CN110009872A - 一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法，涉及岩坡工程施工信息化领域。该系统包括数据采集、数据分析、灾害预警和无线传输四个模块；该方法包括：布置监测点及数据采集模块中各传感器单元的位置；数据采集模块将采集到的数据传至数据分析模块；数据分析模块接收监测数据并对其进行对比分析，判断是否异常；灾害预警模块对异常数据进行模拟分析，判断灾害类型及等级并发布灾害信息；根据发布的灾害信息，岩坡施工现场的各部门工作人员及时采取预防措施。本方法可以及时准确的监测施工数据并进行对比分析，进而判断灾害类型及等级并发布灾害信息，指导后续的灾害预警，具有简单灵活、监测准确性高、预警及时、应用前景广泛等有益效果。

Description

一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及岩坡工程施工信息化技术领域，具体涉及一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法。

背景技术

随着山区修建的公路和铁路里程日益增多，越来越多的岩坡工程也将被修建，然而岩坡工程的施工不同于土坡工程，由于岩石的特殊性质导致了其施工过程中常常涉及爆破等危险工程，因此，常常会引发诸如崩塌、滑坡、泥石流、地震等灾害。传统的对这些灾害进行监测和预警的方法常常是通过设置一定量的位移计、轴力计、沉降仪、测缝仪、压力盒等设备进行监测，然后再对相应的数据进行处理，最后才能进行灾害预警，很显然这种方法较为繁琐且准确性不高、实时性和效率较低。

近年来，随着计算机技术、传感器技术及通信技术的飞速发展，无线传感网络应运而生，如何更灵活、及时、准确的对岩坡施工过程中的这些灾害进行监测和预警，已经成为了一个亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法，该系统可及时准确的对岩坡施工过程中的数据进行监测，并对可能发生的灾害进行预警，具有简单灵活、监测准确性高、预警及时、应用前景广泛等有益效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种岩坡工程灾害实时监测预警系统，包括数据采集模块、数据分析模块、灾害预警模块、无线传输模块；

所述数据采集模块用于监测岩坡施工过程中岩块的位移数据、施工引发的微震数据、各支护加固结构的应力和应变数据、内部块体的加速度数据，并获取施工现场的人员及地质环境数据，以便及时做好预防措施并对灾害的发生进行及时的判断；

所述数据分析模块用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据，并将接收到的数据与历史施工数据进行对比分析，以判断监测数据是否异常；

所述灾害预警模块用于模拟经过数据分析模块分析后得到的异常数据，再根据灾害的危害程度评估灾害的等级并发布灾害评估结果，以便于判断灾害所属类型并及时采取预防措施；

所述无线传输模块用于实现数据采集模块、数据分析模块和灾害预警模块之间的无线传输连接。

进一步地，所述数据采集模块，包括无人机监测单元以及位移传感器单元、次声波传感器单元、应力传感器单元、应变传感器单元和加速度传感器单元，以上传感器单元均埋设在岩坡内部各测点上，且具有无线收发功能；

所述位移传感器单元用于监测岩坡施工过程中岩块的水平和垂直位移数据；

所述次声波传感器单元用于监测岩坡爆破施工过程中引发的微震数据，以便及时做好预防措施；

所述应力传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应力数据；

所述应变传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应变数据；

所述加速度传感器单元用于监测岩坡施工过程中内部块体的加速度数据，以便及时判断灾害的发生；

所述无人机监测单元用于获取施工现场的人员及地质环境数据。

进一步地，所述数据分析模块，包括数据接收单元、数据库单元、数据处理单元；

所述数据接收单元用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据；

所述数据库单元用于存储对比分析监测数据的历史施工数据；

所述数据处理单元用于对数据接收单元接收到的各项数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，以判断监测数据是否异常。

进一步地，所述灾害预警模块，包括灾害模拟分析单元、灾害评估单元和灾害信息发布单元；

所述灾害模拟分析单元用于模拟数据分析模块处理的异常数据，得到灾害数据表及其趋势图，以便于判断灾害所属类型及其发展趋势；

所述灾害评估单元用于根据灾害的危害程度评估灾害的等级；

所述灾害信息发布单元用于发布灾害评估结果，以便及时采取预防措施。

一种岩坡工程灾害实时监测预警方法，具体步骤如下：

步骤1：根据岩坡施工现场具体情况，布置监测点及数据采集模块中各传感器单元的位置；

步骤2：由各传感器单元采集岩坡施工过程中的监测数据及无人机监测单元采集到的现场人员和环境数据，通过无线传输模块将各监测数据传输至数据分析模块；

步骤3：数据接收单元接收并存储各监测数据，并由数据处理单元将各监测数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，如果某一监测数据大于历史施工数据的对应项时，即判定该监测数据为异常数据；

步骤4：数据处理单元通过无线传输模块将异常数据传输至灾害模拟分析单元进行灾害模拟分析，判断灾害所属类型并进行等级评估，发布灾害信息；

步骤5：根据发布的灾害信息，岩坡施工现场的各部门工作人员及时采取预防措施，以减少人员和财产损失。

本发明的有益效果：

本发明提出一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法，通过系统中的各个无线传感器可以及时准确的将监测到的数据经过无线传输模块传输至数据分析模块，进而指导后续的灾害预警；由于采用无线传感器并使用无线传输模块进行数据共享，因此，本系统可以非常灵活方便的指导施工。本发明具有简单灵活、监测准确性高、预警及时、应用前景广泛等有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例中岩坡工程灾害实时监测预警系统的结构框图；

图2为本发明实施例中岩坡工程灾害实时监测预警方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种岩坡工程灾害实时监测预警系统，具体结构如图1所示，包括数据采集模块、数据分析模块、灾害预警模块、无线传输模块。

所述数据采集模块用于监测岩坡施工过程中岩块的位移数据、施工引发的微震数据、各支护加固结构的应力和应变数据、内部块体的加速度数据，并获取施工现场的人员及地质环境数据，以便及时做好预防措施并对灾害的发生进行及时的判断。

本实施例中，所述数据采集模块，包括无人机监测单元以及位移传感器单元、次声波传感器单元、应力传感器单元、应变传感器单元和加速度传感器单元，以上各传感器单元均埋设在岩坡内部各测点上，且具有无线收发功能。

本实施例中，通过以上各传感器单元本身即可监测出岩坡施工过程中的所有相关数据，同时通过以上各传感器单元本身具有的无线收发功能经由无线传输模块传输至数据分析模块进行分析，而以上各传感器单元埋设在的岩坡内部各测点要视具体的岩坡施工工程布置。

所述位移传感器单元用于监测岩坡施工过程中岩块的水平和垂直位移数据，可采用Microstrain无线位移传感器。

所述次声波传感器单元用于监测岩坡爆破施工过程中引发的微震数据，以便及时做好预防措施，可采用无线光纤式次声波传感器。

所述应力传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应力数据，可采用无线光纤光栅应力传感器。

本实施例中，各支护加固结构根据具体工程进行选择，通常为预应力锚索、锚杆、挡墙、土钉墙、抗滑桩等。

所述应变传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应变数据，可采用HTX3无线应变传感器。

所述加速度传感器单元用于监测岩坡施工过程中内部块体的加速度数据，以便及时判断灾害的发生，可采用基于MEMS技术的ADXL202加速度传感器。

本实施例中，内部块体指对岩坡施工安全性影响较大的内部关键块体，在施工前期的分析中可以确定。

所述无人机监测单元用于获取施工现场的人员及地质环境数据，可采用大疆4代phantom4pro无人机。

所述数据分析模块用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据，并将接收到的数据与历史施工数据进行对比分析，以判断监测数据是否异常，可通过安装在计算机上的SPSS24软件实现数据分析模块的功能。

本实施例中，所述数据分析模块，包括数据接收单元、数据库单元、数据处理单元。

所述数据接收单元用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据。

所述数据库单元用于存储对比分析监测数据的历史施工数据。

所述数据处理单元用于对数据接收单元接收到的各项数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，以判断监测数据是否异常。

所述灾害预警模块用于模拟经过数据分析模块分析后得到的异常数据，再根据灾害的危害程度评估灾害的等级并发布灾害评估结果，以便于判断灾害所属类型并及时采取预防措施，可通过安装在计算机上的BIM分析软件实现灾害预警模块的功能，如Revit2019软件。

本实施例中，所述灾害预警模块，包括灾害模拟分析单元、灾害评估单元和灾害信息发布单元。

所述灾害模拟分析单元用于模拟数据分析模块处理的异常数据，得到灾害数据表及其趋势图，以便于判断灾害所属类型及其发展趋势。

所述灾害评估单元用于根据灾害的危害程度评估灾害的等级。

本实施例中，灾害预警等级共分为四级，分别为蓝色——正常，黄色——危害一般，橙色——危害较严重，红色——危害特别严重。

所述灾害信息发布单元用于发布灾害评估结果，以便及时采取预防措施。

所述无线传输模块用于实现数据采集模块、数据分析模块和灾害预警模块之间的无线传输连接，可采用无线信号或者GPS。

一种岩坡工程灾害实时监测预警方法，流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：根据岩坡施工现场具体情况，布置监测点及数据采集模块中各传感器单元的位置。

步骤2：由各传感器单元采集岩坡施工过程中的监测数据及无人机监测单元采集到的现场人员和环境数据，通过无线传输模块将各监测数据传输至数据分析模块。

步骤3：数据接收单元接收并存储各监测数据，并由数据处理单元将各监测数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，如果某一监测数据大于历史施工数据的对应项时，即判定该监测数据为异常数据。

步骤4：数据处理单元通过无线传输模块将异常数据传输至灾害模拟分析单元进行灾害模拟分析，判断灾害所属类型并进行等级评估，发布灾害信息。

步骤5：根据发布的灾害信息，岩坡施工现场的各部门工作人员及时采取预防措施，以减少人员和财产损失。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；因而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种岩坡工程灾害实时监测预警系统，包括数据采集模块、数据分析模块、灾害预警模块、无线传输模块；

所述数据采集模块用于监测岩坡施工过程中岩块的位移数据、施工引发的微震数据、各支护加固结构的应力和应变数据、内部块体的加速度数据，并获取施工现场的人员及地质环境数据，以便及时做好预防措施并对灾害的发生进行及时的判断；

所述数据分析模块用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据，并将接收到的数据与历史施工数据进行对比分析，以判断监测数据是否异常；

所述灾害预警模块用于模拟经过数据分析模块分析后得到的异常数据，再根据灾害的危害程度评估灾害的等级并发布灾害评估结果，以便于判断灾害所属类型并及时采取预防措施；

所述无线传输模块用于实现数据采集模块、数据分析模块和灾害预警模块之间的无线传输连接。

2.根据权利要求1所述的岩坡工程灾害实时监测预警系统，其特征在于，所述数据采集模块，包括无人机监测单元以及位移传感器单元、次声波传感器单元、应力传感器单元、应变传感器单元和加速度传感器单元，以上传感器单元均埋设在岩坡内部各测点上，且具有无线收发功能；

所述位移传感器单元用于监测岩坡施工过程中岩块的水平和垂直位移数据；

所述次声波传感器单元用于监测岩坡爆破施工过程中引发的微震数据，以便及时做好预防措施；

所述应力传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应力数据；

所述应变传感器单元用于监测岩坡施工中各支护加固结构的应变数据；

所述加速度传感器单元用于监测岩坡施工过程中内部块体的加速度数据，以便及时判断灾害的发生；

所述无人机监测单元用于获取施工现场的人员及地质环境数据。

3.根据权利要求1所述的岩坡工程灾害实时监测预警系统，其特征在于，所述数据分析模块，包括数据接收单元、数据库单元、数据处理单元；

所述数据接收单元用于接收并存储数据采集模块采集到的各项数据；

所述数据库单元用于存储对比分析监测数据的历史施工数据；

所述数据处理单元用于对数据接收单元接收到的各项数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，以判断监测数据是否异常。

4.根据权利要求1所述的岩坡工程灾害实时监测预警系统，其特征在于，所述灾害预警模块，包括灾害模拟分析单元、灾害评估单元和灾害信息发布单元；

所述灾害模拟分析单元用于模拟数据分析模块处理的异常数据，得到灾害数据表及其趋势图，以便于判断灾害所属类型及其发展趋势；

所述灾害评估单元用于根据灾害的危害程度评估灾害的等级；

所述灾害信息发布单元用于发布灾害评估结果，以便及时采取预防措施。

5.一种岩坡工程灾害实时监测预警方法，采用权利要求1所述的岩坡工程灾害实时监测预警系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据岩坡施工现场具体情况，布置监测点及数据采集模块中各传感器单元的位置；

步骤2：由各传感器单元采集岩坡施工过程中的监测数据及无人机监测单元采集到的现场人员和环境数据，通过无线传输模块将各监测数据传输至数据分析模块；

步骤3：数据接收单元接收并存储各监测数据，并由数据处理单元将各监测数据与数据库单元中存储的历史施工数据的对应项进行对比分析，如果某一监测数据大于历史施工数据的对应项时，即判定该监测数据为异常数据；

步骤4：数据处理单元通过无线传输模块将异常数据传输至灾害模拟分析单元进行灾害模拟分析，判断灾害所属类型并进行等级评估，发布灾害信息；

步骤5：根据发布的灾害信息，岩坡施工现场的各部门工作人员及时采取预防措施，以减少人员和财产损失。