CN110047250B - 一种滑坡监测与预警剪力杆装置及滑坡监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑坡监测与预警剪力杆装置及滑坡监测预警方法，剪力杆装置包括有中控盒，剪力杆，设置于中控盒内的单片机最小系统、移动电源、GPS定位与无线信号发射装置，以及设置于剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器；压力传感器、湿度传感器、温度传感器的信号输出端均通过信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统连接，移动电源、GPS定位与无线信号发射装置均与单片机最小系统连接。本发明结构简单、安装方便，能够准确监测与预警滑坡的同时，剪力杆部分也能有效地阻碍中控盒的下滑，避免中控盒损坏。

Description

一种滑坡监测与预警剪力杆装置及滑坡监测预警方法

技术领域

本发明涉及地质灾害监管领域，具体是一种滑坡监测与预警剪力杆装置及滑坡监测预警方法。

背景技术

滑坡自动化监测是实现地质灾害实时监测预警的有效施工方法。我国每年都会发生大量的滑坡事故，滑坡的发生是一个从量变到质变的过程，而在滑坡内部发生的变化，人们通过肉眼无法识别，从而需要精密的仪器对灾害体的动态进行检测。自动化监测可以实现远程无人实时监测，节省人力和物力，提前设置预警阈值，当灾害体的变化值达到预警阈值时，触发报警系统，为监测人员以及周边的居民提供有力的人身安全保障。

目前，业内常用技术是这样的：电阻式山体滑坡、崩塌警报器是一种利用保险丝断裂导致电阻的变化对滑坡崩塌进行检测预警的装置，它虽然占地面积小，但只能一次性使用，一旦内部脆性绝缘薄片断裂，便不能阻止滑移体的下滑，也无法继续使用。

滑坡伸缩仪是一种通过内置的小型GPS定位系统，可准确确定监测点的位置，且当滑坡裂缝位移达到阈值时，发出警报信息，但其内部构件不能循环使用，且不能阻止滑移体的下滑；滑坡地表位移监测器与警报装置采用设备监测地表位移，能够及时对滑坡进行监测预警，但不能对滑移体的下滑进行防护。

高恒阻滑坡监测锚索能够有效地阻止滑坡，却不能及时的对滑坡现象进行预警。而一种具有自我保护功能的山体滑坡预警装置加入了一个湿度传感器和抽风机，可对其进行干燥处理，虽能避免因报警器内部的空气湿度过大而造成破坏，具有自保功能，但其本质还是一个防护网式装置，仅仅是在普通防护网装置的基础上加装了自保护系统，它的缺点是占地面积大，成本较高，施工难度大。

目前，滑坡监测与预警面临的主要问题是：(1)、针对滑坡崩塌的预警、防护一体的装置研究还很少，目前对这方面的研究几乎是空白的；(2)、现有装置类型较为单一，布置难度大且成本高，同时不能防止误报；(3)、现有的滑坡预警装置，精准度不够高，且发挥警报作用之后，内部零件不可循环使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种滑坡监测与预警剪力杆装置及滑坡监测预警方法，结构简单、安装方便，能够准确监测与预警滑坡的同时，剪力杆部分也能有效地阻碍中控盒的下滑，避免中控盒损坏。

本发明的技术方案为：

一种滑坡监测与预警剪力杆装置，包括有中控盒，剪力杆，设置于中控盒内的单片机最小系统、移动电源、GPS定位与无线信号发射装置，以及设置于剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器；所述的压力传感器、湿度传感器、温度传感器均与外置的电源中枢连接实现供电，所述的压力传感器、湿度传感器、温度传感器的信号输出端均通过信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统连接，所述的移动电源、GPS定位与无线信号发射装置均与单片机最小系统连接。

所述的中控盒上固定有太阳能电池板，所述的太阳能电池板与移动电源连接。

所述的单片机最小系统选用AT89C51单片机最小系统。

所述的中控盒为金属外壳结构。

所述的剪力杆为三根，三根剪力杆斜插入土体中形成三角形立方体结构，所述的压力传感器和温度传感器固定设置于每根剪力杆内，所述的湿度传感器固定连接于对应的剪力杆上且设置于土体中；所述的温度传感器选用DS18B20温度计，湿度传感器选用HS1100湿度计，压力传感器选用DATA-52系列半导体传感器压力计。

所述的剪力杆从下至上被分为三段，每根剪力杆的相邻段之间均固定设置有对应的压力传感器，每根剪力杆上均设置有内湿度传感器和外湿度传感器，所述的外湿度传感器固定连接于对应的剪力杆上且设置于土体中，所述的内湿度传感器固定设置于对应的剪力杆内，且每根剪力杆内均设置有吹风机，所述的吹风机的驱动控制器与对应的内湿度传感器连接。

所述的三根剪力杆与水平面的之间的夹角均为18-30度。

所述的电源中枢和信号采集装置均设置于外置的信号采集盒内，所述的三根剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器均与电源中枢连接供电，三根剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器的信号输出端均通过信号采集装置与单片机最小系统连接。

滑坡监测预警方法，具体包括有以下步骤：

(1)、选定需要检测的滑坡，并找出最可能发生滑坡的位置，将剪力杆插入坡里，插入部分大概占杆三分之二，三分之一露在外面；

(2)、将信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统进行组合，并启动单片机最小系统，以保证能随时接收到剪力杆部分传来的采集信号；

(3)、当压力传感器采集的信号未达到设定阈值时，表示土体没有滑动或者发生了可以接受的极微小滑动，则说明此时不会发生滑坡或者发生滑坡的可能性非常小；

(4)、当压力传感器采集的信号达到并超过设定阈值时，表示土体发生了很大的移动，则表明近期很有可能发生滑坡；

(5)、当压力传感器采集的信号突然消失，说明剪力杆由于滑坡被直接破坏，则说明滑坡正在发生或者已经发生；

(6)、当湿度传感器采集的湿度即土体含水率骤增，含水率骤增会导致土体下滑力增大，同时减小土体自身的抗滑力，继而导致滑坡可能性增大，单片机最小系统根据湿度传感器采集的含水率骤的情况判断此处发生滑坡的可能性极大，继而传递预警信息给后台的报警器，预示可能会产生滑坡。

所述的阈值为剪力杆斜上方与剪力杆直径相等宽度内的土体的抗滑力值，当压力传感器采集的数值等于或大于抗滑力值，则表明近期很有可能发生滑坡。

本发明的优点：

(1)、本发明滑坡监测与预警剪力杆装置结构简单、体积小、且安装方便；剪力杆为一次性结构，但本发明的中控盒、剪力杆内部的各传感器均可以实现循环使用，节省材料，降低监测成本；

(2)、本发明通过压力传感器采集的数据判定滑坡情况，且可根据湿度传感器采集的土体含水率，判定发生滑坡的概率，并进行预警；

(3)、本发明剪力杆内设置湿度传感器，采集剪力杆内的湿度，当湿度达到设定值，自动开启吹风机降低剪力杆内的湿度，避免湿度大造成剪力杆内部电子元件的损坏；

(4)、本发明设置有三根剪力杆，在能够准确监测预警滑坡的同时，也能有效地阻碍中控盒部分的下滑；

(5)、本发明的GPS定位与无线信号发射装置，当滑坡发生时，GPS定位数据会有位移产生，当坐标位置发生变化时，即可预测滑坡，也能确定出滑坡的具体的位置；本发明通过无线信号发射装置将监测数据和预警信号发送给后台，后台启动报警，从而提醒后台工作人员。

附图说明

图1是本发明滑坡监测与预警剪力杆装置置于坡面上的结构示意图。

图2是本发明剪力杆部分的结构示意图。

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。

见图1和图2，一种滑坡监测与预警剪力杆装置，包括有中控盒1(金属外壳结构)，三根剪力杆2，设置于中控盒1内的单片机最小系统3、移动电源4、GPS定位与无线信号发射装置5，以及设置于每根剪力杆2上的压力传感器6、内湿度传感器7、外湿度传感器8和温度传感器9；三根剪力杆2斜插入土体中形成三角形立方体结构，每根剪力杆2从下至上均被分为三段，每根剪力杆2的相邻段之间均固定设置有对应的压力传感器6，两个压力传感器6、温度传感器9和内湿度传感器7均固定设置于每根剪力杆2内，外湿度传感器8固定连接于对应的剪力杆2上且设置于土体中，且每根剪力杆2内均设置有吹风机10，吹风机10的驱动控制器与对应的内湿度传感器8连接，三根剪力杆2上的压力传感器6、内湿度传感器7、外湿度传感器8和温度传感器9均与外置的电源中枢连接实现供电，三根剪力杆2上的压力传感器6、外湿度传感器8、温度传感器9的信号输出端均通过信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统3连接，电源中枢和信号采集装置均设置于外置的信号采集盒11内，移动电源4、GPS定位与无线信号发射装置5均与单片机最小系统3连接，中控盒1上固定有太阳能电池板12，太阳能电池板12与移动电源4连接供电。

其中，单片机最小系统3选用AT89C51单片机最小系统；温度传感器9选用DS18B20温度计，内湿度传感器7和外湿度传感器8选用HS1100湿度计，压力传感器6选用DATA-52系列半导体传感器压力计；

其中，三根剪力杆与水平面的之间的夹角均为18-30度。

一种滑坡监测与预警方法，具体包括有以下步骤：

(1)、选定需要检测的滑坡，并找出最可能发生滑坡的位置，将剪力杆插入坡里，插入部分大概占杆三分之二，三分之一露在外面；

(2)、将信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统进行组合，并启动单片机最小系统，以保证能随时接收到剪力杆部分传来的采集信号；

(3)、当压力传感器采集的信号未达到设定阈值时，表示土体没有滑动或者发生了可以接受的极微小滑动，则说明此时不会发生滑坡或者发生滑坡的可能性非常小；

(4)、当压力传感器采集的信号达到并超过设定阈值时，表示土体发生了很大的移动，则表明近期很有可能发生滑坡；

(5)、当压力传感器采集的信号突然消失，说明剪力杆由于滑坡被直接破坏，则说明滑坡正在发生或者已经发生；

(6)、当湿度传感器采集的湿度即土体含水率骤增，含水率骤增会导致土体下滑力增大，同时减小土体自身的抗滑力，继而导致滑坡可能性增大，单片机最小系统根据湿度传感器采集的含水率骤的情况判断此处发生滑坡的可能性极大，继而传递预警信息给后台的报警器，预示可能会产生滑坡。

其中，阈值为剪力杆斜上方与剪力杆直径相等宽度内的土体的抗滑力值，当压力传感器采集的数值等于或大于抗滑力值，则表明近期很有可能发生滑坡。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：包括有中控盒，剪力杆，设置于中控盒内的单片机最小系统、移动电源、GPS定位与无线信号发射装置，以及设置于剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器；所述的压力传感器、湿度传感器、温度传感器均与外置的电源中枢连接实现供电，所述的压力传感器、湿度传感器、温度传感器的信号输出端均通过信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统连接，所述的移动电源、GPS定位与无线信号发射装置均与单片机最小系统连接；

所述的剪力杆为三根，三根剪力杆斜插入土体中形成三角形立方体结构，所述的压力传感器和温度传感器固定设置于每根剪力杆内，所述的湿度传感器固定连接于对应的剪力杆上且设置于土体中；所述的温度传感器选用DS18B20温度计，湿度传感器选用HS1100湿度计，压力传感器选用DATA-52系列半导体传感器压力计；

所述的剪力杆从下至上被分为三段，每根剪力杆的相邻段之间均固定设置有对应的压力传感器，每根剪力杆上均设置有内湿度传感器和外湿度传感器，所述的外湿度传感器固定连接于对应的剪力杆上且设置于土体中，所述的内湿度传感器固定设置于对应的剪力杆内，且每根剪力杆内均设置有吹风机，所述的吹风机的驱动控制器与对应的内湿度传感器连接；

所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置的滑坡监测预警方法，具体包括有以下步骤：

（1）、选定需要检测的滑坡，并找出最可能发生滑坡的位置，将剪力杆插入坡里，插入部分占杆三分之二，三分之一露在外面；

（2）、将信号采集装置与中控盒内的单片机最小系统进行组合，并启动单片机最小系统，以保证能随时接收到剪力杆部分传来的采集信号；

（3）、当压力传感器采集的信号未达到设定阈值时，表示土体没有滑动或者发生了极微小滑动，则说明此时发生滑坡的可能性非常小；

（4）、当压力传感器采集的信号达到并超过设定阈值时，表示土体发生了很大的移动，则表明近期很有可能发生滑坡；

（5）、当压力传感器采集的信号突然消失，说明剪力杆由于滑坡被直接破坏，则说明滑坡正在发生或者已经发生；

（6）、当湿度传感器采集的湿度即土体含水率骤增，含水率骤增会导致土体下滑力增大，同时减小土体自身的抗滑力，继而导致滑坡可能性增大，单片机最小系统根据湿度传感器采集的含水率骤的情况判断此处发生滑坡的可能性极大，继而传递预警信息给后台的报警器，预示可能会产生滑坡；

所述的阈值为剪力杆斜上方与剪力杆直径相等宽度内的土体的抗滑力值，当压力传感器采集的数值等于或大于抗滑力值，则表明近期很有可能发生滑坡。

2.根据权利要求1所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：所述的中控盒上固定有太阳能电池板，所述的太阳能电池板与移动电源连接。

3.根据权利要求1所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：所述的单片机最小系统选用AT89C51单片机最小系统。

4.根据权利要求1所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：所述的中控盒为金属外壳结构。

5.根据权利要求1所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：所述的三根剪力杆与水平面的之间的夹角均为18-30度。

6.根据权利要求1所述的一种滑坡监测与预警剪力杆装置，其特征在于：所述的电源中枢和信号采集装置均设置于外置的信号采集盒内，所述的三根剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器均与电源中枢连接供电，三根剪力杆上的压力传感器、湿度传感器和温度传感器的信号输出端均通过信号采集装置与单片机最小系统连接。