CN113362569A - 一种土木工程用护坡滑坡监测方法及检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程监测技术领域，尤其涉及一种土木工程用护坡滑坡监测方法及检测系统及方法；包括护坡、数据分析中心、气象数据模块和用户预警终端；流水驱动的发电模块，利用雨水发电，保证了传感器的供电效果，节约了接线的材料；其次设置专门用于护坡的应力传感器，材料成本低，监测效果好，由于滑坡前都会发生护坡的变形，因此只需要监测护坡的变形情况就可以很好的对滑坡进行监测；还设置了气象数据的获取模块，可以实时获取气象中心的滑坡风险系数以及雨水系数，从而对滑坡的风险进一步提供计算指标；本发明针对护坡结合气象数据、湿度数据、应力数据的变化综合计算得到滑坡风险系数，针对性好，实用性强。

Description

一种土木工程用护坡滑坡监测方法及检测系统及方法
技术领域
本发明涉及工程监测技术领域，尤其涉及一种土木工程用护坡滑坡监测方法及检测系统及方法。
背景技术
桥址所在河段，河岸的凹岸逐年迎受水流冲刷，会使河岸不断地坍塌。为保护桥梁和路堤安全，须在凹岸修筑防护建筑物。此外，因设桥引起河水流向变化，冲刷河岸而危及农田和村镇时，也须在河岸修建防护建筑物。
当面临连续暴雨时，护坡容易发生滑坡，现有技术中的滑坡监测一般有设置传感器、卫星监测、视频监测几种方式；但是视频监测误差很大，精度不高；设置传感器的方式需要大量的材料，且传感器的长期供电需要消耗大量能源；而卫星监测本身难以对体积不大的护坡适用；因此本领域需要设置一种专门用于护坡的滑坡监测系统。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，本发明提供一种土木工程用护坡滑坡检测系统及方法，针对护坡结合气象数据、湿度数据、应力数据的变化综合计算得到滑坡风险系数，针对性好，实用性强。
一种土木工程用护坡滑坡检测系统，包括护坡、数据分析中心、气象数据模块和用户预警终端；其中：
气象数据模块用于从气象服务数据库获取气象数据，并将气象数据发送给数据分析中心；
护坡包括护坡块1、护坡传感器模块2、应力检测模块3、雨水发电模块4、无线通讯模块；其中护坡传感器模块2设置在护坡块1上，用于收集护坡块1所在位置的土壤湿度；应力检测模块3设置在护坡块1之间，用于检测护坡块1之间的拉力和压力变化，反应护坡内部应力；雨水发电模块4设置在护坡块1的外侧，为护坡传感器模块2、应力检测模块3和无线通讯模块提供电力；
无线通讯模块连接护坡传感器模块2和应力检测模块3，用于收集护坡传感器模块2和应力检测模块3的检测数据，并将数据无线发送给数据分析中心，数据分析中心能够向用户预警终端发出滑坡预警，用户预警终端能够接收数据分析中心发出的预警并发出预警信号。
所述护坡块1设置在边坡外侧，用于支撑边坡，每层护坡设置多个护坡块1，多层护坡块1堆叠形成整个护坡，护坡块1的坡度比边坡的坡度小；护坡传感器模块2设置在每个护坡块1与边坡土壤接触面的中心。
所述护坡块1的外侧设置雨水发电模块4，雨水发电模块4包括排水槽、发电转子和蓄电池，其中发电转子设置在排水槽底部，且发电转子与蓄电池之间电连接，蓄电池分别与护坡传感器模块2、应力检测模块3、无线通讯模块之间电连接。
所述应力检测模块3包括应力检测器和导电橡胶，导电橡胶的两端固定在相邻护坡块1的面上，应力检测器用于检测导电橡胶的电阻。
所述护坡块1还设置有太阳能发电板，太阳能发电板连接雨水发电模块4的蓄电池，为蓄电池充电。
所述不同层护坡的护坡块1的高度不同，从下至上依次增大，护坡块1的顶部设置有阻挡水从护坡块1外侧流出的挡板5。
一种利用所述的检测系统进行护坡滑坡监测方法，包括如下步骤：
步骤一、护坡块1的安装；
将护坡块1根据边坡的形状安装到边坡的外侧，且最下一层的护坡块1底部固定到地面上；安装时还要安装好护坡传感器模块2和应力检测模块3；
步骤二、应力检测模块3的归零；
连接好各个系统模块，数据分析中心收集一次应力检测模块3的数据，此时的数据为安全状态下的初始数据，此时的应力检测模块3检测的是护坡块1之间本身的压力；然后通过数据分析中心将该初始数据归零，即后续采集的应力数据只反馈实时应力数据与初始应力数据的差值，拉力表示为正值，压力表示为负值；
步骤三、数据分析中心从气象数据中获得第一滑坡风险系数A1和降水指数B；数据分析中心获取每个雨水发电模块4的工作状态C，从护坡传感器模块2获取土壤湿度D，从应力检测模块3获得每个应力传感器测得力的数据E；
数据分析中心根据降水指数B和雨水发电模块4的工作状态C判断雨水发电模块4是否存在故障，如果B大于阈值，但某个雨水发电模块4的工作状态低于阈值，则认定该雨水发电模块4存在故障，需要检修；
步骤四、数据分析中心根据降水指数B×降水总时间T计算得到第二滑坡风险系数A2，数据分析中心计算应力检测模块3的应力传感器测量得到的力的数据E的方差得到第三滑坡风险系数A3；
数据分析中心将第一滑坡风险系数A1、第二滑坡风险系数A2、第三滑坡风险系数A3以及土壤湿度D相乘得到最终滑坡风险系数A0；当A0大于预先设置的阈值时，数据分析中心向用户预警终端发出滑坡预警，并由用户预警终端发出预警信号。
本发明的有益效果是：
本发明设置了流水驱动的发电模块，由于滑坡一般都是在暴雨发生时的次生危险，因此在平时没有暴雨时，传感器是不需要供电的，而在暴雨时，可以利用雨水发电，保证了传感器的供电效果，节约了接线的材料；其次设置专门用于护坡的应力传感器，材料成本低，监测效果好，由于滑坡前都会发生护坡的变形，因此只需要监测护坡的变形情况就可以很好的对滑坡进行监测；还设置了气象数据的获取模块，可以实时获取气象中心的滑坡风险系数以及雨水系数，从而对滑坡的风险进一步提供计算指标；本发明针对护坡结合气象数据、湿度数据、应力数据的变化综合计算得到滑坡风险系数，针对性好，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明护坡块安装示意图；
图3为本发明的护坡块连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例1：
如图1至3所示，一种土木工程用护坡滑坡检测系统，包括护坡、数据分析中心、气象数据模块和用户预警终端；其中：
气象数据模块用于从气象服务数据库获取气象数据，并将气象数据发送给数据分析中心；
护坡包括护坡块1、护坡传感器模块2、应力检测模块3、雨水发电模块4、无线通讯模块；其中护坡传感器模块2设置在护坡块1上，用于收集护坡块1所在位置的土壤湿度；应力检测模块3设置在护坡块1之间，用于检测护坡块1之间的拉力和压力变化，反应护坡内部应力；雨水发电模块4设置在护坡块1的外侧，用于当雨水流过时推动转子发电，从而为护坡传感器模块2、应力检测模块3和无线通讯模块提供电力；
无线通讯模块连接护坡传感器模块2和应力检测模块3，用于收集护坡传感器模块2和应力检测模块3的检测数据，并将数据无线发送给数据分析中心；数据分析中心能够向用户预警终端发出滑坡预警，用户预警终端能够接收数据分析中心发出的预警并发出预警信号。
数据分析中心从气象数据中获得第一滑坡风险系数A1和降水指数B；数据分析中心获取每个雨水发电模块4的工作状态C，从护坡传感器模块2获取土壤湿度D，从应力检测模块3获得每个应力传感器测得力的数据E；
数据分析中心根据降水指数B×降水总时间T计算得到第二滑坡风险系数A2，数据分析中心计算应力检测模块3中应力传感器测量得到的力的数据E的方差得到第三滑坡风险系数A3；
数据分析中心将第一滑坡风险系数A1、第二滑坡风险系数A2、第三滑坡风险系数A3以及土壤湿度D相乘得到最终滑坡风险系数A0；当A0大于预先设置的阈值时，数据分析中心向用户预警终端发出滑坡预警。
所述护坡块1设置在边坡外侧，用于支撑边坡，每层护坡设置多个护坡块1，多层护坡块1堆叠形成整个护坡，护坡块1的坡度比边坡的坡度小；护坡传感器模块2设置在每个护坡块1与边坡土壤接触面的中心。
所述护坡块1的外侧设置雨水发电模块4，雨水发电模块4包括排水槽、发电转子和蓄电池，其中发电转子设置在排水槽底部，且发电转子与蓄电池之间电连接，蓄电池分别与护坡传感器模块2、应力检测模块3、无线通讯模块之间电连接。
雨水从排水槽流下时推动发电转子转动，从而为蓄电池充电，蓄电池充满电后为护坡传感器模块2、应力检测模块3、无线通讯模块提供100小时以上的电力。
所述应力检测模块3设置在相邻的护坡块1之间，相邻的护坡块1的面上设置四个应力检测模块3，分别靠近相邻面的四个顶点；应力检测模块3包括应力检测器和导电橡胶，导电橡胶的两端固定在相邻护坡块1的面上，应力检测器与导电橡胶之间电连接用于检测导电橡胶的电阻。
当护坡块1被土壤挤压移动时，由于相邻的护坡块1之间的位移不同，导电橡胶会受到不同程度的挤压或者拉伸，导致导电橡胶变形；变形导致导电橡胶两端之间的电阻发生变化，应力检测器通过检测导电橡胶的电阻变化判断得到导电橡胶的受力情况，并将受力数据通过无线通讯模块发送给数据分析中心。
所述护坡块1还设置有太阳能发电板，太阳能发电板连接雨水发电模块4的蓄电池，为蓄电池充电，以保证平时进行检修时可以给传感器等提供电力。
所述不同层护坡的护坡块1的高度不同，从下至上依次增大，护坡块1的顶部设置有阻挡水从护坡块1外侧流出的挡板5，保证雨水发电模块4具有足够的水进行发电。
一种利用所述的检测系统进行护坡滑坡监测方法，包括如下步骤：
步骤一、护坡块1的安装；
将护坡块1根据边坡的形状安装到边坡的外侧，且最下一层的护坡块1底部固定到地面上；安装时还要安装好护坡传感器模块2和应力检测模块3；
步骤二、应力检测模块3的归零；
连接好各个系统模块，数据分析中心收集一次应力检测模块3的数据，此时的数据为安全状态下的初始数据，此时的应力检测模块3检测的是护坡块1之间本身的压力；然后通过数据分析中心将该初始数据归零，即后续采集的应力数据只反馈实时应力数据与初始应力数据的差值，拉力表示为正值，压力表示为负值；
步骤三、数据分析中心从气象数据中获得第一滑坡风险系数A1和降水指数B；数据分析中心获取每个雨水发电模块4的工作状态C，从护坡传感器模块2获取土壤湿度D，从应力检测模块3获得每个应力传感器测得力的数据E；
数据分析中心根据降水指数B和雨水发电模块4的工作状态C判断雨水发电模块4是否存在故障，如果B大于阈值，但某个雨水发电模块4的工作状态低于阈值，则认定该雨水发电模块4存在故障，需要检修；
步骤四、数据分析中心根据降水指数B×降水总时间T计算得到第二滑坡风险系数A2，数据分析中心计算应力检测模块3的应力传感器测量得到的力的数据E的方差得到第三滑坡风险系数A3；
数据分析中心将第一滑坡风险系数A1、第二滑坡风险系数A2、第三滑坡风险系数A3以及土壤湿度D相乘得到最终滑坡风险系数A0；当A0大于预先设置的阈值时，数据分析中心向用户预警终端发出滑坡预警。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种土木工程用护坡滑坡检测系统，包括护坡、数据分析中心、气象数据模块和用户预警终端，其特征在于：
气象数据模块用于从气象服务数据库获取气象数据，并将气象数据发送给数据分析中心；
护坡包括护坡块(1)、护坡传感器模块(2)、应力检测模块(3)、雨水发电模块(4)和无线通讯模块；护坡传感器模块(2)设置在护坡块(1)上，用于收集护坡块(1)所在位置的土壤湿度；应力检测模块(3)设置在护坡块(1)之间，用于检测护坡块(1)之间的拉力和压力变化，反应护坡内部应力；雨水发电模块(4)设置在护坡块(1)的外侧，为护坡传感器模块(2)、应力检测模块(3)和无线通讯模块提供电力；
无线通讯模块连接护坡传感器模块(2)和应力检测模块(3)，用于收集护坡传感器模块(2)和应力检测模块(3)的检测数据，并将数据无线发送给数据分析中心，数据分析中心能够向用户预警终端发出滑坡预警，用户预警终端能够接收数据分析中心发出的预警并发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种土木工程用护坡滑坡检测系统，其特征在于护坡块(1)设置在边坡外侧，用于支撑边坡，每层护坡设置多个护坡块(1)，多层护坡块(1)堆叠形成整个护坡，护坡块(1)的坡度比边坡的坡度小；护坡传感器模块(2)设置在每个护坡块(1)与边坡土壤接触面的中心。
3.根据权利要求2所述的一种土木工程用护坡滑坡检测系统，其特征在于护坡块(1)的外侧设置雨水发电模块(4)，雨水发电模块(4)包括排水槽、发电转子和蓄电池，其中发电转子设置在排水槽底部，且发电转子与蓄电池之间电连接，蓄电池分别与护坡传感器模块(2)、应力检测模块(3)、无线通讯模块之间电连接。
4.根据权利要求3所述的一种土木工程用护坡滑坡检测系统，其特征在于所述应力检测模块(3)包括应力检测器和导电橡胶，导电橡胶的两端固定在相邻护坡块1的面上，应力检测器用于检测导电橡胶的电阻。
5.根据权利要求4所述的一种土木工程用护坡滑坡检测系统，其特征在于护坡块(1)还设置有太阳能发电板，太阳能发电板连接雨水发电模块(4)的蓄电池，为蓄电池充电。
6.根据权利要求5所述的土木工程用护坡滑坡检测系统，其特征在于不同层护坡块(1)的高度不同，从下至上依次增大，护坡块(1)的顶部设置有阻挡水从护坡块(1)外侧流出的挡板(5)。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的一种土木工程用护坡滑坡检测系统进行护坡滑坡监测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、护坡块(1)的安装；
将护坡块(1)根据边坡的形状安装到边坡的外侧，且最下一层的护坡块(1)底部固定到地面上；安装时安装好护坡传感器模块(2)和应力检测模块(3)；
步骤二、应力检测模块(3)的归零；
连接好各个系统模块，数据分析中心收集一次应力检测模块(3)的数据，此时的数据为安全状态下的初始数据，此时的应力检测模块(3)检测的是护坡块(1)之间本身的压力；然后通过数据分析中心将该初始数据归零，即后续采集的应力数据只反馈实时应力数据与初始应力数据的差值，拉力表示为正值，压力表示为负值；
步骤三、数据分析中心从气象数据中获得第一滑坡风险系数A1和降水指数B；数据分析中心获取每个雨水发电模块(4)的工作状态C，从护坡传感器模块(2)获取土壤湿度D，从应力检测模块(3)获得每个应力传感器测得力的数据E；
数据分析中心根据降水指数B和雨水发电模块(4)的工作状态C判断雨水发电模块(4)是否存在故障，如果B大于阈值，但某个雨水发电模块(4)的工作状态低于阈值，则认定该雨水发电模块(4)存在故障，需要检修；
步骤四、数据分析中心根据降水指数B×降水总时间T计算得到第二滑坡风险系数A2，数据分析中心计算应力传感器测量得到的力的数据E的方差得到第三滑坡风险系数A3；数据分析中心将第一滑坡风险系数A1、第二滑坡风险系数A2、第三滑坡风险系数A3以及土壤湿度D相乘得到最终滑坡风险系数A0；当A0大于预先设置的阈值时，数据分析中心向用户预警终端发出滑坡预警,并由用户预警终端发出预警信号。
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