6-固定立杆；7-连接弯杆；8-反射板；9-弯折支腿；10-加强固定片；11-弹簧；12-上节杆；13-下节杆；14-插孔；15-调节套筒；16-螺栓组件；17-螺纹段；18-内螺纹；
201-旋转槽；202-旋转轴；203-调控箱；204-马达座；205-旋转马达；206-驱动轴；207-第一齿轮；208-第二齿轮；
401-调节马达；402-调节轴；403-旋转轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种地质环境保护监测方法，包括如下步骤：
步骤S100、在监测区域设置若干个监测点，且在监测点的周围设置若干个固定在地面上的反射板，测量初始时每一个监测点与对应反射板以及反射板上、下边的距离并记录下来，在选择监测点时，尽量选择地表相对稳定的位置，同时，反射板设置在重点监测区域附近，如在监测一块有地表开裂的区域时，反射板设置在裂痕周围。
在步骤S100中，测距采用超声波测距，超声波测距的原理是超声波发生装置向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t(秒)，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s＝340t/2。
初始时监测点的超声波发声装置与各个反射板的中心在同一平面上，此时，监测点距反射板上、下边的距离相等，若地面出现下沉，则监测点距反射板下边的距离将增大，距反射板上边的距离将减小，通过监测点与反射板的水平距离，再结合监测点距反射板上、下边的实际距离可以计算出地面的下沉深度。
步骤S200、每隔一段时间，利用超声波测量各个监测点与对应几个反射板之间的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息。
在步骤S200中，设置一个安全阈值，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化小于安全阈值时，监测点不做反应，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化大于安全阈值时，则监测点通过无线发射模块与监测中心的接收模块通信，上传监测结果并发送警报信息。
步骤S300、若监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离相同，则调整超声波的发射角度，测量各个监测点与对应反射板上、下边的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板上、下边的实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息，通过超声测距能够快速精准的测量出地形改变的程度，从而能够判断出地表沉降、开裂等灾害问题的灾害程度，有利于工作人员做出准确的防护判断，能够避免造成更大的人员伤亡和经济损失。
在步骤S300中，测量监测点与对应反射板上、下边的距离时，首先向上或向下旋转超声波发声装置的角度，直至接收到反射波的时间发生较大突变为止，再多次调整找到突变点，此时测量的距离即为监测点与反射板上边或下边的实际距离，由于反射板的面积固定，当超声波射到反射板上时，随着超声波发声装置角度的调整，接收到反射波的时间变化不会过大，只有当超声波扫过反射板的边界时，才会因其它障碍物而发生接收时间的突变，因此通过接收时间的变化程度，能够判断超声波是否扫到反射板的边界。
值得注意的是，当监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离不同时，仍可以调整超声波的发射角度，测量各个监测点与对应反射板上、下边的距离，由于监测点与反射板的距离能够测量，因此地表下沉的深度也能够计算出来，此时地表处于开裂并下沉的状态。
步骤S400、监测中心接收警报信息，并根据监测结果以及相邻其它监测点的反映，判断灾害等级，做出相应预警。
在步骤S400中，监测中心在接收到警报信息之后的具体操作为：
步骤S401、根据各个发出警报的监测点判断主要灾害区域，由于每个监测点均独立与监测中心联系，因此，当多个监测点同时发起预警时，能够判断灾害的大致区域和范围。
步骤S402、通过比较各个监测点的监测结果，判断灾害中心，由于灾害中心一般灾害程度较为严重，因此该地点测量的数据与初始数据偏差最大，通过比较监测点的监测结果，能够找到灾害的中心。
步骤S403、以灾害中心为始，根据监测结果递减向外侧延伸，去除明显不符的数据，判断灾害的延伸方向及影响区域，提前做好防护预警，以灾害中心为始，随着灾害如地表开裂和下沉的进行，灾害程度逐渐降低，通过比较各个监测点的监测结果，能够判断出灾害的延伸方向和联动影响区域，从而能够快速的解决环境问题，并进行其它区域的防护预警。
在步骤S100中，为了避免监测点与监测点周围的反射板同步移动或监测点地形改变而影响监测结果，可以将各个监测点与反射板交替设置，通过比较对同一处反射板的各个监测点的监测结果来提高监测精度，例如，多个监测点测量的与反射板的距离中只有一个改变，则较大可能是反射板处的地形未改变，而是测量结果改变的监测点的地形改变，通过超声测距与多个监测点结合监测的方式，能够扩大监测范围，避免灾害范围较大，造成整个监测点周围地形改变而影响监测精度的情况。
另外，如图2和图3所示，本发明还提供了一种地质环境保护监测装置，包括监测固定杆1，监测固定杆1的顶端通过旋转调节结构2连接有U型安装架3，且U型安装架3的内部通过角度调节结构4连接有超声波发声装置5，超声波发声装置5用于发射和接收超声波。
监测固定杆1的侧方设置有若干个固定立杆6，且固定立杆6的顶端连接有若干个连接弯杆7，连接弯杆7的端部均连接有竖直设置的反射板8，通过设置连接弯杆7，能够使同一位置可以设置多个反射超声波的反射板8，且不会影响地表下沉深度的测量。
旋转调节结构2包括设置在监测固定杆1顶端的旋转槽201，U型安装架3的底端连接有与旋转槽201匹配的旋转轴202，且旋转轴202的侧方固定安装有调控箱203，调控箱203内设置有微处理器和控制机构，用于控制设备的运行，以及计算测量结果、发射警报信号。
监测固定杆1的侧方固定连接有马达座204，且马达座204上固定安装有旋转马达205，旋转马达205的输出端连接有驱动轴206，且驱动轴206的外部套设有第一齿轮207，旋转轴202的外部套设有与第一齿轮207啮合的第二齿轮208，当旋转马达205在控制机构的带动下工作时，能够使旋转轴202旋转一定的角度，使得与旋转轴202连接的U型安装架3和超声波发声装置5能够旋转一定的角度，从而使得超声波发声装置5能够测量监测点与不同位置反射板8的距离。
角度调节结构4包括固定安装在U型安装架3一侧的调节马达401，且调节马达401的输出端连接有调节轴402，调节轴402的端部通过旋转轴承403与U型安装架3的另一侧连接，且超声波发声装置5固定在调节轴402上，当调节马达401在控制机构的带动下工作时，能够使调节轴402旋转一定的角度，使得超声波发声装置5能够向上或向下旋转一定的角度，从而使设备能够测量反射板8的下沉深度。
监测固定杆1和固定立杆6的底部均连接有若干个弯折支腿9，且弯折支腿9的侧面均活动连接有若干个加强固定片10，加强固定片10的底面均通过弹簧11与弯折支腿9连接，弯折支腿9插在预先钻设的孔洞内，通过设置弯折支腿9和加强固定片10，能够使监测固定杆1和固定立杆6的固定更稳固，避免监测固定杆1和固定立杆6因自身倾斜而导致监测结果的不准确，同时，将加强固定片10与弯折支腿9之间通过弹簧11连接，能够不影响监测固定杆1和固定立杆6的拔出。
监测固定杆1和固定立杆6均包括上节杆12和下节杆13，且下节杆13的顶面设置有插孔14，插孔14内插设有调节套筒15，下节杆13通过若干个螺栓组件16与调节套筒15连接，上节杆12的底端设置有螺纹段17，调节套筒15内设置有与螺纹段17匹配的内螺纹18，通过设置螺纹段17和内螺纹18，能够方便上节杆12的旋转，从而方便调节设备和反射板8的安装角度，同时，通过设置插孔14和调节套筒15，能够方便调节设备和反射板8的安装高度，使得初始时超声波发声装置5能够与各个反射板8的中心在同一平面上。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种地质环境保护监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、在监测区域设置若干个监测点，且在监测点的周围设置若干个固定在地面上的反射板，测量初始时每一个监测点与对应反射板以及反射板上、下边的距离并记录下来；
S200、每隔一段时间，利用超声波测量各个监测点与对应几个反射板之间的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息；
S300、若监测点测量的监测点与反射板实际距离与初始记录距离相同，则调整超声波的发射角度，测量各个监测点与对应反射板上、下边的距离，若某个监测点测量的监测点与反射板上、下边的实际距离与初始记录距离不同，则该监测点向监测中心发送警报信息；
S400、监测中心接收警报信息，并根据监测结果以及相邻其它监测点的反映，判断灾害等级，做出相应预警。
2.根据权利要求1所述的一种地质环境保护监测方法，其特征在于：在步骤S100中，测距采用超声波测距，且初始时监测点的超声波发声装置与各个反射板的中心在同一平面上，此时，监测点距反射板上、下边的距离相等，若地面出现下沉，则监测点距反射板下边的距离将增大，距反射板上边的距离将减小，通过监测点与反射板的水平距离，再结合监测点距反射板上、下边的实际距离可以计算出地面的下沉深度。
3.根据权利要求1所述的一种地质环境保护监测方法，其特征在于：在步骤S200中，设置一个安全阈值，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化小于安全阈值时，监测点不做反应，当监测点与对应的几个反射板之间的距离变化大于安全阈值时，则监测点通过无线发射模块与监测中心的接收模块通信，上传监测结果并发送警报信息。
4.根据权利要求1所述的一种地质环境保护监测方法，其特征在于：在步骤S300中，测量监测点与对应反射板上、下边的距离时，首先向上或向下旋转超声波发声装置的角度，直至接收到反射波的时间发生较大突变为止，再多次调整找到突变点，此时测量的距离即为监测点与反射板上边或下边的实际距离。
5.根据权利要求1所述的一种地质环境保护监测方法，其特征在于，在步骤S400中，监测中心在接收到警报信息之后的具体操作为：
S401、根据各个发出警报的监测点判断主要灾害区域；
S402、通过比较各个监测点的监测结果，判断灾害中心；
S403、以灾害中心为始，根据监测结果递减向外侧延伸，去除明显不符的数据，判断灾害的延伸方向及影响区域，提前做好防护预警。
6.根据权利要求1所述的一种地质环境保护监测方法，其特征在于：在步骤S100中，为了避免监测点与监测点周围的反射板同步移动或监测点地形改变而影响监测结果，可以将各个监测点与反射板交替设置，通过比较对同一处反射板的各个监测点的监测结果来提高监测精度。
7.一种地质环境保护监测装置，包括监测固定杆(1)，其特征在于：所述监测固定杆(1)的顶端通过旋转调节结构(2)连接有U型安装架(3)，且U型安装架(3)的内部通过角度调节结构(4)连接有超声波发声装置(5)，所述监测固定杆(1)的侧方设置有若干个固定立杆(6)，且固定立杆(6)的顶端连接有若干个连接弯杆(7)，所述连接弯杆(7)的端部均连接有竖直设置的反射板(8)；
所述旋转调节结构(2)包括设置在监测固定杆(1)顶端的旋转槽(201)，所述U型安装架(3)的底端连接有与旋转槽(201)匹配的旋转轴(202)，且旋转轴(202)的侧方固定安装有调控箱(203)，所述监测固定杆(1)的侧方固定连接有马达座(204)，且马达座(204)上固定安装有旋转马达(205)，所述旋转马达(205)的输出端连接有驱动轴(206)，且驱动轴(206)的外部套设有第一齿轮(207)，所述旋转轴(202)的外部套设有与第一齿轮(207)啮合的第二齿轮(208)。
8.根据权利要求7所述的一种地质环境保护监测装置，其特征在于：所述角度调节结构(4)包括固定安装在U型安装架(3)一侧的调节马达(401)，且调节马达(401)的输出端连接有调节轴(402)，所述调节轴(402)的端部通过旋转轴承(403)与U型安装架(3)的另一侧连接，且超声波发声装置(5)固定在调节轴(402)上。
9.根据权利要求7所述的一种地质环境保护监测装置，其特征在于：所述监测固定杆(1)和固定立杆(6)的底部均连接有若干个弯折支腿(9)，且弯折支腿(9)的侧面均活动连接有若干个加强固定片(10)，所述加强固定片(10)的底面均通过弹簧(11)与弯折支腿(9)连接。
10.根据权利要求7所述的一种地质环境保护监测装置，其特征在于：所述监测固定杆(1)和固定立杆(6)均包括上节杆(12)和下节杆(13)，且下节杆(13)的顶面设置有插孔(14)，所述插孔(14)内插设有调节套筒(15)，所述下节杆(13)通过若干个螺栓组件(16)与调节套筒(15)连接，所述上节杆(12)的底端设置有螺纹段(17)，所述调节套筒(15)内设置有与螺纹段(17)匹配的内螺纹(18)。
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