CN206697012U - 一种激光监测滑坡变形及预警系统 - Google Patents

Abstract

一种激光监测滑坡变形及预警系统，该系统包括：激光发射装置，激光发射装置包括发射装置支撑杆、激光发射器，发射装置支撑杆固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，激光发射器设置在发射装置支撑杆的顶部；反射装置，反射装置固定在滑坡上；激光信号接收装置，激光信号接收装置包括接受装置支撑杆、激光信号接收器，激光信号接收器固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，接受装置支撑杆设置在接受装置支撑杆的顶部；并且，激光发射器、反射装置和激光信号接收器三个装置的位置构成一个三角形；控制系统，控制系统与激光信号接收器连接。本实用新型的系统实现了监控自动化，全天候，且成本低，结构简单有效，方便实用，利于大范围推广。

Description

一种激光监测滑坡变形及预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，特别涉及一种激光监测滑坡变形及预警系统，属于自然灾害的监测预警领域。

背景技术

滑坡是一种常见的地质灾害，严重威胁着人类的生命财产和安全。近年来，受极端天气频发影响，滑坡灾害问题更加突出。而对灾害体的变形监测是公认的防止滑坡灾害发生、减少滑坡灾害损失、检验滑坡治理效果的有效手段。

但目前常规的监测手段多采用人工数据采集，无法实现全天候观测，不能及时发出灾害预警信息；现有的自动化数据采集系统，又多造价偏高，操作复杂，严重制约了灾害预警系统的普及使用。针对我国地质灾害频发，点多面广、专业人员不足等实际情况，现有滑坡灾害预警系统在监测实效性、经济性和操作性方面未找到合适的平衡点。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种激光监测滑坡变形的方法及预警系统。本实用新型的系统实现了监控自动化，全天候，且成本低，结构简单有效，方便实用，利于大范围推广。

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种激光监测滑坡变形及预警系统。

一种激光监测滑坡变形及预警系统，该系统包括：

激光发射装置，激光发射装置包括发射装置支撑杆、激光发射器，发射装置支撑杆固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，激光发射器设置在发射装置支撑杆的顶部；

反射装置，反射装置固定在滑坡上；

激光信号接收装置，激光信号接收装置包括接受装置支撑杆、激光信号接收器，激光信号接收器固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，接受装置支撑杆设置在接受装置支撑杆的顶部；并且，激光发射器、反射装置和激光信号接收器三个装置的位置构成一个三角形；

控制系统，控制系统与激光信号接收器连接。

作为优选，该系统包括多个反射装置。多个反射装置均固定在滑坡上。激光发射装置还包括旋转装置。旋转装置的一端与发射装置支撑杆连接，另一端与激光发射器连接。并且，激光发射器、激光信号接收器和任意一个反射装置的位置构成一个三角形。

作为优选，所述激光发射装置还包括太阳能电池板和/或备用电源。太阳能电池板和/或备用电源设置在发射装置支撑杆上。太阳能电池板和/或备用电源为激光发射器提供电源。

作为优选，所述激光信号接收装置还包括太阳能电池板和/或备用电源。太阳能电池板和/或备用电源设置在接受装置支撑杆。太阳能电池板和/或备用电源为激光信号接收器提供电源。

作为优选，所述反射装置上设有角度传感器。角度传感器与控制系统连接。

在本实用新型中，控制系统包括信号接收系统、分析系统、警报系统和警报信息发射系统。信号接收系统与激光信号接收器、角度传感器连接。分析系统与信号接收系统连接。警报系统和警报信息发射系统与分析系统连接。

在本实用新型中，所述激光信号接收器包括多个激光感应元件、玻璃板。多个激光感应元件呈密集状布置在玻璃板下方。

作为优选，该系统包括2-50个反射装置。所述反射装置为反射镜。反射镜通过反射装置支撑杆固定在滑坡上。

在本实用新型中，太阳能电池板与激光发射器分别设置在发射装置支撑杆的两侧。

在本实用新型中，太阳能电池板与激光信号接收器分别设置在接受装置支撑杆的两侧。

在本实用新型中，发射装置支撑杆固定在滑坡变形影响范围之外的地面上是指：将整个激光发射装置设置在滑坡的周围，但是滑坡的变形不会影响到设置激光发射装置的位置。激光信号接收器固定在滑坡变形影响范围之外的地面上是指：将整个激光信号接收装置设置在滑坡的周围，但是滑坡的变形不会影响到设置激光信号接收装置的位置

在本实用新型中，激光发射器、反射装置和激光信号接收器三个装置的位置构成一个三角形是指：激光发射器、反射装置和激光信号接收器不在同一直线上，激光发射器发射的激光照射到反射装置上，在通过反射装置将激光反射到激光信号接收器上。

在本实用新型中，该系统包括多个反射装置是指：可以在滑坡上固定多个反射装置，通过激光发射装置上的旋转装置旋转，使得激光发射器不断的上下、或左右移动，激光发射器可以照射到不同的反射装置上，从而监测设有反射装置的多处滑坡的变形情况。

在本实用新型中，角度传感器的作用是将由于滑坡变形导致反射装置转动的角度传送给控制系统。反射镜事先布置在滑坡体易于变形的区域，分布在不同的滑坡区域，可以实现对多点的监测；所述反射镜的镜面倾斜角度、方向可以根据现场系统的布设需要调节；所述反射镜杆体上布置有角度传感器，用来监测滑坡体内的角度变化。反射镜布置在坡体可能变形的区域，并将坡面上的每个反射镜编号，根据编号的反射镜布置的位置确定激光发射器下自动旋转装置的扫射路径，并记录激光照射至每个反射镜的初始角度、方位、所需时间间隔及激光信号点反射至激光信号接收板的初始位置，同时将该信息与编号对应的反射镜相联系并输入到监控主机中，并通过监控主机控制自动旋转装置。

在本实用新型中，激光感应元件接收激光信号，玻璃板用于保护激光感应元件。

在本实用新型中，太阳能电池板与激光发射器分别设置在发射装置支撑杆的两侧的目的是：防止太阳能电池板妨碍或者挡住激光发射器发射激光，同时，增大太阳能电池板的采光，提供利用率。

在本实用新型中，太阳能电池板与激光信号接收器分别设置在接受装置支撑杆的两侧的目的是：防止太阳能电池板妨碍或者挡住激光信号接收器接收激光信号，同时，增大太阳能电池板的采光，提供利用率。

在本实用新型中，备用电池是在太阳能电池板不足以满足设备或系统的电力需求是，通过备用电池供电，保证整个系统的正常运行。优选的是，在太阳能充足的情况下，可以通过太阳能电池板将过剩的电能储存在备用电池中。

本实用新型的原理是：激光发射装置发射激光信号至布置于坡面的反射装置，通过反射装置将激光信号反射到接收装置，而后由接收装置将位置信息通过监测终端无线传输至控制系统。分析系统通过对激光信号点在接收装置上位置的变化，及激光发射装置、反射装置、接收装置所形成的三角关系解算出每个反射镜的水平和竖向位移变化，从而推知边坡(滑坡体)的变形量；同时反射镜上的角度传感器将反射镜杆体的角度变化信息传输至控制系统，从而推知边坡(滑坡体)的角度变化。如变形量超过控制系统预先设定的报警值，则可控制警报控制器发出警报，同时将警报信息传输至绑定的手机等终端设备；所述激光发射装置与所述激光信号接收装置布置在距离滑坡影响范围之外基点之上。

当激光发射器在预设轨迹的预定时间间隔、预定角度进行周期性扫射时照射不到某一反射镜时，激光接收板将接收不到此反射镜反射的激光信号，滑坡变形位移视为超过预警值，或经过对激光信号点在激光信号接收板上的位移变化值解算出的坡体变形超过预设值时，警报控制器发出警报。

不同激光感应元件之间通过监测主机的内置识别模块可以计算同一反射镜两次反射的激光信号在激光信号接收板上所形成的距离。

激光发射装置内部放置有激光发射器，激光发射器下部装有旋转装置，可左右、上下旋转，所发射激光信号可按照预设轨迹进行周期性扫射，并将信号按照预定时间间隔、预定角度照射到布置于坡面的反射镜并作短时停留；所述预定角度为激光发射器向反射镜的初始位置发射激光时所形成的角度。

控制系统与激光信号接收装置连接；所述控制系统与警报控制器相连接在一起，并布置在室内；所述控制系统提前编制有位移变形函数程序和内置识别处理模块，负责处理判断来自激光信号接受装置和角度传感器的数据，同时根据所处理数据及时向警报控制器发送信号，并将警报信息传输至绑定的手机等终端设备；所述警报控制器为声光警报控制器。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、本实用新型一种激光监测滑坡变形及预警系统可以实现监控和预警双重功能，能够有效的监测滑坡的变形情况，实现了自动化、全天候监控；

2、本实用新型一种激光监测滑坡变形及预警系统可以通过一套激光发射装置和激光信号接收装置，多个反射装置，实现滑坡多点监控，结构简单有效，成本低，方便实用；

3、本实用新型一种激光监测滑坡变形及预警系统通过预先设置的程序自动监控，操作简单、智能，利于大范围推广。

附图说明

图1为本实用新型一种激光监测滑坡变形及预警系统的结构示意图；

图2为本实用新型激光发射装置的结构示意图；

图3为本实用新型激光信号接收装置的结构示意图；

图4为本实用新型反射装置的结构示意图；

图5为本实用新型控制系统的结构示意图；

图6本实用新型预警系统分析示意图。

附图标记：1：激光发射装置；101：发射装置支撑杆；102：激光发射器；103：旋转装置；2：反射装置；201：角度传感器；202：反射装置支撑杆；3：激光信号接收装置；301：接受装置支撑杆；302：激光信号接收器；30201：激光感应元件；30202：玻璃板；4：控制系统；401：信号接收系统；402：分析系统；403：警报系统；404：警报信息发射系统；5：太阳能电池板；6：备用电源；A：激光发射器位置；B：反射装置预设位置；B1：滑坡移动后反射装置位置；C：预设激光信号接收器接收激光的位置；C1：滑坡移动后实际激光信号接收器接收激光的位置。

具体实施方式

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种激光监测滑坡变形及预警系统。

一种激光监测滑坡变形及预警系统，该系统包括：

激光发射装置1，激光发射装置1包括发射装置支撑杆101、激光发射器102，发射装置支撑杆101固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，激光发射器102设置在发射装置支撑杆101的顶部；

反射装置2，反射装置2固定在滑坡上；

激光信号接收装置3，激光信号接收装置3包括接受装置支撑杆301、激光信号接收器302，激光信号接收器302固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，接受装置支撑杆301设置在接受装置支撑杆301的顶部；并且，激光发射器102、反射装置2和激光信号接收器302三个装置的位置构成一个三角形；

控制系统4，控制系统4与激光信号接收器302连接。

作为优选，该系统包括多个反射装置2。多个反射装置2均固定在滑坡上。激光发射装置1还包括旋转装置103。旋转装置103的一端与发射装置支撑杆101连接，另一端与激光发射器102连接。并且，激光发射器102、激光信号接收器302和任意一个反射装置2的位置构成一个三角形。

作为优选，所述激光发射装置1还包括太阳能电池板5和/或备用电源6。太阳能电池板5和/或备用电源6设置在发射装置支撑杆101上。太阳能电池板5和/或备用电源6为激光发射器102提供电源。

作为优选，所述激光信号接收装置3还包括太阳能电池板5和/或备用电源6。太阳能电池板5和/或备用电源6设置在接受装置支撑杆301。太阳能电池板5和/或备用电源6为激光信号接收器302提供电源。

作为优选，所述反射装置2上设有角度传感器201。角度传感器201与控制系统4连接。

在本实用新型中，控制系统4包括信号接收系统401、分析系统402、警报系统403和警报信息发射系统404。信号接收系统401与激光信号接收器302、角度传感器201连接。分析系统402与信号接收系统401连接。警报系统403和警报信息发射系统404与分析系统402连接。

在本实用新型中，所述激光信号接收器302包括多个激光感应元件30201、玻璃板30202。多个激光感应元件30201呈密集状布置在玻璃板30202下方。

作为优选，该系统包括2-50个反射装置2。所述反射装置2为反射镜。反射镜通过反射装置支撑杆202固定在滑坡上。

在本实用新型中，太阳能电池板5与激光发射器102分别设置在发射装置支撑杆101的两侧。

在本实用新型中，太阳能电池板5与激光信号接收器302分别设置在接受装置支撑杆301的两侧。

实施例1

一种激光监测滑坡变形及预警系统，该系统包括：

激光发射装置1，激光发射装置1包括发射装置支撑杆101、激光发射器102，发射装置支撑杆101固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，激光发射器102设置在发射装置支撑杆101的顶部；

一个反射装置2，反射装置2固定在滑坡上；

激光信号接收装置3，激光信号接收装置3包括接受装置支撑杆301、激光信号接收器302，激光信号接收器302固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，接受装置支撑杆301设置在接受装置支撑杆301的顶部；并且，激光发射器102、反射装置2和激光信号接收器302三个装置的位置构成一个三角形；所述激光信号接收器302包括多个激光感应元件30201、玻璃板30202。多个激光感应元件30201呈密集状布置在玻璃板30202下方；

控制系统4，控制系统4与激光信号接收器302连接。控制系统4包括信号接收系统401、分析系统402、警报系统403和警报信息发射系统404。信号接收系统401与激光信号接收器302、角度传感器201连接。分析系统402与信号接收系统401连接。警报系统403和警报信息发射系统404与分析系统402连接。

所述激光发射装置1还包括太阳能电池板5。太阳能电池板5设置在发射装置支撑杆101上。太阳能电池板5为激光发射器102提供电源。太阳能电池板5与激光发射器102分别设置在发射装置支撑杆101的两侧。所述激光信号接收装置3还包括太阳能电池板5。太阳能电池板5设置在接受装置支撑杆301。太阳能电池板5为激光信号接收器302提供电源。太阳能电池板5与激光信号接收器302分别设置在接受装置支撑杆301的两侧。

所述反射装置2上设有角度传感器201。角度传感器201与控制系统4连接。

实施例2

重复实施例1，只是该系统包括5个反射装置2。5个反射装置2均固定在滑坡上。激光发射装置1还包括旋转装置103。旋转装置103的一端与发射装置支撑杆101连接，另一端与激光发射器102连接。并且，激光发射器102、激光信号接收器302和任意一个反射装置2的位置构成一个三角形。

实施例3

重复实施例2，只是所述激光发射装置1还包括备用电源6。备用电源6设置在发射装置支撑杆101上。备用电源6为激光发射器102提供电源。所述激光信号接收装置3还包括备用电源6。备用电源6设置在接受装置支撑杆301。备用电源6为激光信号接收器302提供电源。

使用实施例2的方法：

将激光发射装置1及激光信号接收装置3布置在滑坡变形影响范围之外，将反射装置2布置在坡体可能变形的区域，并将坡面上的每个反射装置2编号，根据编号的反射装置2布置的位置确定激光发射器102下旋转装置103的扫射路径，并记录激光照射至每个反射装置2的初始角度、方位、所需时间间隔及激光信号点反射至激光信号接收器3的初始位置，同时将该信息与对应编号的反射装置2相联系并输入到控制系统中，并通过控制系统控制旋转装置。打开激光发射器302，通过旋转装置103按照预定轨迹进行扫射，并在每个反射装置2的初设方向及角度停留2-5秒，然后继续按照设定轨迹扫射。待激光信号器302接收激光信号点后，将数据通过信号接收系统401传输至分析系统402。分析系统402通过对激光信号在激光信号接收器302上位移的解算得出反射装置2的竖向和水平位移变化数据以及反射装置2上的角度传感器201上传输来的角度变化值，从而可知该处坡体变形量。当激光发射器102按照反射装置2的初设方向及角度停留2-5秒发射的激光信号无法照射到信号接收器302，或通过对激光信号点在信号接收器302上的位移值解算以及反射装置2的角度变化值得出的反射装置2水平和竖向位移以及角度变化超过预设报警值，则控制系统4向警报控制器403发出报警指令，并将该警报通过警报信息发射系统404至用户手机等终端设备，警报控制器403同时发出声光信号报警。巡视人员通过声光信号点及反射装置2的初始角度与其编号的关系快速确定异常部位和滑坡变形范围，从而确定边坡稳定情况。

所述位移函数如图6所示，所示A点位激光发射器位置，所示B点位反射镜初始位置，所示B1点为滑坡移动后反射镜位置，所示C点为激光在在B点反射后在激光信号接收板上的位置，所示C1点为激光在在B1点反射后在激光信号接收板上的位置。∠BAC和角∠BCA均可根据初始条件可知，即∠ABC可知。滑坡位移公式为L(BB1)＝L(CC1)÷sin(∠ABC)。

Claims (10)

1.一种激光监测滑坡变形及预警系统，该系统包括：

激光发射装置(1)，激光发射装置(1)包括发射装置支撑杆(101)、激光发射器(102)，发射装置支撑杆(101)固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，激光发射器(102)设置在发射装置支撑杆(101)的顶部；

反射装置(2)，反射装置(2)固定在滑坡上；

激光信号接收装置(3)，激光信号接收装置(3)包括接受装置支撑杆(301)、激光信号接收器(302)，激光信号接收器(302)固定在滑坡变形影响范围之外的地面上，接受装置支撑杆(301)设置在接受装置支撑杆(301)的顶部；并且，激光发射器(102)、反射装置(2)和激光信号接收器(302)三个装置的位置构成一个三角形；

控制系统(4)，控制系统(4)与激光信号接收器(302)连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统包括多个反射装置(2)，多个反射装置(2)均固定在滑坡上；激光发射装置(1)还包括旋转装置(103)，旋转装置(103)的一端与发射装置支撑杆(101)连接，另一端与激光发射器(102)连接；并且，激光发射器(102)、激光信号接收器(302)和任意一个反射装置(2)的位置构成一个三角形。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述激光发射装置(1)还包括太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)，太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)设置在发射装置支撑杆(101)上，太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)为激光发射器(102)提供电源。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述激光信号接收装置(3)还包括太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)，太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)设置在接受装置支撑杆(301)，太阳能电池板(5)和/或备用电源(6)为激光信号接收器(302)提供电源。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述反射装置(2)上设有角度传感器(201)，角度传感器(201)与控制系统(4)连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：控制系统(4)包括信号接收系统(401)、分析系统(402)、警报系统(403)和警报信息发射系统(404)，信号接收系统(401)与激光信号接收器(302)、角度传感器(201)连接，分析系统(402)与信号接收系统(401)连接，警报系统(403)和警报信息发射系统(404)与分析系统(402)连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述激光信号接收器(302)包括多个激光感应元件(30201)、玻璃板(30202)，多个激光感应元件(30201)呈密集状布置在玻璃板(30202)下方。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该系统包括2-50个反射装置(2)；所述反射装置(2)为反射镜；反射镜通过反射装置支撑杆(202)固定在滑坡上。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：太阳能电池板(5)与激光发射器(102)分别设置在发射装置支撑杆(101)的两侧。

10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：太阳能电池板(5)与激光信号接收器(302)分别设置在接受装置支撑杆(301)的两侧。