CN110533886A - 一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明专利采用栅格划分的思想，将所监测边坡划分为10m×10m虚栅格，具体按实际情况作相应调整，以实现全覆盖监测预警。该发明包括：信息获取单元、信息汇总单元、供电单元和分析决策单元。将数字矩阵导入分析模块，在对信息进行分析之后，报警模块对那些在位移阈值内的栅格报警，而ARCGIS会实时显示危险栅格单元的具体位置，从而方便人工有针对性地对危险边坡点及时处理。
Description
技术领域
本发明涉及边坡监测的技术领域，特别涉及公路边坡的全覆盖监测预警系统。
背景技术
随着我国公路基础设施建设不断发展，公路边坡塌陷带来的问题需要被重视，而有关部门也在加强对公路边坡的监测。边坡塌陷往往造成公路堵塞甚至引发交通事故，如果事先对公路边坡进行监测，预先知道边坡危险区，就可以对其及时加固，或者对边坡塌陷情况有一定程度的了解，就可以及时进行处理，降低经济损失和人员伤亡。
在现有的公路边坡监测预警方法中，有的研究者制作简易装置监测边坡位移，有的研究者通过GPS和遥感影像监测等进行监测，但往往存在以下缺点：
基于简易设备进行监测，操作简便但只能监测很小范围的区域且灵敏度和自动化程度都不高，监测效率过于低下。
基于GPS和遥感影像进行监测，监测较为灵敏，但成本很高、操作复杂，且设备受环境的影响程度大。
发明内容
本发明专利发明要解决的目的是：针对以上问题提出一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，通过对边坡划分栅格，借助并联式滑坡地表位移计实时监测边坡位移情况，监测灵敏，监测面广，可有效减少损失。
本发明专利提供的技术方案是：
所述信息获取单元包括：所监测的边坡体15、混凝土位移监测桩14、混凝土固定桩11、载物平板9、滑坡地表位移计12和连接螺栓18；所述信息汇总单元包括：信息收集点7、信息汇总点2、电缆8和GPRS无线设备1，用于对信息收集和汇总；所述供电单元包括太阳能板16、支撑杆6、蓄电池1和数据线17，用于对整个过程供电；所述分析决策单元包括分析模块3、报警模块4和ARCGIS软件显示模块5，分析模块3对位移信息进行分析，报警模块4进行及时有效地预警，而ARCGIS显示模块5将在地图上显示危险区的具体位置。
所述信息获取单元、信息汇总单元和供电单元设在监测区，所述分析决策单元设在当地监测中心。
所述一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述混凝土位移监测桩14设在边坡区的栅格交界点上，所述混凝土固定桩11设在边坡后面的安全区。
监测桩14与固定桩11均采用现浇混凝土的方式与边坡体连接成一体。
所述滑坡地表位移计12上设置有基底半导体应力感应器贴片13，且该贴片安置于该位移计1/2处，滑坡地表位移计12两端分别通过一个接头环配合锚固于桩顶部的螺栓18进行连接。
所述一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：滑坡地表位移计12主体组成为柔性钢丝(伸缩系数微小)，量程为100mm，分辨率为0.01mm，精度为0.1mm，适用温度为-15～70℃。
所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：基底半导体应力传感器贴片13的灵敏度系数为100，电阻温度系数为0.1％/℃，灵敏度温度系数为-0.12％/℃，最大工作电流为50mA，工作温度为-30℃～+80℃，极限应变为5000mε。
所述供电单元的支撑杆6一端与光伏太阳能板16可转动连接，另一端与载物平板9螺栓连接。电能储存在蓄电池10里，通过数据线17对信息获取单元和信息汇总单元供电。
所述信息收集点7用于收集每个栅格的信息，它将位移传感器的电信号转换为数字信号后通过电缆8传递给信息汇总点2，然后通过所述GPRS无线设备1将所有位移信息汇总以数字矩阵的形式传递给分析与决策单元。
所述分析决策单元先将信息汇总单元传递过来的数字矩阵导入分析模块3进行分析，报警模块4针对不同分析结果作出以下两种情况的预警：
第一种情况是位移信息为0，报警模块4预警边坡已经发生塌陷或滑坡地表位移计12出现故障。第二种情况是位移信息在阈值之内，报警模块预警出现危险单元。ARCGIS软件显示模块5在地图上显示两种情况下对应栅格具体位置。对于第一种情况，相关人员前往进行设备检修或路面清理。对于第二种情况，相关人员前往对危险单元进行及时加固。
本发明的有益效果在于：
(1)监测设备的安装和操作流程简单易懂。
(2)对监测边坡进行虚拟栅格划分，通过监测每一个栅格继而实现对公路边坡的全覆盖监测。
(3)采用并联式滑坡地表位移计进行监测，增大了可以监测的地表位移区间。
(4)采用太阳能电板供电，节能环保。
(5)基于GPRS无线设备和ARCGIS软件建立信息网，可以实现位移信息的实时传递，极大地提高了了工作人员工作效率。
附图说明
图1为监测实现结构框图
图2为系统装置布置图
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明专利的技术方案进行进一步详细说明。
(1)本发明专利提供一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，如图1所示，包括信息获取单元(所监测的边坡体、混凝土位移监测桩、混凝土固定桩、载物平板、滑坡地表位移计)、信息汇总单元(信息收集点、信息汇总点、电缆和GPRS无线设备)、供电单元(太阳能板、支撑杆、蓄电池和数据线)、分析决策单元(分析模块、报警模块和ARCGIS软件显示模块)。如图2所示，先将边坡栅格化，然后采用并联式滑坡地表位移计去监测每个边坡栅格位移情况，通过分析对危险栅格进行显示和预警。
(2)所述监测边坡体，以10m×10m为标准将边坡进行栅格划分，在交界点作标记，在边坡附近选择一块安全区，确定钢筋混凝土固定桩的位置并作标记，方便后面打桩。
(3)所述混凝土监测桩和固定桩，预先在工厂制作，安装时采用先打入后灌浆的方式与地层锚固在一起。
(4)所述载物平板，通过四个螺栓与混凝土固定桩锚固在一起；所述并联式滑坡地表位移计，两端分别通过接头环配合锚固于载物平台的螺栓连接。
(5)所述供电单元，包括太阳能板、支撑杆、蓄电池和数据线，放置于载物平板上，支撑杆一端与载物平板螺栓连接，另一端与太阳能板可转动连接，并保证阳光直射在太阳能板上。供电单元通过数据线进行供电。
(6)所述信息收集点安装于载物平板上，每一个信息收集点收集一列栅格信息，并通过电缆将信息传送给信息汇总点；所述信息汇总点，整合所有信息后通过GPRS无线设备将信息返回分析与决策单元。
(7)所述分析与决策单元建立于当地监测中心，包括分析模块、预警模块和ARCGIS软件显示模块。针对两种情况作出决策：第一种情况是位移信息为0，报警模块预警边坡已经发生塌陷或设备出现故障。对此，相关人员按照ARCGS地图所示前往进行设备检修或路面清理。第二种情况是位移信息在阈值之内，报警模块预警出现危险单元。相关人员按照ARCGS地图所示前往对危险单元进行及时加固。
Claims (10)
1.一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：包括信息获取单元、信息汇总单元、供电单元和分析决策单元；将边坡划分为10m×10m的栅格，具体按实际作调整，通过信息获取单元获得每个栅格区的下滑位移信息，通经信息汇总单元将所有位移信息整合并导入分析决策单元，对于那些在阈值内的栅格，分析决策单元进行预警并在地图上实时显示，方便人工进行及时有效地处理；整个过程由供电单元提供能源支持。
2.如权利要求1所述的一种一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于，所述信息获取单元包括：所监测的边坡体(15)、混凝土位移监测桩(14)、混凝土固定桩(11)、载物平板(9)、滑坡地表位移计(12)和连接螺栓(18)；所述信息汇总单元包括，信息收集点(7)、信息汇总点(2)、电缆(8)和GPRS无线设备(1)，用于对信息收集和汇总；所述供电单元包括太阳能板(16)、支撑杆(6)、蓄电池(1)和数据线(17)，用于对整个过程供电；所述分析决策单元包括分析模块(3)、报警模块(4)和ARCGIS软件显示模块(5)，分析模块(3)对位移信息进行分析，报警模块(4)进行及时有效地预警，而ARCGIS显示模块(5)将在地图上显示危险区的具体位置。
3.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述混凝土位移监测桩(14)设在边坡区的栅格交界点上，所述混凝土固定桩(11)设在边坡后面的安全区。
4.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：监测桩(14)与固定桩(11)均采用现浇混凝土的方式与边坡体连接成一体。
5.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述滑坡地表位移计(12)上设置有基底半导体应力感应器贴片(13)，且该贴片安置于该位移计1/2处，滑坡地表位移计(12)两端分别通过一个接头环配合锚固于桩顶部的螺栓(18)进行连接。
6.如权利要求5所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：滑坡地表位移计(12)主体组成为柔性钢丝，量程为100mm，分辨率为0.01mm，精度为0.1mm，适用温度为-15～70℃。
7.如权利要求5所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：基底半导体应力传感器贴片(13)的灵敏度系数为100，电阻温度系数为0.1％/℃，灵敏度温度系数为-0.12％/℃，最大工作电流为50mA，工作温度为-30℃～+80℃，极限应变为
8.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述供电单元的支撑杆(6)一端与光伏太阳能板(16)可转动连接，另一端与载物平板(9)螺栓连接；电能储存在蓄电池(10)里，通过数据线(17)对信息获取单元和信息汇总单元供电。
9.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述信息收集点(7)用于收集每个栅格的信息，它将位移传感器的电信号转换为数字信号后通过电缆(8)传递给信息汇总点(2)，然后通过所述GPRS无线设备(1)将所有位移信息汇总以数字矩阵的形式传递给分析与决策单元。
10.如权利要求2所述的一种全覆盖式公路边坡监测与预警系统，其特征在于：所述分析决策单元先将信息汇总单元传递过来的数字矩阵导入分析模块(3)进行分析，报警模块(4)针对不同分析结果作出预警。
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