CN216014451U - 一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，包括视频预警器和水位标尺，水位标尺用于测量水位，视频预警器用于监测水位标尺上水位变化，视频预警器包括监控立杆、定位模块和通信模块，监控立杆上设有视频摄像头，还设有计算机模块，计算机模块与定位模块、通信模块和视频摄像头电连接，灵活性好，可靠性高。还具有滑坡涌浪灾害远程预警功能，滑坡入江河段产生涌浪后1‑2分钟内后，计算机模块与定位模块、通信模块计算的数据和涌浪预警信息发送，可有临灾前的紧急撤离时间，保证了临灾紧急撤离时间，有效保证了临灾撤离的及时性。

Description

一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置

技术领域

本实用新型涉及涌浪灾害预警领域，尤其是涉及一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置。

背景技术

我国西南山区地形落差大，水能资源丰富，开发建设了多座大型水电站，形成了许多高坝大库。由于西南山区地质环境复杂，地质构造运动强烈，滑坡、崩塌等山地地质灾害多发易发，若库区岸坡发生快速失稳破坏，大量岩土体快速入江后可形成浪高达数十米甚至上百米的涌浪，涌浪沿江传播距离可达数公里至数十公里，传播途中可掀翻沿途的船只，损毁沿岸基础设施，将岸边活动人员卷入江中造成人员伤亡，甚至可能翻过大坝摧毁下游沿岸的城集镇，如1963年意大利瓦伊昂水库因蓄水诱发山体滑坡，形成的次生涌浪灾害造成了约2000人死亡的悲剧。因此，对涌浪灾害进行提前预警，可减小财产损失，降低人员伤亡，具有重大的社会实际意义。

涌浪灾害的成因是库岸滑坡，目前，滑坡的预测预警仍然是一个世界性的难题，尽管科学家提出了诸多滑坡预测预警的方法，但成功预警并实施紧急搬迁避让的案例多是依靠群测群防发现滑坡变形迹象再通过专家判断的方式进行决策的，通过自动化监测仪器发现变形异常并预警成功的案例较少，仅在部分地质条件简单、规模不大、基础勘察数据丰富、监测仪器埋设较多、研究程度较高的滑坡体有过报道。在岸线长达上百公里的高坝大库中，很难对全部库岸均进行详细的地质调查和监测工作，部分高位岸坡人力极难到达，滑坡隐患很难及时发现，因此，通过滑坡预警进而对涌浪灾害预警的方法在大型水库中难以进行推广应用。而专门针对涌浪灾害的预警装置及方法鲜见报道，难以满足当前灾害风险防控需要。

水库库岸滑坡涌浪灾害最大的特点是水位在短时间发生较大变化，通过监测沿程库水位的变化可发现涌浪灾害发生的位置和规模，进而可发布预警信号。因此，涌浪预警的关键在于快速、准确、连续的获得水库水位变化信息。

目前，测量水库水位通常采用压力式水位计或雷达水位计，压力式水位计的原理是通过传感器所受水压大小计算传感器所在位置距离水面的距离，传感器需要固定埋设在水库死水位以下一定距离，水下情况复杂，仪器检修操作不便，当水下岸坡失稳，仪器位置发生变化，则可能造成读数错误。雷达水位计的测量原理是从水面以上岸边设立的雷达水位传感天线发射雷达脉冲并接收水面反射脉冲，根据发射到接收信号的时间计算出河道到水面的距离。通常雷达天线需要从岸边架设测量立杆并在横向延伸至水面上的横杆上垂直于水面布设，而对于高坝大库，正常蓄水位至死水位之间的水位变幅带可达数十米，布设雷达水位计所需要的横杆长度过长，安装难度大、立杆结构稳定性难以保证，雷达水位计的量程有限，难以满足高坝大库水位测量的要求，中国专利CN211696584“一种水位预警监测装置”、中国专利CN212007423“一种水库水位检测装置”均存在此类问题。中国专利CN111623853“一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法”采用在水库水面布设水位计靶盘，在库岸的控制塔上布设红外测距跟踪头的方式测量水库水位，水面靶盘通过固定锚固定在水库水面上，容易影响航运安全；在涌浪发生时，水位骤涨可能淹没靶盘，将靶盘拖离原始位置，造成无法连续读取数据，难以应用于水库滑坡涌浪的应急预警。中国专利CN112652148A系统包括涌浪感应单元、涌浪识别单元和涌浪预警单元，所述涌浪感应单元的水位传感器设置在桩基上，所述桩基分别设于滑坡上游、滑坡下游和滑坡对岸，所述涌浪感应单元用于监测感应桩基所在位置的涌浪高度信息，所述涌浪识别单元用于接收涌浪感应单元传输的涌浪高度信息、判别灾害性涌浪并计算分析得到涌浪预警信息，所述涌浪预警单元用于接收涌浪识别单元传输的涌浪预警信息并进行预警。水位传感器计量方法较为模糊，容易形成误测，导致最终的效果较差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，解决布设雷达水位计所需要的横杆长度过长，安装难度大、立杆结构稳定性难以保证，雷达水位计的量程有限，难以满足高坝大库水位测量的要求的问题，并填补我国涌浪预警技术领域的空白。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是： 一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，包括视频预警器和水位标尺，水位标尺用于测量水位，视频预警器用于监测水位标尺上水位变化，视频预警器包括监控立杆、定位模块和通信模块，监控立杆上设有视频摄像头，还设有计算机模块，计算机模块与定位模块、通信模块和视频摄像头电连接。

优选方案中，监控立杆上还设有太阳能板，监控立杆上设有蓄电池，太阳能板与蓄电池电连接，蓄电池与视频摄像头电连接。

优选方案中，监控立杆顶部还设有避雷针。

优选方案中，监控立杆中部设有机柜， 计算机模块、定位模块和通信模块设在机柜内部。

优选方案中，还设有信号接收塔，信号接收塔与视频预警器电连接。

优选方案中，水位标尺上有印刷体水位数字，水位标尺沿库岸斜坡设置。

优选方案中，水位标尺上的数字采用抗腐蚀的金属薄片固定在标尺表面。

优选方案中，计算机模块设有OCR文字识别软件的单片机，OCR文字识别软件用于识别水位标尺上的数字。

本实用新型提供了一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，沿水库河道布置多套视频监控预警器和水位标尺，视频监控预警器的视频摄像头拍摄并通过OCR文字识别软件识别到对岸水位标尺的水位数值发生快速变化，计算机模块通过计算，得出5s内水位变化幅度超过2m，且反复3次出现同样情况，计算机模块判定涌浪发生，由通信模块向远程服务器传递信号；由远程服务器向A、B居住区或其他重要基础设施所处位置的各类终端设备，如广播、电视、手机等发出预警信号，提醒可能受涌浪影响的人员进行临灾避让。具有实时快速预测涌浪灾害功能，能够在远端滑坡造成涌浪来袭时，提前知晓滑坡涌浪的抵达时间和强烈程度，实现远端滑坡涌浪预警的目的，其能够针对滑坡涌浪实时监测预警，逻辑结构简单，灵活性好，可靠性高。还具有滑坡涌浪灾害远程预警功能，滑坡入江河段产生涌浪后1-2分钟内后，计算机模块与定位模块、通信模块计算的数据和涌浪预警信息发送，可有临灾前的紧急撤离时间，保证了临灾紧急撤离时间，有效保证了临灾撤离的及时性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型单套库岸滑坡涌浪灾害预警装置示意图

图2是本实用新型监控立杆结构图；

图3是本实用新型库岸滑坡涌浪灾害预警装置沿江布置示意图；

图中：避雷针1；监控立杆2；太阳能板3；视频摄像头4；机柜5；蓄电池6；水位标尺7；信号接收塔8；基座9。

具体实施方式

实施例1

如图1~3所示，一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，包括视频预警器和水位标尺7，水位标尺7用于测量水位，视频预警器用于监测水位标尺7上水位变化，视频预警器包括监控立杆2、定位模块和通信模块，监控立杆2上设有视频摄像头4，还设有计算机模块，计算机模块与定位模块、通信模块和视频摄像头4电连接。视频摄像头4监测水位标尺7上的数值变化，将数值的变化通过计算机模块处理后通过通信模块输送到服务器进行预警。定位模块用于定位监控立杆2的位置。

监控立杆2可根据通视条件安装在可拍摄到配套水位标尺7的位置，可与水位标尺7安装在水库的同一岸或对岸位置。

优选方案中，监控立杆2上还设有太阳能板3，监控立杆2上设有蓄电池6，太阳能板3与蓄电池6电连接，蓄电池6与视频摄像头4电连接。太阳能板3为蓄电池6供电，蓄电池6为整个视频预警器供电。所述蓄电池6埋于立杆周边地下，用于在阳光不足的天气条件下向设备供电。监控立杆2还安装在混凝土的基座9上。

优选方案中，监控立杆2顶部还设有避雷针1。避雷针1安装在监控立杆上，通过接地线连接至地下。

优选方案中，监控立杆2中部设有机柜5， 计算机模块、定位模块和通信模块设在机柜5内部。机柜5用于保护计算机模块、定位模块和通信模块。

优选方案中，还设有信号接收塔8，信号接收塔8与视频预警器电连接。信号接收塔8起到发射信号和接受信号的目的。

优选方案中，水位标尺7上有印刷体水位数字，水位标尺7沿库岸斜坡设置。水位标尺7上的数字采用抗腐蚀的金属薄片固定在标尺表面。监控立杆2可根据通视条件安装在可拍摄到配套水位标尺7的位置，可与水位标尺7安装在水库的同一岸或对岸位置。所述水位标尺7上用印刷体阿拉伯数字标注不同高度的水位数值。水位数字采用抗腐蚀的金属薄片固定在标尺表面，数字大小至少应使摄像头可分辨。视频摄像头为高清大视角摄像头，既可监控配套水位标尺，又可监控水库水面的实时影像。

所述水位标尺7上有印刷体水位数字，水位标尺7沿库岸斜坡布置，最下端应位于水库死水位以下，最上端应位于水库正常蓄水位以上，所在位置应位于视频摄像头4可监控并可清晰识别水位标尺数字的范围。

优选方案中，计算机模块设有OCR文字识别软件的单片机，OCR文字识别软件用于识别水位标尺7上的数字。所述计算机模块为安装有OCR文字识别软件的单片机，计算机模块与摄像头连接，对摄像头拍摄到的水位标尺上的数字进行识别处理。由于可见光无法全部穿透水面，光学摄像头无法识别水位标尺水下部分的数字，只能识别水上部分的数字。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1-3所示结构，沿水库河道布置多套视频监控预警器和水位标尺7。

出现滑坡位置时，滑坡入江后形成的涌浪传播至视频监控2号点位置，视频监控2号点的视频监控预警器的视频摄像头4拍摄并通过OCR文字识别软件识别到对岸水位标尺7的水位数值发生快速变化。

计算机模块通过计算，得出5s内水位变化幅度超过2m，且反复3次出现同样情况，计算机模块判定涌浪发生，通信模块向远程服务器传递信号。

远程服务器通过信号接收塔8将信号，向A、B居住区或其他重要基础设施所处位置的各类终端设备，广播、电视、手机发出预警信号，提醒可能受涌浪影响的人员进行临灾避让。

实施例2

结合实施例1或2进一步说明，如图1-3所示结构， t时刻视频监控预警器拍摄并通过OCR文字识别软件识别到水位标尺上一串数字hi,ti=1,2,3...n，取这串数字的最小值Min(hi,t)为此刻的水位数值ht，同理设经过Δt时刻后的识别到的水位数值为ht+Δt。

根据当地船舶航运和大风可能造成的波浪高度，划定浪高阈值H_L，由计算机模块计算Δt时间内的水位变化|h_t+Δt-h_t|是否超过浪高阈值H_L并记录。

当连续N次计算出水位变化幅度超过阈值时，则判定涌浪发生，由通信模块向远程服务器传递信号，由远程服务器向各类终端设备，广播、电视、手机发出预警信号。

时间间隔Δt可设定为5s以内，变化次数N可设定为2~5，浪高阈值H_L可设定为2~4m。

定位模块为GPS或北斗卫星定位接收器，通信模块与计算机模块和定位模块连接，采用有线或无线的通信方式将数据传输至远程服务器上。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：包括视频预警器和水位标尺（7），水位标尺（7）用于测量水位，视频预警器用于监测水位标尺（7）上水位变化，视频预警器包括监控立杆（2）、定位模块和通信模块，监控立杆（2）上设有视频摄像头（4），还设有计算机模块，计算机模块与定位模块、通信模块和视频摄像头（4）电连接。

2.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：监控立杆（2）上还设有太阳能板（3），监控立杆（2）上设有蓄电池（6），太阳能板（3）与蓄电池（6）电连接，蓄电池（6）与视频摄像头（4）电连接。

3.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：监控立杆（2）顶部还设有避雷针（1）。

4.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：监控立杆（2）中部设有机柜（5）， 计算机模块、定位模块和通信模块设在机柜（5）内部。

5.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：还设有信号接收塔（8），信号接收塔（8）与视频预警器电连接。

6.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：水位标尺（7）上有印刷体水位数字，水位标尺（7）沿库岸斜坡设置。

7.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：水位标尺（7）上的数字采用抗腐蚀的金属薄片固定在标尺表面。

8.根据权利要求1所述一种大型水库库岸滑坡涌浪灾害预警装置，其特征是：计算机模块设有OCR文字识别软件的单片机，OCR文字识别软件用于识别水位标尺（7）上的数字。

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