CN1417594A - 土层冲刷监测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种土层冲刷监测方法及其系统，其是在土层中埋设多数个由上向下依预定度间隔埋设的发报器，在土层被冲刷后，各发报器会因土层冲刷深度变化而逐一被冲刷移动而震动或旋转，以由发报器内的震动感应器侦测，并由无线电信号发射器分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收机接收后由计算机读码，借以监测得知土层的实时冲刷深度，再将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置判读以适时发出警讯。

Description

土层冲刷监测方法及其系统

一、技术领域

本发明涉及一种土层冲刷监测方法及其系统，尤其涉及一种将多数个发报器依预定深度埋入不同深度的土层中，以于发报器被冲刷后浮起或运动时发报，而能侦测土层的实时冲刷深度或运动状况的土层冲刷监测方法及其系统。

二、背景技术

在坡度较徒的山区，因河流冲刷较严重，一遇上豪雨经常会引发山洪暴涨，冲刷山石，并以洪水或土石流的型态冲毁房屋，并造成低洼地区淹水，甚至破坏道路系统，危害桥梁。

而在设计跨越桥梁时，应考虑河床局部冲刷及河川流路变迁、河性不易掌握等因素，判断桥墩基础深度。桥梁冲刷监测系统的主要目的，在于实时反映桥梁基础的冲刷淘空深度，以资判断桥梁的安全性，为桥梁安全监测系统中不可或缺的一环。

目前用来监测桥墩冲刷的系统有两种，即表面型与埋入型。

表面型设计的缺点为：一、安装监测感应器(Sensors)时，必须大开挖桥基以下部分，使沉箱或桩的一侧完全裸露，在新桥基础正施工兴建时安装，已不切合实际；若将之用于已存在的旧桥，由于早期设计的桥梁其桥墩深度普遍不足，故而在施工上会造成极度的困难。二、洪水夹带土石、异物，在高冲击力作用下，极易破坏冲刷裸露后的监测感应器与导管(内含能源供应设施)，造成该线路中断，所有监测功能永久丧失。这种情形极可能在一次洪水来临的初期或中期即已发生，所得到的「最大冲刷深度」自然无法令人同意。更重要的是，万一破坏发生，则必须将整个线路中的监测感应器与导管重新施工安装，无法以有限的经费，恢复原有监测的功能。另外尚存在监测点太接近下部基础，无法随意移动至其它位置的困难。

埋入型设计的缺点为：一、安装时必须在桥墩基础板上钻孔，施工极为困难。二、由于是机械式的构造，极易因磨损、错位、齿轮或链条变形而造成操作困难或失败。三、仍有部分管道、机械装备必须埋附在沉箱或桩的一侧，易受洪水侵袭，同时亦有大开挖装设、施工的不便性。

有鉴于上述的缺点与不确定性，本创作人必须以另一种思考模式，发展一套施工方便，不怕洪水冲袭且安全可靠的仪器系统，若此系统能够在河床中任意位置安装，不必倚赖桥墩基础固定，则其使用上将更具进步性。

三、发明内容

本发明的主要目的在于，为解决上述的问题而提供一种土层冲刷监测方法及其系统，由于监测用的各个发报器是被由上向下间隔埋设在土层中，因此当土层被冲刷时，便会依不同的冲刷深度而逐一地将不同的发报器冲刷移动或浮起，以由发报器内的震动感应器侦测，并由无线电信号发射器分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收设备接收后由计算机读码，而达到监测得知土层实时冲刷深度的功效。

本发明的次一目的在于，提供一种土层冲刷监测方法及其系统，借由将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置判读，而能适时发出警讯，达到预警的作用。

本发明的土层冲刷监测方法是采用如下技术方案。

一种土层冲刷监测方法，其特征在于其是在土层中埋设多个由上向下依预定深度间隔埋设的发报器，在土层被冲刷时，各发报器会因土层冲刷深度不同而逐一被冲刷移动，当各发报器被冲刷时会震动或旋转而分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收设备接收后读码，借以监测得知土层的实时冲刷深度，再将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置以适时发出警讯。

本发明土层冲刷监测系统是采用如下技术方案。

一种土层冲刷监测系统，其特征在于，其包括：多个发报器，该发报器具有一防水密封的壳体，该壳体内设有一重块、一震动感应器及一无线电信号发射器，该无线电信号发射器内设有一长效型的电池，在该震动感应器感应到发报器被冲刷而震动或旋转时，由无线电信号发射器发射出一编码的无线电信号；一无线电接收设备，其是供接收由无线电信号发射器发射出的编码信号，该无线电接收设备是与一计算机连接，借计算机解读编码信号以得知土层被冲刷的实时冲刷深度。

前述的土层冲刷监测系统，其还包括一预警装置，该预警装置与无线电接收设备的计算机连接，以接收所侦测的实时冲刷深度并加以判读，以适时发出警讯。

前述的土层冲刷监测系统，其中发报器的壳体是以重块位于一侧的平衡而不稳定形态，由亲水胶黏着于一底座上，使发报器与底座埋入土层后亲水胶会被溶解，使土层被冲刷后该浮球发报器会移动而旋转或震动，以由震动感应器侦知并由无线电信号发射器发射出编码信号。

前述的土层冲刷监测系统，其中震动感应器为一真空磁簧开关。

前述的土层冲刷监测系统，其中发报器被制成整体比重小于1的浮体形态。

前述的土层冲刷监测系统，其中发报器的无线电信号发射器的天线是设置在壳体内相对于重块所在的一侧，以在该发报器浮起时，能使无线电信号发射器的天线朝上以利于无线电信号的传送。

本发明可达到监测得知土层实时冲刷深度的功效，且通过将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置判读，而能适时发出警讯，达到预警的作用。

四、附图说明

图1是本发明土层冲刷监测系统方框示意图。

图2是本发明中无线电接收装设置于河床上的示意图。

图3是本发明发报器组合结构及埋入土层中的示意图。

图4是应用本发明土层冲刷监测系统对土层冲刷深度进行实时监测的示意图。

五、具体实施方式

请参阅图1至图4，图中本发明是一种土层冲刷监测方法及其系统，该土层冲刷监测系统包括：

多个发报器1，该发报器1具有一由耐冲击不易碎裂塑料制成的防水密封的中空球状壳体11，该壳体11内设有一重块12、一震动感应器13及一无线电信号发射器14，在本实施例中该震动感应器13为一真空磁簧开关，该发报器1的整体配置会使其比重小于1而呈一浮体的形态，且该发报器1是以重块12位于一侧或上方的平衡而不稳定形态，如图3所示，由亲水胶A黏着于一底座15上，而该无线电信号发射器14内含一长效型的电池及一天线。该天线是设置在壳体11内相对于重块12所在的一侧，即如图4中所示的B处，以在该震动感应器13感应到发报器1被冲刷而震动或旋转时，由无线电信号发射器14发射出一编码的无线电信号。

一无线电接收设备2，使用时，是将其设于河床上，如图2所示，其是供接收由无线电信号发射器14发射出的编码信号，该无线电接收设备2与一计算机21连接，借计算机21解读编码信号以得知土层被冲刷的实时冲刷深度。

一预警装置3，该预警装置3是与无线电接收设备2的计算机21连接，以接收所侦测的实时冲刷深度并加以判读，借以适时发出警讯。

本发明的土层冲刷监测方法，是在土层中由上向下依预定的深度间隔埋设多个含底座15的发报器1，如图2所示，在土层被冲刷时，各发报器1会因土层冲刷深度不同而逐一被冲刷移动。当各发报器1被冲刷时会震动或旋转而分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收设备2接收后读码，借以监测得知土层的实时冲刷深度，再将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置3以适时发出警讯。

以利用本发明的土层冲刷监测方法与系统来监测桥墩附近瞬时发生的实时冲刷深度为例，其是以大地工程钻探常用的标准贯入试验施工法将多个含底座15的发报器1由上向下依预定的深度间隔埋设在桥墩上游侧约50～100cm处的土层中，此处通常为最大冲刷深度发生处。当发报器1与底座15埋入土层后亲水胶A会被溶解，此时发报器1被土层中的土石压抵在底座15上，而保持原先重块12位于一侧或上方的平衡而不稳定形态，使震动感应器13呈断路状态。

当河水不断对土层进行冲刷时，冲刷的深度会逐渐加深，而使各发报器1逐一被冲刷而露出土层。当发报器1露出土层移动时，如图4所示，由于该发报器1是被制成比重小于水的浮体形态而会在水中浮起，且发报器1将重块12位于一侧或上方以平衡而不稳定的形态埋设在土层中，因此，发报器1在被冲刷的过程中便会因被河水冲击而震动，令发报器1旋转摇晃而使重块12朝下以形成平衡的状态。旋转或震动均会被震动感应器13感知，使该震动感测器13(即真空磁簧开关)接通电源后由SCR导通(防止断电)，而由无线电信号发射器14发射出一编码的无线电信号，直到完全无电力为止。而该无线电信号发射器14发射功率大约250Mw，在UHF波段有效涵盖半径约为3，且该无线电信号发射器14内含的长效电池为锂电池，在放置24个月后，尚保持有65％的电力，若无线电信号发射器14以250Mw发射功率，应有10分钟的发射信号时间。该发报器1浮起时，会使无线电信号发射器14的天线朝上以利于无线电信号的传送。

该无线电接收设备2通常会设置在桥梁上或桥头处，当无线电接收设备2接收到无线电信号发射器14所发射出的无线电信号后，由于每个发报器1均会发出不同的信号，且被埋设在土层中不同深度处，因此能由计算机21读码以判定该发报器1原先埋设在土层中多少深度处，而可测知河水对土层的冲刷深度有多少。随即，计算机会将所测知的冲刷深度资料以有线或无线的方式传输到设于灾难防治中心的预警装置3，以由预警装置3判读该冲刷深度，并根据默认值的警戒值、行动值等适时发布警戒警报或封锁警报，以防止灾难发生。

当发报器1埋设两年后，长效型锂电池的电力可能会不足，此时只要以标准贯入试验施工法重新埋设新的发报器1至土层中，即可继续进行监测的工作，而不需更换整组系统，其耗用的成本十分低廉。

而发报器1的壳体11可依实际上的需要设计成不同形状，例如：运用在河床的土层监测上可制成球状或立方体的形态，以符合需要。

当然，本发明的土层冲刷监测方法与系统亦可运用于土石流危险区来监测土石流的发生流速及流向或运用在河流改道发生区来进行监测河流可能发生的主流改道状况。

运用在土石流危险区时可利用多卜勒效应监测土石流的发生流速及流向，且为能长期监测土层，可加设太阳能的充电系统，并以较细的电源线连接至各发报器1进行充电。当土石流发生时，电源线便会断离、脱落，而使发报器1被冲刷移动。

此外，亦可将本发明的土层冲刷监测系统设置在河道中，以长期监测该河流的水文地质环境的变化，而进行此项长期监测工作时即不需使用预警装置3，仅由计算机21记录冲刷深度的资料即可，以作为日后在该河道中实施工程时的参考数据。

综上所述，由于监测用的各发报器1被由上向下间隔埋设在土层中，因此当土层被冲刷时，便会依不同的冲刷深度而逐一地将不同的发报器1冲刷移动，以由发报器1内的震动感应器13侦测，并由无线电信号发射器14分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收设备2接收后由计算机21读码，而达到监测得知土层实时冲刷深度的功效。再者，借由将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置3判读，而能适时发出警讯，达到预警的作用。

Claims (7)

1.一种土层冲刷监测方法，其特征在于其是在土层中埋设多个由上向下依预定深度间隔埋设的发报器，在土层被冲刷时，各发报器会因土层冲刷深度不同而逐一被冲刷移动，当各发报器被冲刷时会震动或旋转而分别发出不同编码的无线电信号，以由设在地面上的信号接收设备接收后读码，借以监测得知土层的实时冲刷深度，再将所侦测的实时冲刷深度传输至预警装置以适时发出警讯。

2.一种土层冲刷监测系统，其特征在于，其包括：

多个发报器，该发报器具有一防水密封的壳体，该壳体内设有一重块、一震动感应器及一无线电信号发射器，该无线电信号发射器内设有一长效型的电池，在该震动感应器感应到发报器被冲刷而震动或旋转时，由无线电信号发射器发射出一编码的无线电信号；一无线电接收设备，其是供接收由无线电信号发射器发射出的编码信号，该无线电接收设备是与一计算机连接，借计算机解读编码信号以得知土层被冲刷的实时冲刷深度。

3.根据权利要求2所述的土层冲刷监测系统，其特征在于还包括一预警装置，该预警装置与无线电接收设备的计算机连接，以接收所侦测的实时冲刷深度并加以判读，以适时发出警讯。

4.根据权利要求2所述的土层冲刷监测系统，其特征在于所述发报器的壳体是以重块位于一侧的平衡而不稳定形态，由亲水胶黏着于一底座上，使发报器与底座埋入土层后亲水胶会被溶解，使土层被冲刷后该浮球发报器会移动而旋转或震动，以由震动感应器侦知并由无线电信号发射器发射出编码信号。

5.根据权利要求2所述的土层冲刷监测系统，其特征在于所述震动感应器为一真空磁簧开关。

6.根据权利要求2所述的土层冲刷监测系统，其特征在于所述发报器被制成整体比重小于1的浮体形态。

7.根据权利要求6所述的土层冲刷监测系统，其特征在于所述发报器的无线电信号发射器的天线是设置在壳体内相对于重块所在的一侧，以在该发报器浮起时，能使无线电信号发射器的天线朝上以利于无线电信号的传送。

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