CN115240370A - 公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法。公路边坡浅层滑塌监测报警系统包括：信号传输电缆，位于公路相对的两侧；信号探测器，与所述信号传输电缆的一端相连接，用于向所述信号传输电缆内发送探测信号，并接收所述信号传输电缆的反馈信号；分析报警装置，与所述信号探测器相连接，至少用于对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。本发明的公路边坡浅层滑塌监测报警系统的整个监测过程无需人员到达现场，全程远程监控监测，可以大大节省人力成本，经济性好；当公路发生浅层滑塌时可以及时反馈给监测人员，及时性较高。

Description

公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法

技术领域

本发明涉及公路工程边坡监测技术领域，特别是涉及一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法。

背景技术

在山地和丘陵地区，高速公路修建必然产生数量众多的人工边坡，由于边坡加固防护措施的性能随时间的边长而逐渐降低，在台风和强降雨等恶劣天气作用下，大型边坡由于采用强支挡和加固措施，发生大规模滑塌的情况往往比较少见，但采用自然防护措施的边坡则经常发生浅层滑塌，滑塌岩土体往往越过公路边侧护栏侵入路面，给车辆行驶造成了很大的安全隐患。

降雨诱发边坡浅层滑塌主要是由于持续性降雨下渗进入边坡岩土体，浅部土体饱和程度升高，导致土体抗剪强度下降，在下滑推力超过抗滑阻力情况下浅部变形土体沿饱和滑动面产生迅速下滑，具有十分明显的突变性，很难通过人工巡查的传统方式进行预测，难以在出现边坡浅层滑塌时及时发现。对于公路这类线性构筑物来讲，由于公路纵深较长，若采用人工巡查的传统方式对沿线公路进行全数监控，所需的人工成本较高，经济性较差，及时性差，在现阶段情况下不存在大面积推广应用的可能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法，用于解决现有技术中的采用人工巡查的传统方式对公路进行监测时存在的对于边坡浅层滑塌难以进行预测，难以在出现边坡浅层滑塌时及时发现，所需人工成本较高，经济性较差，及时性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，第一方面，本发明提供一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统，包括：

信号传输电缆，位于公路相对的两侧；

信号探测器，与所述信号传输电缆的一端相连接，用于向所述信号传输电缆内发送探测信号，并接收所述信号传输电缆的反馈信号；

分析报警装置，与所述信号探测器相连接，至少用于对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

可选地，所述信号传输电缆包括单轴电缆及光圆钢丝；所述信号探测器包括时域反射仪。

可选地，还包括：

自动采集仪，与所述信号探测器相连接，用于采集所述反馈信号；

无线传输模块，位于所述自动采集仪内；所述分析报警装置经由所述无线传输模块及所述自动采集仪与所述信号探测器相连接。

可选地，所述反馈信号形成反射曲线，所述分析报警装置包括：

分析比对模块，与所述信号探测器相连接，用于将所述反射曲线与目标曲线进行分析比对，在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警控制信号；

报警装置，与所述分析比对模块相连接，用于在接收到所述报警控制信号后发出所述报警信息。

可选地，所述分析报警装置还包括：

显示装置，用于显示所述反射曲线及所述目标曲线。

可选地，所述分析报警装置包括电脑或手机。

可选地，所述分析比对模块还用于在所述反馈信号异常时，基于所述反馈信号判断所述公路发生浅层滑塌的位置。

第二方面，本发明还一种公路边坡浅层滑塌监测报警方法，基于第一方面中的任一项所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统而执行，所述公路边坡浅层滑塌监测报警方法包括如下步骤：

使用所述信号探测器探测所述信号传输电缆的反馈信号；

所述分析报警装置对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

可选地，所述反馈信号形成反射曲线；所述分析报警装置对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息，包括如下步骤：

将所述反射曲线与目标曲线进行分析比对；

在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警控制信号。

可选地，所述信号探测器接收所述公路未发生浅层滑塌时所述信号传输电缆的反馈信号形成所述目标曲线。

可选地，对所述反馈信号进行分析比对后，在所述反馈信号异常时，还包括：

基于所述反馈信号判断所述公路发生浅层滑塌的位置。

可选地，基于如下公式判断所述公路发生浅层滑塌的位置：

L1＝Vt×t1/2；

其中，L1为公路发生浅层滑塌的位置与信号探测器之间的距离；Vt为探测信号在信号传输电缆中的传输速度；t1为反馈信号异常的时刻。

如上所述，本发明的公路边坡浅层滑塌监测报警系统及监测报警方法，具有以下有益效果：本发明的公路边坡浅层滑塌监测报警系统中的信号探测器可实时监测信号传输电缆所反馈的信号，所述分析报警装置可对信号探测器的反馈信号进行分析比对，并通过反馈信号中的异常信号即可判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息；整个监测过程无需人员到达现场，全程远程监控监测，可以大大节省人力成本，经济性好；当公路发生浅层滑塌时可以及时反馈给监测人员，及时性较高。

附图说明

图1及图2为本发明实施例一中提供的公路边坡浅层滑塌监测报警系统的结构示意图。

图3为本发明实施例一中提供的公路边坡浅层滑塌监测报警系统布置于公路两侧的示意图。

图4为本发明实施例一中提供的公路边坡浅层滑塌监测报警系统中的分析报警装置的结构框图。

图5为本发明实施例一中提供的公路边坡浅层滑塌监测报警系统中的分析报警装置得到反馈曲线与目标曲线的示意图。

图6为本发明实施例二中提供的公路边坡浅层滑塌监测报警方法的流程图。

标号说明：

1、信号传输电缆，11、光圆钢丝，12、单轴电缆，2、信号探测器，3、分析报警装置，31、分析比对模块，32、报警装置，33、显示装置，4、自动采集仪，41、无线传输模块，5、移动电源，61、62、63、同轴电缆，7、公路，8、护栏，9、边坡，91、滑塌体。

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。

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在山地和丘陵地区，高速公路修建必然产生数量众多的人工边坡，由于边坡加固防护措施的性能随时间的边长而逐渐降低，在台风和强降雨等恶劣天气作用下，大型边坡由于采用强支挡和加固措施，发生大规模滑塌的情况往往比较少见，但采用自然防护措施的边坡则经常发生浅层滑塌，滑塌岩土体往往越过公路边侧护栏侵入路面，给车辆行驶造成了很大的安全隐患。

降雨诱发边坡浅层滑塌主要是由于持续性降雨下渗进入边坡岩土体，浅部土体饱和程度升高，导致土体抗剪强度下降，在下滑推力超过抗滑阻力情况下浅部变形土体沿饱和滑动面产生迅速下滑，具有十分明显的突变性，很难通过人工巡查的传统方式进行预测。对于公路这类线性构筑物来讲，由于线路纵深较长，若采用人工巡查的传统方式对沿线各处边坡进行全数监控，所需的人工成本均较高，经济性较差，及时性差，在现阶段情况下不存在大面积推广应用的可能。持续性降雨或短时强降雨期间，公路管养单位也不可能频繁派出巡查车辆进行全线边坡状况检查，所以降雨期间一旦公路沿线某处或多处发生滑塌，管养单位很难在及时得知情况并赶赴现场一一进行确认，并实施恰当的安全警戒和防护措施，这就可能给行驶车辆造成很大的安全隐患。

实施例一

请参阅图1所示，本发明提供一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统，所述公路边坡浅层滑塌监测报警系统包括：

信号传输电缆1，所述信号传输电缆1位于公路7相对的两侧；

信号探测器2，所述信号探测器2与所述信号传输电缆1的一端相连接，用于向所述信号传输电缆1内发送探测信号，并接收所述信号传输电缆1的反馈信号；

分析报警装置3，所述分析报警装置3与所述信号探测器1相连接，至少用于对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

具体的，所述信号传输电缆1可以为多条，多条所述信号传输电缆1可以设于公路7相对的两侧；所述信号探测器2的数量可以为两个，分别设于所述公路7两侧，位于所述公路7同一侧的所述信号传输电缆1可以与同一个所述信号探测器2相连接。当然，在其他实施例中，所述信号探测器2的数量不以两个为限，可以根据具体需要来设定数量。具体的，信号探测器2的数量也可以为一个，此时，各信号传输电缆1均与所述信号探测器2相连接。

需要说明的是，如图1及图2所示，所述公路7相对的两侧可以设有护栏8，所述护栏8外侧可以具有边坡9。

具体的，所述信号探测器2经由同轴电缆61与所述信号传输电缆1相连接。

本发明的公路边坡浅层滑塌监测报警系统中的信号探测器2可实时监测信号传输电缆1所反馈的信号，所述分析报警装置3可实时显示信号传输电缆1的反馈信号，通过反馈的信号可计算出公路全线发生滑塌的边坡位置同时反馈给监测人员。

作为示例，所述信号传输电缆1可以包括单轴电缆12及光圆钢丝11；所述信号探测器2可以包括但不仅限于时域反射仪(TDR，Time-Domain Reflectometry)。

具体的，根据实际情况，所述信号探测器2可采用多种设备仪器，所述信号传输电缆1在受到土体(如图1及图3中的滑塌体91)堆压的时候其阻抗会产生变化，只要所述信号探测器2可实时监测并反映所述信号传输电缆1的信号变化即可；在本实施例中，所述信号探测器2为时域反射仪。

在一示例中，如图2所示，所述公路边坡浅层滑塌监测报警系统还可以包括移动电源5，所述移动电源5与所述信号探测器2相连接，以便于给所述信号探测器供电。

作为示例，请继续参阅图2，所述公路边坡浅层滑塌监测报警系统还包括：

自动采集仪4，所述自动采集仪4与所述信号探测器2相连接，用于采集所述反馈信号；

无线传输模块41，所述无线传输模块41位于所述自动采集仪4内；所述分析报警装置3经由所述无线传输模块41及所述自动采集仪4与所述信号探测器2相连接。

具体的，所述信号探测器2经由同轴电缆61与所述信号传输电缆1相连接；所述信号探测器2经由同轴电缆62与所述自动采集仪4相连接；所述信号探测器2经由同轴电缆63与所述移动电源5相连接。

需要说明的是，所述分析报警装置3内也可以设置有与所述无线传输模块41通信连接的无线接收模块(未示出)。

具体的，所述反馈信号可以为电磁波信号。

作为示例，所述反馈信号形成反射曲线(即如图5中所示的反射曲线)，如图4所示，所述分析报警装置3包括：

分析比对模块31，所述分析比对模块31与所述信号探测器2相连接，用于将所述反射曲线与目标曲线(如图5中的目标曲线)进行分析比对，在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌(即如图3所示的存在滑塌体91)，并发出报警控制信号；

报警装置32，所述报警装置32与所述分析比对模块31相连接，用于在接收到所述报警控制信号后发出所述报警信息。

在一示例中，所述报警装置32可以为警报铃，且当所述分析报警装置3监测到有边坡发生滑塌现象时，所述警报铃可以发出声音报警信号或声光报警信号。

作为示例，请继续参阅图4，所述分析报警装置3还可以包括：

显示装置33，所述显示装置33用于显示所述反射曲线及所述目标曲线，所述反射曲线及所述目标曲线如图5所示。。

作为示例，所述分析报警装置3可以包括电脑或手机。

作为示例，所述分析比对模块31还用于在所述反馈信号异常时，基于所述反馈信号判断所述公路7发生浅层滑塌的位置(即判断如图3中所示的所述滑塌体91的位置)。所述分析比对模块31判断出所述公路7发生浅层滑塌的位置后，可以及时将所述公路7发生浅层滑塌的位置反馈给监测人员。

进一步的，为了方便所述信号探测器2的安装与后续数据的分析，所述信号探测器2设置两套，且分别设于公路两侧。此外，当边坡发生滑塌现象时，为了使公路养护单位的工作人员(即监测人员)能够第一时间做出有效的安全措施，保证交通安全，所述分析报警装置3上设有警报铃，且当所述分析报警装置3监测到有边坡发生滑塌现象时，所述警报铃处于报警状态。同时，为了方便操作，所述分析报警装置3为手机，从而公路养护单位的工作人员即使是在家中也能及时的发现边坡滑塌问题。此外，考虑到所示信号传输电缆1一般都较为灵敏，为了提高分析的准确性，所述信号传输电缆1离地面高度小于0.5m。

实施例二

请结合图1至图5参阅图6，本实施例中还提供一种公路边坡浅层滑塌监测报警方法，基于实施例一中的任一项所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统而执行，所述公路边坡浅层滑塌监测报警方法包括如下步骤：

S1：使用所述信号探测器2探测所述信号传输电缆1的反馈信号；

S2：对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

具体的，在步骤S1之前还包括查询气象部门发布的降雨预报及将所述信号传输电缆1设置于公路两侧的步骤。

作为示例，如图5所示，所述反馈信号形成反射曲线；所述分析报警装置3所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息，包括如下步骤：

将所述反射曲线与目标曲线进行分析比对；

在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警控制信号。

作为示例，所述信号探测器2接收所述公路未发生浅层滑塌时所述信号传输电缆1的反馈信号形成所述目标曲线。譬如，所述目标曲线可以在降雨初期记录并保存的曲线。

具体的，为了方便数据的对比分析，所述反射曲线在所述分析报警装置3上由始至终均显示所述反射曲线。

作为示例，对所述反馈信号进行分析比对后，在所述反馈信号异常时，所述公路边坡浅层滑塌监测报警方法还包括：

基于所述反馈信号判断所述公路发生浅层滑塌的位置。

作为示例，所述分析报警装置3基于如下公式判断所述公路7发生浅层滑塌的位置：

L1＝Vt×t1/2

其中，L1为公路发生浅层滑塌(即如图3中所示的滑塌体91)的位置与所述信号探测器2之间的距离；Vt为探测信号在信号传输电缆中的传输速度；t1为反馈信号异常的时刻。

进一步的，通过在公路两侧的边坡坡底分别设置所述信号传输电缆1，且所述信号传输电缆1外露于地表；同时，所述信号探测器2可实时监测所述信号传输电缆1所反馈的信号；从而当边坡岩土体，浅部土体在雨水的冲刷下，出现滑坡现象时，所述信号传输电缆1在发生滑坡的区域将会被土体所覆盖；进而使得所述信号传输电缆1在该区域的阻抗增大，最终导致所述信号传输电缆1在该区域反馈的信号也发生突变；同时，检测人员根据信号传输电缆1总长L、采样信号起始时间t0以及采样信号结束时间tn，根据公式Vt＝2L/(tn-t0)得到Vt；最后根据时域曲线图上发生突变的时刻t1，根据公式L1＝Vt·t1/2即可以准确得到所述公路7发生浅层滑塌的位置L1；最终根据检测结果，公路管养单位也可以立即赶赴公路边坡滑塌现场进行确认，并安排与滑塌规模相匹配的抢险人员、防护材料和机械设备以及向线路行驶车辆及时发布相关的提示信息等一系列针对性的防护措施，从而排除由边坡滑塌所导致的各种安全隐患。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于，包括：

信号传输电缆，位于公路相对的两侧；

信号探测器，与所述信号传输电缆的一端相连接，用于向所述信号传输电缆内发送探测信号，并接收所述信号传输电缆的反馈信号；

分析报警装置，与所述信号探测器相连接，至少用于对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：所述信号传输电缆包括光圆钢丝及单轴电缆；所述信号探测器包括时域反射仪。

3.根据权利要求1所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：还包括：

自动采集仪，与所述信号探测器相连接，用于采集所述反馈信号；

无线传输模块，位于所述自动采集仪内；所述分析报警装置经由所述无线传输模块及所述自动采集仪与所述信号探测器相连接。

4.根据权利要求1所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：所述反馈信号形成反射曲线，所述分析报警装置包括：

分析比对模块，与所述信号探测器相连接，用于将所述反射曲线与目标曲线进行分析比对，在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警控制信号；

报警装置，与所述分析比对模块相连接，用于在接收到所述报警控制信号后发出所述报警信息。

5.根据权利要求4所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：所述分析报警装置还包括：

显示装置，用于显示所述反射曲线及所述目标曲线。

6.根据权利要求5所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：所述分析报警装置包括电脑或手机。

7.根据权利要求4所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统，其特征在于：所述分析比对模块还用于在所述反馈信号异常时，基于所述反馈信号判断所述公路发生浅层滑塌的位置。

8.一种公路边坡浅层滑塌监测报警方法，其特征在于：基于如权利要求1至7中任一项所述的公路边坡浅层滑塌监测报警系统而执行，所述公路边坡浅层滑塌监测报警方法包括如下步骤：

使用所述信号探测器探测所述信号传输电缆的反馈信号；

所述分析报警装置对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息。

9.根据权利要求8所述的公路边坡浅层滑塌监测报警方法，其特征在于：所述反馈信号形成反射曲线；所述分析报警装置对所述反馈信号进行分析比对，在所述反馈信号异常时判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警信息，包括如下步骤：

将所述反射曲线与目标曲线进行分析比对；

在所述反射曲线相较于所述目标曲线出现异常时，判定所述公路发生浅层滑塌，并发出报警控制信号。

10.根据权利要求9所述的公路边坡浅层滑塌监测报警方法，其特征在于：所述信号探测器接收所述公路未发生浅层滑塌时所述信号传输电缆的反馈信号形成所述目标曲线。

11.根据权利要求8所述的公路边坡浅层滑塌监测报警方法，其特征在于：对所述反馈信号进行分析比对后，在所述反馈信号异常时，还包括：

基于所述反馈信号判断所述公路发生浅层滑塌的位置。

12.根据权利要求11所述的公路边坡浅层滑塌监测报警方法，其特征在于：基于如下公式判断所述公路发生浅层滑塌的位置：

L1＝Vt×t1/2；

其中，L1为公路发生浅层滑塌的位置与信号探测器之间的距离；Vt为探测信号在信号传输电缆中的传输速度；t1为反馈信号异常的时刻。

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