CN206648629U - 基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，包括安装支架系统、北斗传输装置、避雷设备、太阳能板、太阳能蓄电池、数据采集箱以及裂缝计；所述数据采集箱包括箱体以及内置于所述箱体的电路板；所述电路板集成有主控芯片；所述主控芯片分别与所述北斗传输装置、所述太阳能板、所述太阳能蓄电池以及所述裂缝计通过线缆连接。优点为：不需要钻机进行打孔，降低了施工难度，节约了成本；移动端角铁埋入不同的深度，可对不同深度的底层进行位移监测，提高了监测精度。

Description

基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统

技术领域

本实用新型属于泥石流监测技术领域，具体涉及一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统。

背景技术

中国是一个多山的国家，山地面积约占三分之二，地质条件复杂，构造运动剧烈，是世界上泥石流分布广泛的国家之一，也是泥石流重灾区之一。随着高速公路不断向山区伸展，不可避免地经过一些地质环境复杂、地形反差强烈的区域，而这些地区往往存在着泥石流的活动。据统计，在我国西部山区，已查明的泥石流沟就多达15797条，山地灾害平均每年导致我国经济损失达57亿元人民币，人员伤亡超过1000人，是自然灾害特别严重的国家之一。近年来，随着山区建设加快，泥石流灾害有进一步上升的趋势，泥石流灾害可造成人员伤亡和摧毁城乡建筑、交通道路、工厂矿山、水利工程和农田土地，威胁人民的生命和财产安全，同时也制约着山区的建设和经济开发。

由于山区环境恶劣，通讯条件较差，灾害信息获取和预警信息发布困难，人员可能因未能提前预警而来不及疏散而被埋压，造成伤亡事故。目前，泥石流监测技术主要包括人工监测预警、视频监测预警及以降雨作为主要参数的监测预警，这些方法受限条件很多，尤其是在海拔较高的山区，这些方法需消耗大量的人力和物力，在高寒山区推广和应用受到较大限制。例如，(1)采用地表位移计进行位移监测，需要钻机打孔，施工难度大，成本高。(2)监测预警系统普遍采用常规的锂电池供电，工作人员需要频繁更换锂电池，加大了工作人员的工作负担；(3)锂电池置于外部环境中，由于天气寒冷，易冻坏，具有使用寿命短的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，包括安装支架系统、北斗传输装置、避雷设备、太阳能板、太阳能蓄电池、数据采集箱以及裂缝计；

所述裂缝计、所述北斗传输装置、所述避雷设备和所述太阳能板均安装到所述安装支架系统的上面；所述太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下；

所述数据采集箱包括箱体以及内置于所述箱体的电路板；所述电路板集成有主控芯片；所述主控芯片分别与所述北斗传输装置、所述太阳能板、所述太阳能蓄电池以及所述裂缝计通过线缆连接。

优选的，所述裂缝计包括裂缝计移动端和裂缝计固定端；所述裂缝计移动端布设在监测断面中心位置；所述裂缝计固定端布设在沟道边侧稳定岩土体上；

所述裂缝计固定端包括：裂缝计保护盒和位移测量端；所述位移测量端内置于所述裂缝计保护盒的内部；

所述裂缝计移动端包括：角铁、钢丝绳和PVC管；所述角铁的底部埋入地下；所述钢丝绳的一端缠绕在角铁上，并用八字扣固定接头；所述钢丝绳的外部套设所述PVC管，所述钢丝绳的另一端固定到所述位移测量端上。

优选的，所述裂缝计保护盒为金属保护盒；所述金属保护盒采用混凝土浇筑方式固定于监测断面边侧位置。

本实用新型提供的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统具有以下优点：

(1)代替了地表位移计进行位移监测，不需要钻机进行打孔，降低了施工难度，节约了成本；

(2)移动端角铁埋入不同的深度，可对不同深度的底层进行位移监测，提高了监测精度；

(3)移动端可连接不同长度的钢丝绳，固定端具有可伸缩性，大大加长了监测的距离，克服了特殊地形条件的影响。

(4)采用太阳能供电方式，有效延长了监测系统的供电时间，避免了工作人员频繁到高寒山区更换电池，降低了工作人员的工作负担；

(5)太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下，能够有效防止太阳能蓄电池被冻坏，各个线缆布置于安装支架系统的管腔中，一方面，易布线；另一方面，能够有效防止线缆被监测区落石砸毁，保持传输线路的长期稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统的原理示意图；

图2为本实用新型提供的裂缝计的结构示意图；

图3为本实用新型提供的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统的布置方式示意图；

图4为本实用新型提供的混凝土基础的结构示意图；

图5为本实用新型提供的立杆的主视图；

图6为本实用新型提供的立杆的侧视图；

图7为本实用新型提供的立杆的俯视图；

图8为本实用新型提供的支臂的结构示意图；

图9为本实用新型提供的支撑杆的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

裂缝计一般用于混凝土结构建筑物或地裂缝的监测，能够迅速、准确地检测出裂缝的发展状态，可避免大型混凝土结构断裂或垮塌等灾难性事故的发生。然而，裂缝计在泥石流监测中的应用并没有，裂缝计在泥石流监测过程中的优点有：成本较低，施工简单，可根据实际需要增加或减少测量量程，多个裂缝计并用，可监测不同深度的位移，泥石流发生时能及时发出预警信息，增加预警的成功率。

本实用新型提供一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，参考附图，包括安装支架系统、北斗传输装置、避雷设备、太阳能板、太阳能蓄电池、数据采集箱以及裂缝计；

裂缝计、北斗传输装置、避雷设备和太阳能板均安装到安装支架系统的上面；太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下；

数据采集箱包括箱体以及内置于箱体的电路板；电路板集成有主控芯片；主控芯片分别与北斗传输装置、太阳能板、太阳能蓄电池以及裂缝计通过线缆连接。

实际应用中，主控芯片与北斗传输装置、太阳能板、太阳能蓄电池以及裂缝计的传输线缆，均内置于安装支架系统的管腔中。

参考图2，在图2中，10代表裂缝计；裂缝计包括裂缝计移动端10.2和裂缝计固定端10.1；裂缝计移动端布设在监测断面中心位置；裂缝计固定端布设在沟道边侧稳定岩土体上；

裂缝计固定端包括：裂缝计保护盒和位移测量端；位移测量端内置于裂缝计保护盒的内部；裂缝计保护盒为金属保护盒；金属保护盒采用混凝土浇筑方式固定于监测断面边侧位置。

裂缝计移动端包括：角铁10.2.1、钢丝绳10.2.2和PVC管10.2.3；角铁的底部埋入地下；钢丝绳的一端缠绕在角铁上，并用八字扣固定接头；钢丝绳的外部套设PVC管，钢丝绳的另一端固定到位移测量端上。

工作原理：将角铁埋入地下，当地表移动时，角铁会拉动钢丝绳进行移动，裂缝计固定端的位移测量端会监测到移动距离的变化，从而得到钢丝绳所拉伸的长度，该长度即可反应出地表位移量，从而判断是否发生泥石流。位移测量端将采集数据通过线缆上传到数据采集端。

由于裂缝计属于高精度的精密仪器，应能满足监测精度要求，精确可靠；能适应环境条件，抗腐蚀能力强，受温度、冻融、风、水、雷电、振动等作用影响小，保护箱连接处变形小；能保持仪器和传输线路的长期稳定性与可靠性，故障少，并便于维护和更换。

高寒山区泥石流监测系统中裂缝计的布设需要考虑监测参数选择，考虑深部位移、地表位移参数，由表及里对泥石流进行监测。参数确定好后，需要考虑监测参数的布设点，布设点选择上下游监测断面处，以便及时监测泥石流的动态。

数据的传输和供电也是实际施工需要考虑的问题，在山区受信号限制，采用北斗传输装置，供电采用太阳能供电系统，造价低，使用方便，太阳能板的置放位置需考虑地形、日照、防盗防破坏等因素。

本实用新型提供的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统具有以下优点：

(1)采用太阳能供电方式，有效延长了监测系统的供电时间，避免了工作人员频繁到高寒山区更换电池，降低了工作人员的工作负担；

(2)太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下，能够有效防止太阳能蓄电池被冻坏，各个线缆布置于安装支架系统的管腔中，一方面，易布线；另一方面，能够有效防止线缆被监测区落石砸毁，保持传输线路的长期稳定性和可靠性。

在上述结构的基础上，本实用新型还提供一种特定的泥石流监测的安装支架系统，在现场施工时，不需要焊接工艺，完全采用螺栓安装方式即可，具有结构设计合理、安装运输方便、检修成本低、效率高、施工风险低、稳定性好优点。

参考图3-图9，本实用新型提供的安装支架系统，包括混凝土基础1、立杆2、支臂3、支撑杆4、太阳能板底座5和北斗传感器底座6；其中，太阳能板底座用于安装太阳能板9。

混凝土基础1包括混凝土基础本体1.1以及混凝土基础螺杆1.2；混凝土基础本体1.1埋设于监测点的沟谷边侧岩土体内；混凝土基础螺杆1.2的设置数量为4个，混凝土基础螺杆1.2的底部预埋于混凝土基础本体1.1的内部，混凝土基础螺杆1.2的顶部高出混凝土基础本体1.1的顶面；

立杆2包括立杆本体2.1，立杆本体2.1为空心筒状结构，立杆本体2.1的底部一体成形立杆底座2.2，立杆底座2.2开设有4个与混凝土基础螺杆1.2相适配的装配孔，立杆底座2.2采用螺栓连接方式固定到混凝土基础1上面；立杆本体2.1的下方开设有与立体腔体相连通的穿线孔2.3；立杆本体2.1的上方一体成形有第1立杆连接座2.4；立杆本体2.1的中部位置一体成形有第2立杆连接座2.5；立杆的顶部端面用于装配避雷针11。立杆2的侧面还装配有机箱固定座8；机箱固定座8与立杆2的内部腔体连通；机箱固定座8开设有若干个用于装配机箱的螺栓孔。

支臂3包括支臂本体3.1，支臂本体3.1为空心筒状结构，支臂本体3.1的左端部一体成形第3立杆连接座3.2，第3立杆连接座3.2和第1立杆连接座2.4对扣后，采用螺栓连接，进而使支臂3与立杆2连接固定，并且，支臂3的内腔体与立杆2的内腔体连通，供线缆穿过；支臂本体3.1还螺栓装配安装太阳能板底座5、北斗传感器底座6以及第4立杆连接座3.3；并且，太阳能板底座5、北斗传感器底座6以及第4立杆连接座3.3均与支臂的内腔体连通，供线缆穿过；

支撑杆4包括支撑杆本体4.1，支撑杆本体4.1的两端分别一体成形第1支撑杆连接座4.2和第2支撑杆连接座4.3；第1支撑杆连接座4.2与立杆的第2立杆连接座2.5采用螺栓连接，第2支撑杆连接座4.3与支臂的第4立杆连接座3.3采用螺栓连接。

监测点选取完成后，接下来进行支架系统的制作与安装。

支架系统包括主体架(立杆、支臂、支撑杆)、太阳能板底座、北斗传感器底座、机箱固定装置和混凝土基础。其具体安装方法及尺寸参数如下：

1)主体架设计

立杆：

为保证太阳能板能够接受阳光照射，主体架立杆长度应在3m——4m，为空心钢管，外层镀锌保护，如图5-7。上游监测点处地势较高，立杆长度为3m；下游监测点处地势较低，立杆长度为4m。为保证立杆的稳定性，立杆的直径为159mm。

立杆底端的立杆底座留有四个直径为24mm的孔，孔之间的尺寸与混凝土基础螺杆之间的尺寸契合。立杆距底端1200mm处设有穿线孔，方便布线。

避雷针的法兰焊接在立杆的顶端，确保有效的避雷效果。

立杆与支臂接头处，设有4个M15mm的螺栓孔，接头处并留有穿线孔。上游立杆距离顶端1500mm处，下游立杆距离顶端2000mm处，焊接支撑杆固定端，即：第2立杆连接座，设有两个M12mm的螺栓孔，方便装配支撑杆。

支臂：

支臂最初设计为直径70mm，长度为4m的镀锌钢管，如图8，上游监测点处由于地形不平，另接一段直径25mm，长度为1.2m的镀锌钢管。下游监测区域地势低，支臂上焊接有太阳能板底座，太阳能板底座设有4个M10mm的螺栓孔，用于装配太阳能板；上游地势高，不需在支臂上焊接太阳能底板，可将太阳能板放置在立杆与支撑杆之间。支臂距最前端2.7m处，焊接10mm高的北斗传感器底座，北斗传感器底座有三个M10mm的螺栓孔，内有螺纹。支臂与立杆连接处，与上述连接处相同。距支臂最前端2.5m处的下方焊接支撑杆固定端，并设有两个M12mm的螺栓孔。

支撑杆：

支撑杆为直径70mm，长度为2.5m的镀锌钢管，支撑杆的两端分别设有M12的螺栓孔，能够将立杆与支臂进行连接，增加主架系统的稳定性，

2)太阳能板底座

太阳能板底座焊接在支臂上方，焊接方式更加牢固。太阳能板支架，采用螺栓手动组装，方便简洁，易于安装。下游监测区域，太阳能板支架下端焊接有与支臂上底板契合的金属板，增加太阳能板的稳定性；上游监测区域，太阳能板固定在立杆与支撑杆之间。

3)机箱固定装置

机箱固定装置设计为机箱上下两个支架，将机箱固定在立杆上，连接处都为螺栓连接，方便拆卸与组装。机箱底部有穿线孔，保护线路稳定传输。

4)混凝土基础

混凝土基础内部有钢筋支架，增加混凝土的牢固性。由于该沟谷内风力较强，预制混凝土基础选择的尺寸为750*750*1200mm³，能够支撑起上方主体系统，更具有稳定性。

所有的监测设备制作完成后，需用货车拉至现场，在现场进行组装与安放，安装过程简便易操作。

下面介绍一个具体实施例：

以新疆G217公路裂缝计在泥石流中监测方案为例，根据现场地形地质条件，在充分考虑供电、精度和信号传输等因素基础上，上游监测点由四大系统组成。

控制中心系统

位于左边坡稳定基岩上方立杆机箱内，控制中心系统由机箱、避雷系统、数据采集器、北斗传输装置、供电防护系统等部分组成。

工作原理：控制中心将采集的信息转化成信号，通过北斗通信将信息发送到总站。

布设方案：经过实地勘察，找到地质结构稳定地区,且前方有两块巨石能够缓解泥石流的涌进，能够保护立杆不被冲刷，落石量较少，离下方裂缝计固定端较近，因此控制中心系统选择该处，控制中心系统位于立杆上的机箱内，防止灰尘及碎石落入，距离地面80公分，保护机箱不被泥石流掩埋。设备调试完毕后，将机箱进行密封。

裂缝计固定端

裂缝计固定端位于立杆下方和巨石后方相对稳定处，由裂缝计保护盒、位移测量端、输电线、裂缝计钢丝绳等部分组成。

工作原理：钢丝绳拉动后，位移测量端会实时记录钢丝绳所拉伸的长度，并将数据信号传输到控制中心。

布设方案：上游监测断面配置两组裂缝计，第1固定端裂缝计位于机箱下方，第1裂缝计位于巨石后方。固定端外罩有金属保护盒，防止落石对设备的损坏。金属盒外打孔，钢丝绳移动端从此孔引出。金属盒下方安放10——20cm的PVC管，将输电线从此接入控制中心。设备安转完毕后，将金属保护盒密封，并用混凝土浇灌底部。

裂缝计移动端

裂缝计移动端位于泥石流沟中心处，由钢丝绳、八字扣、角铁、PVC管组成。

工作原理：将角铁埋入地下，当地表移动时，角铁会拉动钢丝绳进行移动，固定端会监测到移动距离的变化。

布设方案：先将角铁埋入地下，角铁总长度为150cm，第1移动端埋入62cm，第2移动端埋入82.5cm；由于量程的需要，裂缝计需接3.85m长的钢丝绳，接头处由八字扣连接，且接头拉入PVC管内；钢丝绳穿过PVC管，缠绕在角铁上，并用八字扣固定接头；用铁丝将钢丝绳固定于角铁特定位置，防止滑落。

太阳能供电系统

由于上游监测断面施工位置前方山脉的阻挡，该区在午后才能接受太阳的照射。为保证左边坡整个系统正常供电，经多次实地考察选取该点日照条件及整体施工难度比较适宜位置架设太阳能供电系统。由太阳能板组、电池组、逆变器、及控制器专用箱组成。

工作原理：太阳能板把光能转化为电能输入控制器一部分转换给电瓶充电存储起来，一部分电能经逆变器转化为24V直流电经电缆线传输给立杆机箱内的控制中心提供设备供电，夜间无光照时电瓶存储电量经逆变器转换后供给控制中心夜间供电。

布设方案：左边坡监测点全天无阳光直射，太阳能供电系统最理想位置是架设在山顶，而当地特殊山体地貌对施工架设存在很大风险，加之冬天的大风及大雪等多方面考虑，将系统架设在立杆与支撑杆中间稳定处。太阳能板支架固定牢固(防风)，太阳能板要求距离地面100公分以上(防雪且能接受日照)；太阳能电池组、控制器、逆变器。放入特制塑料箱埋入地下一米放置外面加装保护箱(防止碎石砸落)；太阳能输入线及转出到控制中心的电缆线需加装PVC套管防护。

下游监测点同上游监测点相似，也由四个系统部分组成。

控制中心系统

布设方案：选取落石较少，地层相对稳定地区，控制中心距离地面150cm，机箱通过抱箍安置于立杆上。

裂缝计固定端系统

布设方案：第1下游裂缝计固定端位于立杆下方，第2下游裂缝计固定端位于沟侧稳定岩石上方，下游没有巨大岩石作为掩护，因此将第2下游裂缝计固定端安放于稳定岩石上方，并用混凝土浇灌，防止滑落。

裂缝计移动端系统

布设方案：第1裂缝计移动端埋入地下82.5cm，第2裂缝计移动端埋入地下69cm，两个移动端之间的距离为450cm；第1裂缝计移动端为防止PVC管滚动，用混凝土对PVC管进行固定，第2裂缝计移动端由于悬浮于空中，需用铁丝和抱箍对其进行固定。

太阳能供电系统

布设方案：下游监测点地势较低，为保证充足的光照，将太阳能板架设于立杆顶端处，太阳能板固定采用螺栓固定，施工简便。

高寒山区地质条件复杂，高寒山区环境加大了监测与施工的难度，针对这一特殊情况，本专利采用了裂缝计对泥石流进行监测，其优点在于：

(1)代替了地表位移计进行位移监测，不需要钻机进行打孔，降低了施工难度，节约了成本；

(2)移动端角铁埋入不同的深度，可对不同深度的底层进行位移监测，提高了监测精度；

(3)移动端可连接不同长度的钢丝绳，固定端具有可伸缩性，大大加长了监测的距离，克服了特殊地形条件的影响。

(4)采用太阳能供电方式，有效延长了监测系统的供电时间，避免了工作人员频繁到高寒山区更换电池，降低了工作人员的工作负担；

(5)太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下，能够有效防止太阳能蓄电池被冻坏，各个线缆布置于安装支架系统的管腔中，一方面，易布线；另一方面，能够有效防止线缆被监测区落石砸毁，保持传输线路的长期稳定性和可靠性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，其特征在于，包括安装支架系统、北斗传输装置、避雷设备、太阳能板、太阳能蓄电池、数据采集箱以及裂缝计；

所述裂缝计、所述北斗传输装置、所述避雷设备和所述太阳能板均安装到所述安装支架系统的上面；所述太阳能蓄电池采用地埋箱封严，并埋于地面以下；

所述数据采集箱包括箱体以及内置于所述箱体的电路板；所述电路板集成有主控芯片；所述主控芯片分别与所述北斗传输装置、所述太阳能板、所述太阳能蓄电池以及所述裂缝计通过线缆连接。

2.根据权利要求1所述的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，其特征在于，所述裂缝计包括裂缝计移动端和裂缝计固定端；所述裂缝计移动端布设在监测断面中心位置；所述裂缝计固定端布设在沟道边侧稳定岩土体上；

所述裂缝计固定端包括：裂缝计保护盒和位移测量端；所述位移测量端内置于所述裂缝计保护盒的内部；

所述裂缝计移动端包括：角铁、钢丝绳和PVC管；所述角铁的底部埋入地下；所述钢丝绳的一端缠绕在角铁上，并用八字扣固定接头；所述钢丝绳的外部套设所述PVC管，所述钢丝绳的另一端固定到所述位移测量端上。

3.根据权利要求2所述的基于拉线式裂缝计的泥石流地表位移监测系统，其特征在于，所述裂缝计保护盒为金属保护盒；所述金属保护盒采用混凝土浇筑方式固定于监测断面边侧位置。