CN112509287A - 一种滑坡预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑坡预警系统及方法，该滑坡预警系统包括：光纤，沿被测的坡体的高度方向设置在坡体上；光发射机，通过光纤环形器与光纤的一端相连接；光接收机，与光纤的另一端相连接；光时域反射仪断点检测模块，与光纤环形器相连接；控制器，与光发射机、光接收机和光时域反射仪断点检测模块相连接；报警模块，与控制器相连接；电源，用于给滑坡预警系统供电；该滑坡预警系统通过在坡体上布置光纤，在光纤的两端连接光发射机和光接收机，根据光接收机是否能够接收到光信号，判断坡体是否发生位移，并能够由报警模块发出预警，光时域反射仪断点检测模块还可以检测到光纤的断点位置，对滑坡的预警经济有效。

Description

一种滑坡预警系统及方法

技术领域

本发明属于滑坡预警技术领域，更具体地，涉及一种滑坡预警系统及方法。

背景技术

随着中国交通事业的不断发展，公路里程不断拓展，以往不便通车的地区也实现了通车。在开山修路的同时，由于各种极端天气状况造成的道路滑坡也越来越多，对人民的生命财产造成了极大的威胁。特别在地形复杂，降水相对较多的南方以及西南地区，这种地质灾害更加常见。

滑坡的因素是多样的，不同的地质条件，坡度，降水等等因素使得滑坡的定点预警几乎不可能，在天气预报中，也仅仅是对特定区域给出预警。滑坡往往会有一些征兆性的警示，但是，对于行车驾驶人员在车内不可能随时留意这种情况，因此，针对道路两边的坡地，进行滑坡预警就显得十分必要，而目前还没有特别经济有效的滑坡预警系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种滑坡预警系统及方法，该滑坡预警系统通过在坡体上布置光纤，在光纤的两端连接光发射机和光接收机，根据光接收机是否能够接收到光信号，判断坡体是否发生位移，并能够由报警模块发出预警，光时域反射仪断点检测模块还可以检测到光纤的断点位置，对滑坡的预警经济有效。

为了实现上述目的，本发明提供一种滑坡预警系统，包括：

光纤，沿被测的坡体的高度方向设置在所述坡体上；

光发射机，通过光纤环形器与所述光纤的一端相连接；

光接收机，与所述光纤的另一端相连接；

光时域反射仪断点检测模块，与所述光纤环形器相连接；

控制器，与所述光发射机、所述光接收机和所述光时域反射仪断点检测模块相连接；

报警模块，与所述控制器相连接；

电源，用于给所述滑坡预警系统供电。

可选地，所述光纤由所述坡体的顶部向坡体的底部呈蛇形分布。

可选地，所述光纤通过钢钎固定或树脂粘接于所述坡体上，固定间隔为5-20m，相邻的固定点之间的光纤长度冗余设置。

可选地，所述光发射机与所述光接收机为发射接收一体机，所述光纤形成收发同侧光路，所述光纤呈环路设置。

可选地，所述光发射机和所述光接收机分别设置于所述光纤的两端，所述光纤呈单线设置。

可选地，所述电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源和第二电源分别与所述光发射机和所述光接收机相连接。

可选地，所述光时域反射仪断点检测模块包括高灵敏度光电探测器和模/数转换器。

可选地，所述控制器包括电量监测模块和通讯模块，所述电量监测模块与所述电源相连接，所述通讯模块与所述报警模块通讯连接。

可选地，所述报警模块包括警示灯和通讯报警器，所述通讯报警器用于管理人员的管理终端通讯连接。

本发明还提供一种滑坡预警方法，利用上述的滑坡预警系统，其特征在于，包括：

在被测的坡体上设置光纤；

在所述光纤的一端通过光纤环形器连接光发射机，在所述光纤的另一端连接光接收机；

在所述光纤环形器上连接光时域反射仪断点检测模块；

根据所述光接收机是否能够接收到光信号，判断所述光纤的通断，进而判断所述坡体是否发生位移；

当所述光接收机不能接收到光信号时，通过所述光时域反射仪断点检测模块检测所述光纤的断点位置，进而判断所述坡体发生位移的位置。

本发明提供一种滑坡预警系统及方法，其有益效果在于：

1、该滑坡预警系统通过在坡体上布置光纤，在光纤的两端连接光发射机和光接收机，根据所述光接收机是否能够接收到光信号，判断光纤的通断，进而判断坡体是否发生位移，并能够由报警模块发出预警，成本低廉，保证滑坡预警效果；

2、该滑坡预警系统还能够通过光时域反射仪断点检测模块检测所述光纤的断点位置，进而判断所述坡体发生位移的位置，更加准确的预测滑坡位置；

3、该滑坡预警系统的光时域反射仪断点检测模块包括高灵敏度光电探测器和模/数转换器，光接收机可以接收到光脉冲信号时，光发射机采用低重复频率出射光脉冲，以节约电能，此时高灵敏度的光探测器及高速模/数转换器由控制器断路，不消耗电能；

4、该滑坡预警方法实施简单、实施成本低，能够有效监测滑坡并发出预警。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种滑坡预警系统的光纤分布示意图。

图2示出了根据本发明的一实施例的一种滑坡预警系统的整体示意图。

图3示出了根据本发明的另一个实施例的一种滑坡预警系统的整体示意图。

图4示出了根据本发明的一实施例的一种滑坡预警系统的工作流程图。

附图标记说明：

1、光纤；2、坡体；3、光发射机；4、光纤环形器；5、光接收机；6、光时域反射仪断点检测模块；7、控制器；8、报警模块；9、电源；10、第一电源；11、第二电源；12、高灵敏度光电探测器；13、模/数转换器；14、电量监测模块；15、通讯模块；16、警示灯；17、通讯报警器；18、管理终端。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种滑坡预警系统，包括：

光纤，沿被测的坡体的高度方向设置在坡体上；

光发射机，通过光纤环形器与光纤的一端相连接；

光接收机，与光纤的另一端相连接；

光时域反射仪断点检测模块，与光纤环形器相连接；

控制器，与光发射机、光接收机和光时域反射仪断点检测模块相连接；

报警模块，与控制器相连接；

电源，用于给滑坡预警系统供电。

具体的，如果系统中存在光时域反射仪断点检测模块，则该光发射机需要发射脉冲光，坡体发生滑移时固定在坡体上的光纤受损断开，光接收机无法接收到光发射机发射的光信号，此时可以判定滑坡风险出现，通过光时域反射仪断点检测模块检测光纤的断点位置，高灵敏度探测器接收到背向的散射光光通过模/数转换器转变为时域相关的强度信号，进而判断坡体滑移位置，能够对滑坡有一个精准的定位，方便检查和防护；控制器一方面用于设置光发射机、光接收机和光时域反射仪断点检测模块的工作参数，另一方面用于分析光时域反射仪断点检测模块产生的时域信号。

可选地，光纤由坡体的顶部向坡体的底部呈蛇形分布。

具体的，蛇形分布增加光纤监测的覆盖范围，提高预警效果。

可选地，光纤通过钢钎固定或树脂粘接于坡体上，固定间隔为5-20m，相邻的固定点之间的光纤长度冗余设置。

在其它示例中，还可以使用环氧树脂固化等方式使光纤附着于坡体的岩石或土壤的表面。

进一步的，安装光纤的过程中，要保持光纤在固定点之间保有其长度1％到3％的余量，防止由于气温变化导致的光纤热胀冷缩产生附加应力导致误报。

在一个示例中，光发射机与光接收机为发射接收一体机，光纤形成收发同侧光路，光纤呈环路设置。

具体的，光纤的成本比较低，采用发射接收一体机使得该系统只需要一个电源和一个控制器即可，此时光纤为环路布设。

在另一个示例中，光发射机和光接收机分别设置于光纤的两端，光纤呈单线设置。

具体的，对于光纤的监测范围很大的情况，光发射端与光接收端离得很远，这时才需要将光发射机和光接收机分开设置，此时光纤呈单线布设，但此时需要两电源和两个具有相互无线通讯功能的控制器，分别控制光发射机及光时域反射仪断点检测模块、光接收机。

在另一个示例中，电源包括第一电源和第二电源，第一电源和第二电源分别与光发射机、光接收机及光时域反射仪断点检测模块相连接。

可选地，光时域反射仪断点检测模块包括高灵敏度光电探测器和模/数转换器。

具体的，光时域反射仪断点检测模块能够配合光发射机(发射脉冲激光)准确检测光纤的断点位置。

可选地，控制器包括电量监测模块和通讯模块，电量监测模块与电源相连接，通讯模块与报警模块通讯连接。

具体的，通讯模块用于发射报警信号。

可选地，报警模块包括警示灯和通讯报警器，通讯报警器用于管理人员的管理终端通讯连接。

具体的，报警信号分为两种，一种是警示灯开启报警信号，用于控制警示灯开启，警示路上车辆及行人，另一种是管理人员报警信号，能够将控制器中整合的带有风险位置的报警信号输送至管理终端，提醒管理人员采取措施。

本发明还提供一种滑坡预警方法，利用上述的滑坡预警系统，其特征在于，包括：

在被测的坡体上设置光纤；

在光纤的一端通过光纤环形器连接光发射机，在光纤的另一端连接光接收机；

在光纤环形器上连接光时域反射仪断点检测模块；

根据光接收机是否能够接收到光信号，判断光纤的通断，进而判断坡体是否发生位移；

当光接收机不能接收到光信号时，通过光时域反射仪断点检测模块检测光纤的断点位置，进而判断坡体发生位移的位置。

实施例

如图1至图4所示，本发明提供一种滑坡预警系统，包括：

光纤1，沿被测的坡体2的高度方向设置在坡体2上；

光发射机3，通过光纤环形器4与光纤1的一端相连接；

光接收机5，与光纤1的另一端相连接；

光时域反射仪断点检测模块6，与光纤环形器4相连接；

控制器7，与光发射机3、光接收机5和光时域反射仪断点检测模块6相连接；

报警模块8，与控制器7相连接；

电源9，用于给滑坡预警系统供电。

在本实施例中，光纤1由坡体2的顶部向坡体2的底部呈蛇形分布。

在本实施例中，光纤1通过钢钎固定或树脂粘接于坡体2上，固定间隔为5-20m，相邻的固定点之间的光纤1长度冗余设置。

在本实施例中，光发射机3与光接收机5为发射接收一体机，光纤1形成收发同侧光路，光纤1呈环路设置。

在另一个施例中，光发射机3和光接收机5分别设置于光纤1的两端，光纤1呈单线设置。

在另一个实施例中，电源9包括第一电源10和第二电源11，第一电源10和第二电源11分别与光发射机3、光接收机5及光时域反射仪断点检测模块6相连接。

具体的，出于布设成本考虑，光发射机3、光接收机5及光时域反射仪断点检测模块6可以整合为一个发射接收一体机设备并与控制器7等使用同一电源9进行供电，光纤1采用双股环路布置，光纤1成本较低；仅当监测距离过长时，才考虑将光发射机3、光接收机5及光时域反射仪断点检测模块6分开布置，光发射机3和光接收机5分别设置第一电源10和第二电源11，并且需要额外的含有无线交互通讯功能的控制器7。

在本实施例中，光时域反射仪断点检测模块6包括高灵敏度光电探测器12和模/数转换器13。

在本实施例中，控制器7包括电量监测模块14和通讯模块15，电量监测模块14与电源9相连接，通讯模块15与报警模块8通讯连接。

在本实施例中，报警模块8包括警示灯16和通讯报警器17，通讯报警器17用于管理人员的管理终端18通讯连接。

本发明还提供一种滑坡预警方法，利用上述的滑坡预警系统，其特征在于，包括：

在被测的坡体上设置光纤1；

在光纤1的一端通过光纤环形器4连接光发射机3，在光纤1的另一端连接光接收机5；

在光纤环形器4上连接光时域反射仪断点检测模块6；

根据光接收机5是否能够接收到光信号，判断光纤1的通断，进而判断坡体2是否发生位移；

当光接收机5不能接收到光信号时，通过光时域反射仪断点检测模块6检测光纤1的断点位置，进而判断坡体2发生位移的位置。

综上，本发明提供的滑坡预警系统使用时，在具有滑坡风险的区段，根据评估，将坡体2按风险划分为不同等级，对于高风险等级的坡体2分别在坡体2高度方向上的上、中、下三段等高度蛇形设置光纤1，对于低风险等级的坡体2仅在坡体2的下段沿坡体2的等高度方向设置光纤1；光纤1的安装方法根据坡体2的具体情况作为区别，以钢钎固定的方式使光纤1附着于坡体2的岩石或土壤的表面；光纤1的一端通过光纤环形器4接于光发射机3，另一端接在光接收机5上，光发射机3发射脉冲光信号，正常情况下，在未产生滑坡时，光纤1连通，光接收机5可以接到激光信号，光纤环形器4一端连接有高灵敏度光电探测器12及高速的模/数转换器13组成光时域反射仪断点检测模块6，可用于采集被反射的光时域反射仪12信号，并交由控制器分析；当光纤1未产生损伤时，光接收机5可以接收到光脉冲信号，光发射机3采用低重复频率出射光脉冲，以节约电源，此时高灵敏度光电探测器12及高速的模/数转换器13断路，不消耗电能；在将要产生滑坡或者已经产生滑坡的情况下，光纤1由于坡体2的滑动被拉断，光接收机5无法接受到从光发射机3产生的信号，以此作为滑坡预警的触发条件，此时高灵敏度光电探测器12及模/数转换器13工作，控制器通过模/数转换器13产生的时域信号判断滑坡位置，并给出断点所在位置，通过光纤1断点位置与控制器内的地图信息形成映射，可以方便地查找滑坡位置；实现了滑坡的精确监测。

控制器7能够控制电源9的分配使用、光的发射和光时域反射仪断点检测模块6的开关，光发射机3自带输出光功率监测模块，对于非雨季期低滑坡风险间，控制器7按设定的一定间隔时间打开光发射机3，对该系统进行校验，该校验设定间隔时间可通过通讯模块15在控制器7内进行统一设定，系统校验的信息可由通讯模块15回传至管理终端18的数据中心，校验主要包括三个部分：第一、光发射机3是否工作正常；第二、光纤1是否连通；第三、电源9储电是否充足；其中电源9储电是否充足根据电源9设置情况可以设定阈值，在偏远地区，由于该系统耗电低，可以使用太阳能及储能电池的方案架设电源9。

当该系统开启光发射机3正常工作且，光纤1断开，光接收机5无法接收光信号，则判定滑坡发生，一方面警示灯16对道路行车进行警示，可选红蓝高频闪光，或黄色高亮闪光示警，另一方面由光时域反射仪断点检测模块5对断点位置进行判断，通过通讯报警器17对路管人员进行报告，便于路管发布示警信息，并进行现场检视。检视人员在完成清理，解除滑坡危险后，对于便于安装的区域，可以对原有断裂的光纤1进行重新熔接，对于不便重新熔接的区域，可以采用更换光纤1的方式恢复该系统的正常工作。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种滑坡预警系统，其特征在于，包括：

光纤，沿被测的坡体的高度方向设置在所述坡体上；

光发射机，通过光纤环形器与所述光纤的一端相连接；

光接收机，与所述光纤的另一端相连接；

光时域反射仪断点检测模块，与所述光纤环形器相连接；

控制器，与所述光发射机、所述光接收机和所述光时域反射仪断点检测模块相连接；

报警模块，与所述控制器相连接；

电源，用于给所述滑坡预警系统供电。

2.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述光纤由所述坡体的顶部向坡体的底部呈蛇形分布。

3.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述光纤通过钢钎固定或树脂粘接于所述坡体上，固定间隔为5-20m，相邻的固定点之间的光纤长度冗余设置。

4.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述光发射机与所述光接收机为发射接收一体机，所述光纤形成收发同侧光路，所述光纤呈环路设置。

5.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述光发射机和所述光接收机分别设置于所述光纤的两端，所述光纤呈单线设置。

6.根据权利要求5所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源和第二电源分别与所述光发射机和所述光接收机相连接。

7.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述光时域反射仪断点检测模块包括高灵敏度光电探测器和模/数转换器。

8.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述控制器包括电量监测模块和通讯模块，所述电量监测模块与所述电源相连接，所述通讯模块与所述报警模块通讯连接。

9.根据权利要求1所述的滑坡预警系统，其特征在于，所述报警模块包括警示灯和通讯报警器，所述通讯报警器用于管理人员的管理终端通讯连接。

10.一种滑坡预警方法，利用权利要求1-9任一项所述的滑坡预警系统，其特征在于，包括：

在被测的坡体上设置光纤；

在所述光纤的一端通过光纤环形器连接光发射机，在所述光纤的另一端连接光接收机；

在所述光纤环形器上连接光时域反射仪断点检测模块；

根据所述光接收机是否能够接收到光信号，判断所述光纤的通断，进而判断所述坡体是否发生位移；

当所述光接收机不能接收到光信号时，通过所述光时域反射仪断点检测模块检测所述光纤的断点位置，进而判断所述坡体发生位移的位置。

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