CN210377788U

CN210377788U - 一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统

Info

Publication number: CN210377788U
Application number: CN201921523445.2U
Authority: CN
Inventors: 刘武; 马维龙; 董浩楠; 孙永尧; 乔春风
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-09-12

Abstract

本实用新型涉及一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，集滑坡体在线监测、监测数据分析、滑坡体危险区间划分、在线预警多种功能为一体，搭建山地管道滑坡体监测平台，将滑坡体监测数据信号传输至监控中心，监控中心通过数据分析、风险矩阵建立、危险等级划分进行管道滑坡地质灾害预警；设计光纤光栅土压力盒，通过内部弧形杠杆移动引起光纤光栅波长发生移位，监测管土压力；设计光纤光栅液位计，通过内部压力膜移动引起光纤光栅波长漂移，监测地下水位；设计光纤光栅渗压计，通过内置位移活塞移动引起光纤光栅波长发生移位，监测孔隙水压力；处理器计算管道应变阈值、滑坡位移阈值，为危险等级划分、灾害预警提供数据支撑。

Description

一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，属于山地管道滑坡灾害防治领域。

背景技术

滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体地或分散地顺坡向下滑动的现象。

埋地集输管道一旦遭受滑坡推挤，有极大概率发生变形、弯曲甚至断裂，造成线路停运及其他重大事故，采取可靠的滑坡监测对滑坡进行监视，获取滑坡的基本情况，使用有效的滑坡预报进行预报，提前预知滑坡的发展情况，防范于未然，从而最大程度上减少经济上的损失以及死伤人数。

光纤传感原理制成的传感器在耐腐蚀、测量精度、抗电磁干扰、测量对象、传输频带等方面与传感传感器相比都具有显著优势，将其作为一种新型的滑坡监测手段加以研究，充分利用其较高的测量精度、广泛的测量范围和抵抗电磁干扰、自动实时性强，适合用于高速高精度的实时监测等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，对滑坡进行监测预警，减小滑坡对山地管道的危害。

本实用新型主要解决以下问题：

(1)搭建山地管道滑坡体监测平台，实时在线监测滑坡位移、管道应变、管土压力、地下水位、孔隙水压力等参数；

(2)设计光纤光栅土压力盒，滑坡土压力导致压力盒弧形杠杆移动，使得连接的压力膜产生形变，进而引起光纤光栅波长移位，监测滑坡土压力；

(3)设计光纤光栅液位计，降雨进入水压力腔，造成气水压力膜和油水压力膜形变，引起光纤光栅波长移位，监测滑坡地下水位；

(4)设计光纤光栅渗压计，地下水进入透水缸体导致位移活塞移动，带动连接杆移动引起光纤光栅波长移位，监测孔隙水压力；

(5)计算管道应变阈值、滑坡位移阈值，划分滑坡发育预警区间和管道受力预警区间，并建立管道滑坡灾害预警矩阵，为滑坡灾害预警提供数据依据。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，包括第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13、第一自动雨量计21、第二自动雨量计22、管道3、光纤光栅管体应变传感器41、光纤光栅土压力传感器42、光纤光栅混凝土地梁5、第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62、第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64、第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73、第四光纤光栅测斜管74、第五光纤光栅测斜管75、太阳能电池8、光纤光栅解调仪9、计算机101、GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104、监控中心105、网络106、PC客户端107、APP客户端108、短信客户端109、处理器110、数据库111、滑坡体112。

所述光纤光栅解调仪9通过光缆连接第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13、光纤光栅管体应变传感器41、光纤光栅土压力传感器42、光纤光栅混凝土地梁5、第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62、第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64、第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73、第四光纤光栅测斜管74、第五光纤光栅测斜管75，所述太阳能电池8、光纤光栅解调仪9、计算机101、GPRS传输模块102依次连接，所述GPRS接收模块104与监控中心105连接，所述监控中心105通过网络106与PC客户端107、APP客户端108、短信客户端109、处理器110连接，所述处理器110与数据库111连接。

进一步的，所述的第一光纤光栅渗压计11包括壳体301、透水石302、透水座303、透水缸体304、位移活塞305、复位弹簧306、连接杆307、活塞腔室308、水压光纤光栅309、压力薄膜310、水压光纤311、空气管312。

所述水压光纤光栅309与水压光纤311连接，所述水压光纤311与压力薄膜310连接，所述水压光纤311通过空气管312与外界接触，所述位移活塞305通过复位弹簧306、连接杆307与压力薄膜310连接。

进一步的，所述的光纤光栅土压力传感器42包括外壳421、连杆422、弹簧423、弧形杠杆424、薄膜425、压力光纤光栅426、压力光纤427、连通管428。

所述外壳421通过连杆422、弹簧423与弧形杠杆424连接，所述弧形杠杆424与薄膜425连接，所述压力光纤光栅426与压力光纤427连接，所述压力光纤427与薄膜425连接，通过连通管428与外界接触。

进一步的，所述的第一光纤光栅液位计61包括外筒601、进水口602、空气连通管603、空气压力腔604、气水压力膜605、水位光纤606、水位光纤光栅607、水压力腔608、水油压力膜609、油压腔610、油嘴611。

所述气水压力膜605与外筒601连接，所述水油压力膜609与外筒601连接，所述水位光纤606与水位光纤光栅607连接，所述水位光纤606与气水压力膜605、水油压力膜609连接，所述水位光纤606通过空气连通管603与外界接触。

进一步的，在滑坡底部布置第一自动雨量计21，在滑坡顶部布置第二自动雨量计22，所述第一自动雨量计21和第二自动雨量计22实时在线监测降雨量，通过无线网络发送至监控中心105。

所述第一自动雨量计21包括无线收发器211、太阳能电池板212、天线213、雨量传感器214，所述无线收发器211、太阳能电池板212、天线213、雨量传感器214依次连接。

进一步的，在滑坡顶部布置第四光纤光栅测斜管74和第五光纤光栅测斜管75，在滑坡中部布置第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73，所述第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73实时在线监测滑坡体深部位移，通过GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104发送至监控中心105。

进一步的，在滑坡顶部布置第三光纤光栅渗压计13，在滑坡中部布置第二光纤光栅渗压计12，在滑坡底部布置第一光纤光栅渗压计11，所述第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13实时在线监测滑坡体孔隙水压力，通过GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104发送至监控中心105。

进一步的，在滑坡顶部布置第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64，在滑坡中部布置第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62，所述第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62、第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64实时在线监测滑坡体地下水位，通过GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104发送至监控中心105。

该实用新型的有益效果在于：

(1)集滑坡体在线监测、监测数据分析、滑坡体危险区间划分、在线预警多种功能为一体，实现滑坡灾害及管道的实时监测预警，为山地管道安全平稳运行提供保障。

(2)设计基于光纤光栅技术的渗压计、液位计、土压力传感器，通过光纤光栅解调仪将波长漂移转化为孔隙水压力、地下水位、管土压力等参数，有效提高了滑坡监测监测精度。

(3)建立了立体的滑坡体位移、地下水位、孔隙水压力监测方案，通过在滑坡中上部和中下部布置呈阶梯的有层次的光纤光栅监测传感器，可高效捕捉滑坡位移及水位信号，为预警方案提供基础数据。

(4)通过气象台降雨参数计算执行降雨，进行滑坡早期预警，根据滑坡监测数据建立管道滑坡灾害预警矩阵，确定预警等级，有利于监控中心制定详细的预警方案。

附图说明

图1是本实用新型实施例中山地管道滑坡地质灾害监测预警系统结构示意图。

图2是本实用新型实施例中光纤光栅渗压计结构示意图。

图3是本实用新型实施例中光纤光栅土压力盒结构示意图。

图4是本实用新型实施例中光纤光栅液位计结构示意图。

图5是本实用新型实施例中山地管道滑坡地质灾害监测预警流程结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。

实施例

本实施例中，图1是山地管道滑坡地质灾害监测预警系统结构示意图，包括第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13、第一自动雨量计21、第二自动雨量计22、管道3、光纤光栅管体应变传感器41、光纤光栅土压力传感器42、光纤光栅混凝土地梁5、第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62、第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64、第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73、第四光纤光栅测斜管74、第五光纤光栅测斜管75、太阳能电池8、光纤光栅解调仪9、计算机101、GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104、监控中心105、网络106、PC客户端107、APP客户端108、短信客户端109、处理器110、数据库111、滑坡体112。

所述光纤光栅解调仪9通过光缆连接第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13、光纤光栅管体应变传感器41、光纤光栅土压力传感器42、光纤光栅混凝土地梁5、第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62、第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64、第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73、第四光纤光栅测斜管74、第五光纤光栅测斜管75，所述太阳能电池8、光纤光栅解调仪9、计算机101、GPRS传输模块102依次连接，所述GPRS接收模块104和监控中心105连接，所述监控中心105通过网络106与PC客户端107、APP客户端108、短信客户端109、处理器110连接，所述处理器110与数据库111连接。

在滑坡底部布置第一自动雨量计21，在滑坡顶部布置第二自动雨量计22，所述第一自动雨量计21包括无线收发器211、太阳能电池板212、天线213、雨量传感器214，依次连接。在滑坡顶部平行布置第四光纤光栅测斜管74、第五光纤光栅测斜管75，在滑坡中部平行布置第一光纤光栅测斜管71、第二光纤光栅测斜管72、第三光纤光栅测斜管73。在滑坡顶部布置第三光纤光栅渗压计13，在滑坡中部布置第二光纤光栅渗压计12，在滑坡底部布置第一光纤光栅渗压计11，所述第一光纤光栅渗压计11、第二光纤光栅渗压计12、第三光纤光栅渗压计13在一条直线上。在滑坡顶部平行布置第三光纤光栅液位计63、第四光纤光栅液位计64，在滑坡中部平行布置第一光纤光栅液位计61、第二光纤光栅液位计62。上述监测传感器通过GPRS传输模块102、基站103、GPRS接收模块104发送至监控中心105。

图2是光纤光栅渗压计结构示意图，第一光纤光栅渗压计11包括壳体301、透水石302、透水座303、透水缸体304、位移活塞305、复位弹簧306、连接杆307、活塞腔室308、水压光纤光栅309、压力薄膜310、水压光纤311、空气管312。

所述水压光纤光栅309分段粘贴在水压光纤311上，所述水压光纤311粘贴在压力薄膜310上部并通过空气管312与外界光缆连接，所述位移活塞305通过复位弹簧306、连接杆307与压力薄膜310连接。当地下水从透水座303进入透水缸体304，导致位移活塞305移动，带动连接杆307移动，压力膜309产生形变，粘贴于压力薄膜310的水压光纤光栅309波长发生移位，监测孔隙水压力；

图3是光纤光栅土压力盒结构示意图，光纤光栅土压力传感器42包括外壳421、连杆422、弹簧423、弧形杠杆424、薄膜425、压力光纤光栅426、压力光纤427、连通管428。

所述外壳421通过连杆422、弹簧423与弧形杠杆424连接，所述弧形杠杆424与薄膜425连接，所述压力光纤光栅426与压力光纤427连接，所述压力光纤427与薄膜425连接，通过连通管428与外界光缆连接。

图4是光纤光栅液位计结构示意图，第一光纤光栅液位计61包括外筒601、进水口602、空气连通管603、空气压力腔604、气水压力膜605、水位光纤606、水位光纤光栅607、水压力腔608、水油压力膜609、油压腔610、油嘴611。

所述气水压力膜605与外筒601连接，所述水油压力膜609与外筒601连接，所述水位光纤606与水位光纤光栅607连接，所述水位光纤606与气水压力膜605、水油压力膜609连接，所述水位光纤606通过空气连通管603与外界接触，所述空气压力腔604通过空气连通管603连接至外部，保持腔内与外部大气压一致，所述油压腔610用于降低测量误差。当地下水从进水口602进入水压力腔608，造成水油压力膜609与空气压力膜608形变，引起水位光纤光栅607波长发生移位，监测滑坡地下水位。

图5是为山地管道滑坡地质灾害监测预警流程结构框图，判断监控中心105是否接收到来自气象台暴雨警报，是则预警流程启动，否则警报解除，判断降雨区域和山地管道区域是否一致，是则监控中心105分析滑坡监测数据，否则警报解除，判断滑坡位移及管道应力是否超过阈值，是则依据监测数据建立风险矩阵，否则警报解除，根据风险矩阵划分滑坡危险等级，监控中心105发布滑坡警报，进行山地管道滑坡预警。

以上所述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，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：包括第一光纤光栅渗压计(11)、第二光纤光栅渗压计(12)、第三光纤光栅渗压计(13)、第一自动雨量计(21)、第二自动雨量计(22)、管道(3)、光纤光栅管体应变传感器(41)、光纤光栅土压力传感器(42)、光纤光栅混凝土地梁(5)、第一光纤光栅液位计(61)、第二光纤光栅液位计(62)、第三光纤光栅液位计(63)、第四光纤光栅液位计(64)、第一光纤光栅测斜管(71)、第二光纤光栅测斜管(72)、第三光纤光栅测斜管(73)、第四光纤光栅测斜管(74)、第五光纤光栅测斜管(75)、太阳能电池(8)、光纤光栅解调仪(9)、计算机(101)、GPRS传输模块(102)、基站(103)、GPRS接收模块(104)、监控中心(105)、网络(106)、PC客户端(107)、APP客户端(108)、短信客户端(109)、处理器(110)、数据库(111)、滑坡体(112)；

所述光纤光栅解调仪(9)通过光缆连接第一光纤光栅渗压计(11)、第二光纤光栅渗压计(12)、第三光纤光栅渗压计(13)、光纤光栅管体应变传感器(41)、光纤光栅土压力传感器(42)、光纤光栅混凝土地梁(5)、第一光纤光栅液位计(61)、第二光纤光栅液位计(62)、第三光纤光栅液位计(63)、第四光纤光栅液位计(64)、第一光纤光栅测斜管(71)、第二光纤光栅测斜管(72)、第三光纤光栅测斜管(73)、第四光纤光栅测斜管(74)、第五光纤光栅测斜管(75)，所述太阳能电池(8)、光纤光栅解调仪(9)、计算机(101)、GPRS传输模块(102)依次连接，所述GPRS接收模块(104)与监控中心(105)连接，所述监控中心(105)通过网络(106)与PC客户端(107)、APP客户端(108)、短信客户端(109)、处理器(110)连接，所述处理器(110)与数据库(111)连接。

2.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：所述第一光纤光栅渗压计(11)包括壳体(301)、透水石(302)、透水座(303)、透水缸体(304)、位移活塞(305)、复位弹簧(306)、连接杆(307)、活塞腔室(308)、水压光纤光栅(309)、压力薄膜(310)、水压光纤(311)、空气管(312)；

所述水压光纤光栅(309)与水压光纤(311)连接，所述水压光纤(311)与压力薄膜(310)连接，所述水压光纤(311)通过空气管(312)与外界接触，所述位移活塞(305)通过复位弹簧(306)、连接杆(307)与压力薄膜(310)连接。

3.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：所述光纤光栅土压力传感器(42)包括外壳(421)、连杆(422)、弹簧(423)、弧形杠杆(424)、薄膜(425)、压力光纤光栅(426)、压力光纤(427)、连通管(428)；

所述外壳(421)通过连杆(422)、弹簧(423)与弧形杠杆(424)连接，所述弧形杠杆(424)与薄膜(425)连接，所述压力光纤光栅(426)与压力光纤(427)连接，所述压力光纤(427)与薄膜(425)连接，通过连通管(428)与外界接触。

4.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：所述第一光纤光栅液位计(61)包括外筒(601)、进水口(602)、空气连通管(603)、空气压力腔(604)、气水压力膜(605)、水位光纤(606)、水位光纤光栅(607)、水压力腔(608)、水油压力膜(609)、油压腔(610)、油嘴(611)；

所述气水压力膜(605)与外筒(601)连接，所述水油压力膜(609)与外筒(601)连接，所述水位光纤(606)与水位光纤光栅(607)连接，所述水位光纤(606)与气水压力膜(605)、水油压力膜(609)连接，所述水位光纤(606)通过空气连通管(603)与外界接触。

5.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：在滑坡底部布置第一自动雨量计(21)，在滑坡顶部布置第二自动雨量计(22)，所述第一自动雨量计(21)和第二自动雨量计(22)实时在线监测降雨量，通过无线网络发送至监控中心(105)；

所述第一自动雨量计(21)包括无线收发器(211)、太阳能电池板(212)、天线(213)、雨量传感器(214)，所述无线收发器(211)、太阳能电池板(212)、天线(213)、雨量传感器(214)依次连接。

6.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：在滑坡顶部布置第四光纤光栅测斜管(74)和第五光纤光栅测斜管(75)，在滑坡中部布置第一光纤光栅测斜管(71)、第二光纤光栅测斜管(72)、第三光纤光栅测斜管(73)，所述第一光纤光栅测斜管(71)、第二光纤光栅测斜管(72)、第三光纤光栅测斜管(73)、第四光纤光栅测斜管(74)、第五光纤光栅测斜管(75)实时在线监测滑坡体深部位移，通过GPRS传输模块(102)、基站(103)、GPRS接收模块(104)发送至监控中心(105)。

7.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：在滑坡顶部布置第三光纤光栅渗压计(13)，在滑坡中部布置第二光纤光栅渗压计(12)，在滑坡底部布置第一光纤光栅渗压计(11)，所述第一光纤光栅渗压计(11)、第二光纤光栅渗压计(12)、第三光纤光栅渗压计(13)实时在线监测滑坡体孔隙水压力，通过GPRS传输模块(102)、基站(103)、GPRS接收模块(104)发送至监控中心(105)。

8.根据权利要求1所述的山地管道滑坡地质灾害监测预警系统，其特征在于：在滑坡顶部布置第三光纤光栅液位计(63)、第四光纤光栅液位计(64)，在滑坡中部布置第一光纤光栅液位计(61)、第二光纤光栅液位计(62)，所述第一光纤光栅液位计(61)、第二光纤光栅液位计(62)、第三光纤光栅液位计(63)、第四光纤光栅液位计(64)实时在线监测滑坡体地下水位，通过GPRS传输模块(102)、基站(103)、GPRS接收模块(104)发送至监控中心(105)。