CN113393646A - 一种山体滑坡超声监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种山体滑坡超声监测系统,包括：设于山体内的感应件，通过感应件的受力形变程度来监测山体；与所述感应件配合的超声应力测量模块，用于收集和处理感应件的数据来获得形变程度判定值并通过形变程度判定值判定山体情况；云端服务器，用于接收超声应力测量模块的检测判定结果；通讯模块，用于将超声应力测量模块的检测结果传输到云端服务器。

Description

一种山体滑坡超声监测系统
技术领域
本发明属于山体滑坡检测技术领域，尤其是涉及一种山体滑坡超声监测系统。
背景技术
公路及铁路运输承担着陆上绝大部分的交通运输任务，发达的公路及铁路交通运输网络是任何一个国家或地区实现经济快速发展的先决条件。公路和铁路沿线往往有相当多的自然灾害，例如强风、降雪、洪水、地震、火灾、落石和路基沉降等。山体滑坡是公路和铁路沿线广泛存在的一种地质灾害。它是由特殊地质构造引发的一种地质变化，往往会造成次生地质灾害。
山体滑坡监测就是通过各种技术方法来预测山体滑坡的趋势，是预防山体滑坡造成次生地质灾害的主要手段。通过山体滑坡监测，可以了解和掌握滑坡体的演变过程，及时捕捉滑坡灾害的特征信息，以便在山体滑坡形成次生灾害前及时发出警报，以免造成生命财产的损失。山体滑坡监测需要做到不间断监测，才能保证交通运输的安全运行。
目前，用于山体滑坡监测的技术方法中，人工测量技术不仅自动化程度低，而且劳动量过大，也难以实现长时间的实时测量。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种山体滑坡超声监测系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种山体滑坡超声监测系统,包括：
设于山体内的感应件，通过感应件的受力形变程度来监测山体；
与所述感应件配合的超声应力测量模块，用于采集和处理感应件的数据来获得形变程度判定值并通过形变程度判定值判定山体情况；
云端服务器，用于接收超声应力测量模块的检测判定结果；
通讯模块，用于将超声应力测量模块的检测结果传输到云端服务器；当山体发生滑坡时，感应件将受力发生形变，通过超声应力测量模块实时监测感应件形变程度，当形变程度达到一定时，超声应力测量模块将判定山体发生滑坡，并通讯模块将山体滑坡的警告发送到云端服务器上。
优选的，所述超声应力测量模块包括设于所述感应件上的超声波传感器、温度传感器及数据处理单元，所述数据处理单元用于收集处理所述感应件内超声波的物理参数。
优选的，所述数据处理单元收集处理超声波传感器的数据可得形变程度判定值B,形变程度判定值B设有阈值Y,当判定值B＞Y时，判定山体存在滑移趋势；当判定值B≤Y时，判定山体正常。
优选的，所述形变程度判定值B＝P+(KT·ΔT+Tb)·a+A·b+f·c，其中a,b,c均为加权系数，P为声波时差，A为超声波幅值衰减程度变化值，f为频率谱变化值，KT为温度系数，ΔT感应件的温度变化值，Tb为感应件的初始温度；当发生身体滑坡时，感应件将受力变形，其轴向长度变化导致了超声波的声波时差和幅值衰减程度变化，通过数据处理单元数据处理得到B，并将B与设定的阈值进行比较，若超过了阈值则判断为山体滑坡，并通过通讯模块模块向云端服务器发出信号；通过P，A,f三值测定得到的形变程度判定值B可进一步提高对金属杆形变的检测准度，从而提高对山体滑坡检测的准确度。
优选的，所述数据处理单元包括与所述感应件配合的引出线、与所述引出线相连的扩展器及与所述扩展器相连的超声信号源。
优选的，所述扩展器可相互串联，每个扩展器的工作口依次工作，超声信号源实现控制扩展器的工作口工作并完成数据收集、分析和计算。
优选的，所述云端服务器将接收的信号传送到PC端或手机端。
优选的，所述感应件倾斜设在山体上，感应件的轴线与水平面的夹角为30-45°。
综上所述，当山体发生滑坡时，感应件将受力发生形变，通过超声应力测量模块实时监测感应件形变程度，当形变程度达到一定时，超声应力测量模块将判定山体发生滑坡，并通讯模块将山体滑坡的警告发送到云端服务器上。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种山体滑坡超声监测系统，包括感应件、超声应力测量模块、通讯模块、云端服务器及电源模块，所述感应件选用金属棒，其穿设在山体内，感应件的轴线与水平面的夹角为30-45°，优选35度，且感应件的端部设有温度传感器，用于监测感应件的环境温度，便于后续修正由于温度引起的超声速度特征量变化量；所述超声应力测量模块包括设于所述感应件上的超声波传感器和数据处理单元，所述超声波传感器设在感应件顶面上，用于向感应件发送超声波和接收金属杆底面上反射回来的超声波；超声波在感应件的顶面时的波为初始波，从感应件的顶面传到底面时为底波(底面回波)，超声波在顶面和底面之间来回衰减，超声波的幅值衰减满足负指数衰减，感应件受力弯曲的时候，其轴向长度变化导致了波的往返传播时差变化；所述电源模块用于对超声应力测量模块和通讯模块供电，选用太阳能电池板。
具体的，所述数据处理单元包括引出线、扩展器、超声信号源及数据分析单元，所述引出线通过插接件与感应件相连；所述扩展器选用多通道扩展器，且扩展器带有温度采集功能，感应件上的温度传感器是通过扩展器对感应件进行温度采集的，扩展器再将温度数据上传到超声应力测量模块；扩展器可串联多个扩展器，每个扩展器的工作口依次工作，超声信号源实现控制扩展器的工作口工作并完成数据收集、分析和计算；超声信号源可收集处理超声波的数据得到声波时差P、超声波幅值衰减程度变化值A、频率谱变化值f及形变程度判定值B，声波时差P为感应件未形变时标准接收声波的时间与感应件插入山体后超声波传感器测得的接收声波时间的差值；超声波幅值衰减程度变化值A为感应件未形变时标准超声波幅值衰减值与感应件插入山体后超声波传感器测定的超声波幅值衰减值的差值；频率谱是通过傅里叶变换公式得到的，频率谱变化值f为感应件未形变时标准频率谱与感应件插入山体后测定的频率谱的差值；B＝P+(KT·ΔT+Tb)·a+A·b+f·c，其中a,b,c均为加权系数，KT为温度系数，ΔT感应件的温度变化值，Tb为感应件的初始温度，且B设定有一个阈值Y；当发生山体滑坡时，感应件将受力变形，其轴向长度变化导致了超声波的声波时差和幅值衰减程度变化，通过数据处理单元数据处理得到形变程度判定值B，并将形变程度判定值B与设定的阈值Y进行比较，当判定值B＞Y时，判定山体存在滑移趋势，并通过通讯模块向云端服务器发出信号，当判定值B≤Y时，判定山体正常；通过P，A,f三值测定得到的判定值B可进一步提高对感应件形变的检测准度，从而提高对山体滑坡检测的准确度。
具体的，所述数据传输模块可选用无线4G或5G；所述云端服务器可将信号推送到PC端或手机端。
山体滑坡的具体检测过程为：1、将感应件倾斜打入到山体内；2、采集感应件的P，A,f的基准值；3、间隔采集超声应力测量模块的信号，通过形变程度判定值B与阈值Y比对判定山体情况；4将判定结果传输到云端服务器上；5、云端服务器将判定结果推送到PC端或手机端。

Claims (8)

1.一种山体滑坡超声监测系统,其特征在于，包括：
设于山体内的感应件，通过感应件的形变程度来监测山体滑坡；与所述感应件配合的超声应力测量模块，用于采集和处理感应件的数据来获得形变程度判定值B并通过形变程度判定值判定山体滑坡情况；
云端服务器，用于接收超声应力测量模块的检测判定结果；
通讯模块，用于将超声应力测量模块的检测结果传输到云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述超声应力测量模块包括设于所述感应件上的超声波传感器、温度传感器及数据处理单元，所述数据处理单元用于采集处理所述感应件内超声波的物理参数，所述温度传感器用于采集感应件的温度信息。
3.根据权利要求2所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述形变程度判定值B设有阈值Y,当判定值B＞Y时，判定山体存在滑坡趋势；当判定值B≤Y时，判定山体正常。
4.根据权利要求4所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述形变程度判定值B＝P+(KT·ΔT+Tb)·a+A·b+f·c，其中a,b,c均为加权系数，P为声波时差，A为超声波幅值衰减程度变化值，f为频率谱变化值，KT为温度系数，ΔT感应件的温度变化值，Tb为感应件的初始温度。
5.根据权利要求2所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括与所述感应件配合的引出线、与所述引出线相连的扩展器及与所述扩展器相连的超声信号源。
6.根据权利要求6所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述扩展器可相互串联，每个扩展器的工作口依次工作，超声信号源实现控制扩展器的工作口工作并完成数据收集、分析和计算。
7.根据权利要求1所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述云端服务器将接收的信号传送到PC端或手机端。
8.根据权利要求1所述的一种山体滑坡超声监测系统，其特征在于：所述感应件倾斜设在山体上，感应件的轴线与水平面的夹角为30-45°。
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