CN206833669U - 一种边坡地质灾害监测预警系统 - Google Patents

Abstract

一种边坡地质灾害监测预警系统，具体包括：一个或多个永久性激励源、测量用传感器、电法测量仪、电子伺服系统、无线通讯系统和远程监测预警平台；激励源布设在拟进行地质灾害监测预警的边坡及其周边范围内，其电场或电磁场能覆盖拟预警的边坡结构体；测量用传感器布设在测点上；电子伺服系统与电法测量仪连接；电法测量仪和电子伺服系统通过无线通讯系统与远程监测预警平台连接。本实用新型采用相对固定的人工主动电磁激励源和电磁场观测装置，能获取信噪比高、反映边坡整体结构特征的变化信息和趋势，结构简单，安装方便可靠，性能稳定，成本低。

Description

一种边坡地质灾害监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种边坡地质灾害监测预警系统，具体为一种边坡地质灾害监测预警用电法和电磁法探测系统装备，用地球物理勘探中的电法勘探技术手段辅助解决边坡灾害监测，适合在工民建、矿山、交通、水利水电、国防等边坡地质灾害预警预报中使用。

背景技术

工民建、交通、水利水电工程设施由于历史或现代建设原因，在边坡附近，经过较长的工程地质、水文地质乃至人文改造变化，往往会出现滑坡、垮塌或泥石流等隐患，及时预警预报能够避免不必要的损失，于人民生命财产保护意义重大，也是人民政府重点关切所在之一。

传统的边坡地质灾害预警预报采用人工巡查、遥感监测、高分辨率摄影测量等沉降及变形监测方式，也有通过埋设水文或者等传感器监测水压、水流速、应力、应变、位移等方式。其中人工巡查只能基于地表变化，费时费工，难以保障预警预报效能；遥感监测、高分辨率摄影测量沉降及变形监测也是一种表面测量方式，受地表植被影响，随季节、天气变化因素影响大，难以实现精准探测；埋设水文或者应力应变位移等传感器监测是一种以点带面、以点带体的监测模式，受埋设现场水文地质工程地质条件影响，传感器容易失效，设备更换困难，后期维护成本高。因此，边坡地质灾害监测是一个世界性的难题。

地球物理勘探方法能够从宏观上快速把握介质结构整体的物理参数分布信息，包括结构体组成结构之间的相互联系，其中电法和电磁法勘探方法，采用不接地回线、磁棒或电极来观测场激励下地下隐蔽介质结构的响应信息，相关设备安装布置方便，成本低，经久赖用，不失为一种更理想的永久性监测手段。

对比文件1：CN204731942U公开了一种滑坡灾害简易监测预警装置，包括滑坡监控导线与电源、电磁开关构成滑坡监控回路；电源、电源开关、报警器和两受控触点构成报警回路。当边坡体未发生滑坡时，滑坡监控回路正常工作，电磁开关吸合使得两受控触点断开，将报警回路切断；当边坡体发生滑坡时，滑坡监控导线受滑坡体牵拉而断开，滑坡监控回路切断，使电磁开关断开，进而触发两受控触点吸合，接通报警回路，触发报警器报警。

对比文件2：CN105526908A公开了一种三维激光扫描和GPS相结合的矿山边坡监测方法，是将三维激光扫描仪系统与GPS监测定位系统有机的结合起来，对边坡地质灾害进行准确监测。

对比文件3：CN104217542A公开一种山区公路边坡实时监测预警装置，所述装置包括：边坡数据采集层、数据处理层、可变交通指示系统、太阳能供电设备；所述的边坡数据采集层有1-n个无线传感器节点组成；数据处理层包含中心计算节点，可通过Zigbee无线网络分别与无线传感器节点、可变交通指示系统连接。

上述对比文件中公开的边坡灾害监测预警装置或方法，都只是对边坡是否发生灾害的情况进行监测，不能进行很好地进行对边坡灾害的发生进行很好的预警。若能研究一种电法勘探测量、监测预警相结合，并综合远程无线通讯控制系统融为一体，以边坡地质结构相对稳定条件下的电法勘探数据结果作为正常背景，将随后实时测量到的数据信息解译结果与正常背景进行比对，根据相关参数的相对变化大小和趋势来实现分级预警预报；并能利用现代无线通讯和地理信息系统平台可更好地实现边坡地质灾害预警预报广播功能的边坡地质灾害监测预警系统将对解决边坡地质灾害监测问题具有巨大意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种获取信噪比(即有效信号幅度和噪声信号幅度之比)高、能反映边坡整体结构特征的变化信息和趋势，结构简单，安装方便可靠，性能稳定，成本低的边坡地质灾害监测预警系统。

为解决本实用新型的技术问题，所采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种边坡地质灾害监测预警系统，具体包括：

一个或多个永久性激励源、测量用传感器、电法测量仪、电子伺服系统、无线通讯系统和远程监测预警平台；

所述永久性激励源布设在拟进行地质灾害监测预警的边坡及其周边范围内，其电场或电磁场能覆盖拟预警的边坡结构体；所述激励源包括激励用发射传感器、发射源信号发生器、信号传送电缆、激励源成套装置用电源；

所述测量用传感器布设在各测点上；

所述电法测量仪通过信号电缆与激励用发射传感器及测量用传感器连接；

所述电子伺服系统与电法测量仪连接，实现对电法测量仪的实时控制，完成现场电场或电磁场数据采集；

电法测量仪和电子伺服系统通过无线通讯系统与远程监测预警平台连接。

进一步地，

所述测量用传感器以测网或测线的方式布设；

所述测网覆盖边坡，布设在边坡及其周边，覆盖所需预警的边坡范围，每个测网设置有多个测点，所述测量用传感器布置在测网的测点上。

所述测线穿越边坡，所述测线上设有多个测点，所述测量用传感器布置在测线的测点上。

进一步地，

上述激励用发射传感器可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合；

上述测量用传感器可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合。

进一步地，所述激励用发射传感器可以是接地供电电极，产生传导类电场或交变电磁场；也可以是不接地发射天线或发射回线，产生辐射电磁场。

进一步地，

所述电子伺服系统配有监控装置或测试设备，能够及时通过无线通讯系统回应远程监测预警平台的查询命令，向远程监测预警平台反馈现场及整套装备的运行状态。

上述远程监测预警平台可以为独立的网络平台，也可以是通用地理信息管理相关的各种网络平台。远程监测预警平台采用独立的网络平台利于对监测现场进行设备管控和及时有效的独立监测；当采用通用的地理信息管理相关的各种网络平台，例如各个地方的地理信息系统，可以共享地理信息系统中的地理信息，实现资源共享，用于对监测现场的监测预警，但是不利于对监测现场的实时管控。

为了使整个监测预警系统更加节能环保，整个系统所需电源可以采用蓄电池供电、太阳能给蓄电池充电或风能给蓄电池充电。

上述边坡地质灾害监测预警的监测预警方法，具体是，

在拟进行地质灾害监测预警的边坡上或周边范围内布设一个或多个永久性电场或电磁场激励源，所述永久性激励源其产生的电场或电磁场能覆盖拟预警的地质边坡结构体；同时，在所述预警的边坡范围内设置多个以覆盖边坡的测网形式或者穿越边坡的测线形式布设的测点，每个测点上布设永久性测量用传感器，同时还在测量现场设置电法测量仪、电子伺服系统和无线通讯系统；

系统监测时，无线通讯系统接收远程监测预警平台的启动控制信号，通过电子伺服系统实现对电法测量仪的启动控制，电法测量仪控制激励源利用激励用发射传感器向预警的边坡结构体实施电场或电磁场激励，同时测量用传感器接收预警的边坡结构体在电磁场激励下的响应电信号，并将该电信号传送至电法测量仪，所述电法测量仪采集并存储测量用传感器输入的电信号实现对电场或电磁场数据的采集；所述无线通讯系统随时将采集的电场或电磁场数据提供给远程监测预警平台，所述远程监测预警平台实时将接收的电场或电磁场数据通过电法或电磁法勘探数据处理解释方法进行处理，形成电法或电磁法勘探数据处理解释结果，并与前期边坡稳定时期的电磁或电磁场的数据处理解释结果进行比对，按照相对变化大小和趋势进行灾害分级预警，分级预警结果通过无线通讯网络发布至相关人员。

进一步地，

所述激励源包括激励用发射传感器、发射源信号发生器、信号传送电缆、激励源成套装置用电源；

所述激励用发射传感器用于向预警的边坡结构体实施电场或电磁场激励；

所述发射源信号发生器产生的电信号可以为直流电或交流电，所述电信号通过有线或无线通讯方式由电法测量仪进行随时测量存储，该电信号对应当时电法测量仪通过测量用传感器测量存储的电场或电磁场数据；

所述激励源用发射传感器可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合；

所述测量用传感器也可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合。

进一步地，

所述电场或电磁场数据的采集方法可以是地球物理勘探中的传导类电阻率法、激发极化法、感应类电磁法或交变电磁法。

传导类电阻率法：利用人工供电电流在地下扩散传播的规律，用于探测与围岩有明显电阻率差异的目标体；主要用于探测陡立、高阻的脉状地质体；一般采用接地电极作为激励源和信号采集用传感器。

激发极化法：利用地下地质体在外部电场激励下的激发极化特性，主要用于探测地下水、金属矿和含水构造；一般采用接地电极作为激励源和信号采集用传感器。

感应类电磁法：利用交变电磁场激励相关地质体产生电磁感应，通过测量地质体电磁感应电场或磁场的变化特征来揭示相关地质体的电性特征和几何规模；一般采用不接地回线或磁棒作为激励源和信号采集用传感器。

交变电磁法：向地下发送不同频率的电磁场或电磁波，利用不同频率电磁场或电磁波的穿透深度不同，来揭示地下不同深度地质体的电性特征和几何尺度；既可以采用接地电极，也可以采用磁棒或不接地回线作为激励源和信号采集用传感器。

进一步地，

所述测量用传感器采用电极作为测量装置时，电法测量仪测量的电场数据为测点电位或两个测点电极之间的电位差，电位差数据记录点为两测量电极之中点。

进一步地，

所述测点电位或电位差可以通过信号电缆与电法测量仪进行有线连接测量，也可以在测点上进行数据采集后再通过无线方式传递给电法测量仪。

进一步地，

所述电法测量仪测量的电场或电磁场数据处理解释过程也可以在电法测量仪中进行，无线通讯系统发送该解释结果至远程监测预警平台，在远程监测预警平台上与前期边坡稳定时期的处理解释结果进行比对，按照相对变化大小和趋势进行灾害分级预警，分级预警结果通过无线通讯网络发布至相关人员。

进一步地，

所述的电法或电磁法勘探数据处理解释结果，对于穿越边坡的测线为二维剖面数据，对于覆盖边坡的测网则为三维空间立体数据。

进一步地，

所述的归一化数据包括电位、电位差、视电阻率或反演电阻率，不同时间点测量的数据对应当时的解释结果，处理解释结果经过对应当时电法测量仪记录的激励源激励电信号参数归一化。

进一步地，

上述分级灾害预警依据为同一边坡上上述归一化数据随时间点变化的相对变化大小和变化趋势，根据变化大小和趋势进行分级灾害预警；

所述的相对变化大小和变化趋势主要是指与灾害隐患相关联地层的归一化数据。

为了进一步优化边坡地质灾害监测预警的效果，可以在拟监测预警边坡进行电场或电磁场传感器布设前，开展地球物理勘探或钻探勘察，以充分把握现场的工程地质、水文地质和地球物理特征，进行电磁场数据采集方法设计。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的边坡地质灾害监测预警系统一改传统监测系统以点带面的模式，采用固定的人工主动电磁激励源，用电场或电磁场全面覆盖边坡地质结构体，利用固定的传感器获取边坡地质结构体的电磁激励响应，该响应记录信噪比高、能够全面反映边坡整体结构特征的变化信息和趋势，以此为基础可结合地理信息平台进行分级预警，成套系统结构简单，安装方便可靠，性能稳定，成本低。

本实用新型采用电法勘探测量、监测预警相结合，并综合远程无线通讯控制系统融为一体，以边坡地质结构相对稳定条件下的电法勘探数据结果作为正常背景，将随后实时测量到的数据信息解译结果与正常背景进行比对，根据相关参数的相对变化大小和趋势来实现分级预警预报；并能利用现代无线通讯和地理信息系统平台可更好地实现边坡地质灾害预警预报广播功能的边坡地质灾害监测预警系统将对解决边坡地质灾害监测问题具有巨大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是实施例1的边坡电法监测预警系统现场工作布置图；

图3是实施例2的边坡电法监测预警系统现场工作布置图；

附图标记说明：

1-激励源、11-激励用发射传感器、12-发射源信号发生器、13-成套装置用电源、211- 测线I、212-测线II、213-测线III、22-测网、3-测量用传感器、31--测量用电极、32-接收磁棒；4-电法测量仪、5-电子伺服系统、6-无线通讯系统、7-远程监测预警平台、8-预警的边坡结构体、81-可能滑坡体、9-不接地回线、10-信号电缆。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-2所示，本实施例提供一种边坡地质灾害监测预警系统，包括：

永久性激励源1、测线、测量用传感器3、电法测量仪4、电子伺服系统5、无线通讯系统6 和远程监测预警平台7；

永久性激励源1布设在拟进行地质灾害监测预警的边坡坡脚，其电场或电磁场能覆盖拟预警的边坡结构体8(本实施例中的预警边坡结构体8含有可能滑坡体81)；激励源1包括激励用发射传感器11、发射源信号发生器12、信号传送电缆10、成套装置用电源13；

本实施例中的测量用传感器3以穿越边坡的测线形式设置在测点上，测线可以设置多条，如图2所示，本实施例中的测线包括测线I211、测线II212、测线III213，每个测点处设置有永久观测测量用传感器3；本实施例中的测量用传感器3采用测量用电极31。

电法测量仪4实现电场或电磁场测量；电法测量仪4通过信号电缆10与激励用发射传感器 11或测量用传感器3连接；

电子伺服系统5与电法测量仪4连接，实现对电法测量仪4的实时控制，完成现场电场或电磁场数据采集；

电法测量仪4和电子伺服系统5通过无线通讯系统6与远程监测预警平台7连接。

本实施例中的激励用发射传感器11采用电极；具体为接地供电电极，产生传导类电场。

本实用新型中的远程监测预警平台7可以为独立的网络平台，也可以是通用地理信息管理相关的各种网络平台。本实施例中的远程监测预警平台7采用独立的网络平台，远程监测预警平台7采用独立的网络平台利于对监测现场进行设备管控和及时有效的独立监测。

为了使整个监测预警系统更加节能环保，整个系统所需电源可以采用蓄电池供电、太阳能给蓄电池充电或风能给蓄电池充电。

本实施例中的边坡地质灾害监测预警系统的设置和工作过程如下：

首先，在拟进行地质灾害监测预警的边坡上或周边范围内布设一个或多个永久性电场或电磁场激励源1，永久性激励源1其产生的电场或电磁场能覆盖拟预警的地质边坡结构体8(存在可能滑坡体81)；同时，在所述预警的边坡范围内设置多个以穿越边坡的测线形式布设的测点，每个测点上布设永久性测量用电极31，本实施例中的测线设置有多条，包括测线I211、测线II212、测线III213，同时还在测量现场设置电法测量仪4、电子伺服系统5和无线通讯系统6；

系统监测时，无线通讯系统6接收远程监测预警平台7的启动控制信号，通过电子伺服系统6实现对电法测量仪4的启动控制，电法测量仪4控制激励源1利用激励用发射传感器11向预警的边坡结构体8实施电场或电磁场激励，同时测量用电极31接收预警的边坡结构体8在电磁场激励下的响应电信号，并将该电信号传送至电法测量仪4，电法测量仪4采集并存储测量用电极31输入的电信号实现对电场或电磁场数据的采集；无线通讯系统6随时将采集的电场或电磁场数据提供给远程监测预警平台7，远程监测预警平台7实时将接收的电场或电磁场数据通过电法或电磁法勘探数据处理解释方法进行处理，形成电法或电磁法勘探数据处理解释结果，并与前期边坡稳定时期的电磁或电磁场的数据处理解释结果进行比对，按照相对变化大小和趋势进行灾害分级预警，分级预警结果通过无线通讯网络发布至相关负责人或群众。

本实施例中电场或电磁场数据的采集方法采用的是地球物理勘探中的传导类电阻率法，测量用传感器3采用测量用电极31作为测量装置，电法测量仪4测量测点电位或两个测点电极之间的电位差，电位差数据记录点为两测量电极之中点。

所述测点电位或电位差可以通过信号电缆10进行有线连接，也可以在测点上进行数据采集后再通过无线方式传递给电法测量仪4。

本实施例中电法测量仪4测量的电场或电磁场数据处理解释可以在电法测量仪4中进行处理，也可以通过无线通讯系统6发送至远程监测预警平台7后处理。

在本实施例中，由于对预警的边坡结构体8设置的是穿越边坡的测线，因此电法或电磁法勘探数据处理解释结果为二维剖面数据。

其解释结果的参数为归一化数据，本实施例中采用的是反演电阻率，不同时间点测量的数据单独形成相应的解释成果。

所述的分级灾害预警依据为同一边坡上述归一化数据随时间点变化的相对变化大小和变化趋势，根据变化大小和趋势进行分级灾害预警；

所述的相对变化大小和变化趋势主要是指与灾害隐患相关联地层的归一化数据。

具体的，对图2所示的边坡，依据其测线II上的数据结果进行预警，对现场发回的观测数据在监测预警平台上进行电阻率反演。对于该边坡观测测线，可以通过数值仿真模拟，获得异常分级预警参数及标准:该测线地面标高下15米内全剖面反演电阻率，设为正常电阻率结构背景；取下一时刻观测反演结果与背景结果相比的相对异常作为依据，具体参数为所有测点上15个深度点相对异常的绝对值求和，其求和值5％以内安全、5％至15％为黄色预警、15％至25％为橙色预警、大于25％为红色预警。

本实施例中的电子伺服系统5配有监控装置或测试设备，能够及时通过无线通讯系统6回应远程监测预警平台7的查询命令，向远程监测预警平台7反馈现场及整套装备的运行状态。

为了进一步优化边坡地质灾害监测预警的效果，可以在拟监测预警边坡进行电场或电磁场传感器布设前，开展地球物理勘探或钻探勘察，以充分把握现场的工程地质、水文地质和地球物理特征，进行电磁场数据采集方法设计。

本实用新型的边坡地质灾害监测预警系统采用相对固定的人工主动电磁激励源和电磁场观测装置，获取信噪比高、反映边坡整体结构特征的变化信息和趋势，结构简单，安装方便可靠，性能稳定，成本低。

实施例2

如图3所示，本实施例中的边坡地质灾害监测预警系统由监测预警平台7、激励源1、电法测量仪4、电子伺服系统5、无线电通讯系统6、接收磁棒32和若干信号电线电缆10组成，无线通讯系统6接收远程监测预警平台(本实施例的图3中未标出)的启动控制信号，通过电子伺服系统5实现对电法测量仪4的启动控制，电法测量仪4控制激励源1利用不接地回线9(本实施例中的激励用发射传感器采用不接地发射回线9)向预警的边坡结构体8实施电磁场激励，同时以测网22的方式布置在边坡上的接收磁棒32(测量用传感器)接收预警的边坡结构体8在电磁场激励下的响应信号，并将信号传送至电法测量仪4，电法测量仪4现场实施接收信号的电阻率反演，形成电阻率三维数据，该三维数据与边坡稳定时期的电阻率反演结果进行比对，根据电阻率变化大小和近期变化趋势来进行边坡灾害分级预警。远程监测预警平台7可以随时查询监测到现场的激励源1、电法测量仪4以及接收磁棒32等设备的健康状态，若相关设备或部件存在故障时，可以通过人工方式进行及时修理。

本实施例中电场或电磁场数据处理解释在电法测量仪4中进行处理，也可以通过无线通讯系统6发送至远程监测预警平台7后处理。

作为可替换的实施例，本实施例与实施例1的区别在于：

实施例1中的测线可以采用测网22：所述测网22覆盖边坡，布设在边坡及其周边，其能覆盖所需预警的边坡范围；

所述测网22的网格上设置测点，接收磁棒32(测量用传感器)设置在测点上。

对于覆盖边坡的测网22，相对于实施例1的测线21而言，所述的电法或电磁法勘探数据处理解释结果则为三维立体数据，本结果的参数为归一化数据，三维立体数据更加客观准确。

本实用新型上述实施例1中的电场或电磁场数据的采集方法采用的是传导类电阻率法，实施例2采用的是感应类电磁法。

作为可替换的实施例，还可以采用地球物理勘探中的激发极化法或交变电磁法。

上述实施例中的激励用发射传感器也可以根据实际需要采用电极、线圈或磁棒的一种或组合；测量用传感器也可以采用电极、线圈或磁棒的一种或组合。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种边坡地质灾害监测预警系统，其特征在于，包括：

一个或多个永久性激励源、测量用传感器、电法测量仪、电子伺服系统、无线通讯系统和远程监测预警平台；

所述永久性激励源布设在拟进行地质灾害监测预警的边坡及其周边范围内，其电场或电磁场能覆盖拟预警的边坡结构体；所述激励源包括激励用发射传感器、发射源信号发生器、信号传送电缆、激励源成套装置用电源；

所述测量用传感器布设在各测点上；

所述电法测量仪通过信号电缆与激励用发射传感器及测量用传感器连接；

所述电子伺服系统与电法测量仪连接，实现对电法测量仪的实时控制，完成现场电场或电磁场数据采集；

电法测量仪和电子伺服系统通过无线通讯系统与远程监测预警平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种边坡地质灾害监测预警系统，其特征在于，

所述测量用传感器以测网或测线的方式布设；

所述测网覆盖边坡，布设在边坡及其周边，覆盖所需预警的边坡范围，每个测网设置有多个测点，所述测量用传感器布置在测网的测点上；

所述测线穿越边坡，所述测线上设有多个测点，所述测量用传感器布置在测线的测点上。

3.根据权利要求1所述的一种边坡地质灾害监测预警系统，其特征在于，

所述激励用发射传感器可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合；

所述测量用传感器可以是电极、线圈或磁棒的一种或组合。

4.根据权利要求1所述的一种边坡地质灾害监测预警系统，其特征在于，

所述激励用发射传感器可以是接地供电电极，产生传导类电场或交变电磁场；也可以是不接地发射天线或发射回线，产生辐射电磁场。

5.根据权利要求1所述的一种边坡地质灾害监测预警系统，其特征在于，

所述电子伺服系统配有监控装置或测试设备，能够及时通过无线通讯系统回应远程监测预警平台的查询命令，向远程监测预警平台反馈现场及整套装备的运行状态。