TWI574231B - An early warning system and method for structural collapse monitoring - Google Patents

Description

一種結構崩壞監測預警系統與方法

本發明係有關一種結構崩壞監測預警系統與方法，尤指一種以量測及分析電場訊號中之臨界變化特徵之結構崩壞監測預警系統與方法。

台灣地處環太平洋火山帶屬於地震頻繁之區域，島上有許多活動斷層，原本地質就比較脆弱，再加上年年多颱風以及高雨量之影響，往往造成許多災害。這些災害當中包括了崩壞作用。主要的崩壞作用包括：山崩、落石、滑動、翻覆以及土石流等。此外，橋樑、橋墩等人工建築物之崩壞、建築牆面之崩壞等亦屬於一種崩壞作用。崩壞作用其主要的成因之一是受到重力的影響，其他如岩石中的含水量、風化作用以及地震等亦會加速崩壞作用的產生。最常見的崩壞作用是道路邊坡落石，這對行車之安全有嚴重的威脅，尤其在蘇花公路、太魯閣等路段，常發生落石砸到車輛或路人之意外。另外，亦發生過老舊的橋樑、橋墩突然間斷裂，也可能會造成嚴重的意外。因此，若能對道路邊坡、擋土牆、橋墩、橋樑等進行監測，並在崩壞作用之災害發生之前能即時發出預警，對保障用路人之行車安全非常重要。然而，現今並未有任何技術能預測這些崩壞作用，如邊 坡落石、橋墩崩壞等之發生。

有鑑於此，發明人開發出一種結構崩壞監測預警系統與方法，係能在崩壞作用之災害發生之前即發現其徵兆，並能即時發出預警訊號，因此遂有本發明之產生。

本發明所欲解決之技術問題是要能在崩壞作用之災害發生之前即發現崩壞作用即將發生之徵兆，並即時發出預警訊號，以降低危害危及到人的機會。

為解決前述問題，以達到所預期之功效，本發明提供一種結構崩壞之監測預警方法，包括以下步驟：於一監測區域佈設至少一電場檢測器，其中該至少一電場檢測器係用以量測該監測區域之一電場訊號；接收該電場訊號並對該電場訊號進行一訊號處理分析；以及當經該訊號處理分析後之該電場訊號中出現一臨界變化特徵時，即發出一預警訊號。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該訊號處理分析包括一Morlet轉換或一強化型Morlet轉換。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該訊號處理分析包括一偏度運算以及一峰度運算之至少其中之一。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該臨界變化特徵包括下列(1)~(8)中至少一者：(1)該電場訊號之一強度達到一臨界強度時；(2)該電場訊號之一強度連續於一連續時間內持續大於一臨界連續強度時；(3)該電場訊號之一強度對一時間間隔之積分值達到一臨 界積分值時；(4)該電場訊號之一強度於一單位時間內之積分值達到一臨界單位時間積分值時；(5)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值達到一臨界偏度值時；(6)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值連續於一連續偏度時間內持續大於一臨界連續偏度值時；(7)該電場訊號之一強度之一峰度達到一臨界峰度值時；以及(8)該電場訊號之一強度之一峰度連續於一連續峰度時間內持續大於一臨界連續峰度值時。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該臨界變化特徵係在一特徵頻率範圍內。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該特徵頻率範圍係大於0.008赫兹且小於1赫兹。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警方法，其中該監測區域係為一邊坡、一道路邊坡、一擋土牆或一橋墩。

此外，本發明更提供一種結構崩壞監測預警系統，包括：一檢測部、一資料處理部以及一警示部；其中該檢測部包含至少一電場檢測器，其中該至少一電場檢測器係佈設於一監測區域，該至少一電場檢測器係用以量測該監測區域之一電場訊號；該資料處理部係以有線或無線之方式接收該電場訊號，並對該電場訊號進行一訊號處理分析，當經該訊號處理分析後之該電場訊號中出現一臨界變化特徵時，即發出一預警訊號；該警示部，係用以接收該預警訊號以啟動該警示部之作動。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該檢測部更包括至少一發射器，其中該至少一發射器係用以將該電場訊號以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其更包括至少一傳輸中繼站，其中該電場訊號係藉由該至少一發射器以及該至少一傳輸中繼站以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該至少一傳輸中繼站更包括一第一儲存裝置，該第一儲存裝置係用以記錄該電場訊號。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其更包括至少一傳輸中繼站，其中該電場訊號係藉由該至少一傳輸中繼站以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該至少一傳輸中繼站更包括一第一儲存裝置，該第一儲存裝置係用以記錄該電場訊號。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該警示部係為一燈號、一揚聲器、一柵欄以及一顯示器之至少其中之一。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該訊號處理分析包括一Morlet轉換或一強化型Morlet轉換。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該訊號處理分析包括一偏度運算以及一峰度運算之至少其中之一。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該臨界變化特徵包括下列(1)~(8)中至少一者：(1)該電場訊號之一強度達到一臨界強度時；(2)該電場訊號之一強度連續於一連續時間內持續大於一臨界連續強度時；(3)該電場訊號之一強度對一時間間隔之積分值達到一臨界積分值時；(4)該電場訊號之一強度於一單位時間內之積分值達到一臨界單位時間積分值時；(5)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值達到一 臨界偏度值時；(6)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值連續於一連續偏度時間內持續大於一臨界連續偏度值時；(7)該電場訊號之一強度之一峰度達到一臨界峰度值時；以及(8)該電場訊號之一強度之一峰度連續於一連續峰度時間內持續大於一臨界連續峰度值時。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該臨界變化特徵係在一特徵頻率範圍內。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該特徵頻率範圍係大於0.008赫兹且小於1赫兹。

於實施時，前述之結構崩壞監測預警系統，其中該監測區域係為一邊坡、一道路邊坡、一擋土牆或一橋墩。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1‧‧‧結構崩壞監測預警系統

2‧‧‧檢測部

20‧‧‧電場檢測器

21‧‧‧發射器

22‧‧‧第二儲存裝置

3‧‧‧資料處理部

4‧‧‧警示部

5‧‧‧監測區域

6‧‧‧道路

7‧‧‧傳輸中繼站

70‧‧‧第一儲存裝置

8‧‧‧油壓機

80‧‧‧岩心

81‧‧‧可升降平台

82‧‧‧電場訊號記錄器

83‧‧‧細砂

第1圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統與方法之一實驗裝置圖。

第2圖~第2C圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統與方法之實驗結果時頻圖。

第3圖~第3C圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統與方法之實驗結果時域分析圖。

第4圖係為本發明一種結構崩壞之監測預警方法之步驟流程圖。

第5圖、第5A圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之具體實施例。

第6圖~第6C圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之具體實施例。

第7圖、第7A圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之具體實施例。

第8圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之具體實施例。

第9圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之一具體實施例之檢測部之示意圖。

第9A圖係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之一具體實施例之傳輸中繼站之示意圖。

崩壞作用主要的因素之一是來自於重力。由於重力的單軸向施力，因而產生了山崩、落石、橋樑或橋墩崩壞等等現象。而岩石或混凝土在受到重力壓縮時，由於岩石中所含成分常具有壓電性質，因而產生出電場訊號。因此，發明人先在實驗室中對各種的岩石之岩心進行單軸壓縮試驗，以模擬重力的單軸向施力，並量測在單軸向壓縮試驗期間各種的岩石之岩心的表面之電場訊號的變化，以從中找出岩心崩壞前的徵兆。

請參閱第1圖，其係為本發明一種結構崩壞監測預警系統與方法之一實驗裝置圖。將鑽取所得之一岩心80(一般為圓柱狀)放置在一油壓機8之一可升降平台81之上。於岩心80之表面上設置複數個電場檢測器20，周圍再以壓克力容器填上細砂83，以防止岩心碎裂時碎塊射到周遭物品及人員而發生危險。在此實驗中電場檢測器20係為一電極。將複數個電場檢測器(電極)20連接至一電場訊號記錄器82上。其中電場訊號記錄器82係可連接至一資料處理部3或直接設置在資料處理部3之內。資料處理部3係 可為一電腦，用以記錄岩心80之表面之一電場訊號，並對電場訊號做一訊號處理分析。實驗時，以一壓縮速率抬升該可升降平台81，對岩心80加壓。當岩心80受壓壓縮至無法維持圓柱狀而碎裂成大小不一之碎塊時，即停止抬升該可升降平台81。於實驗時，同時亦記錄下單軸向壓縮之一壓力變化。

在第1圖之實驗裝置中，複數個電場檢測器(電極)20係可以非破壞岩心80之方式來設置。例如，在岩心80之表面上先塗上一導電銀膠。等導電銀膠完全乾燥之後，再以一銲錫焊接上一訊號線成為電場檢測器(電極)20。訊號線通常是由單芯或多芯的導線，或者是漆包線所構成。

在第1圖之實驗中所使用的岩心80係可以為各種不同種類之岩心，也可以是混凝土，以研究各種類型之岩心或混凝土之特性。在各類岩石的成分當中，石英常是含量豐富的一種材料。石英是地殼中含量最豐富的具壓電性質之物質。石英晶體常呈現四氧化矽之四面體對稱結構。當石英晶體受力而產生形變時，原本石英晶體中對稱而相互抵銷之電偶極矩因受力壓縮而變短，因電偶極矩之改變，石英晶體遂於其表面之兩端分別形成了正、負電荷，而產生出對抗此電偶極矩改變之電壓。除了石英之外，亦有許多其他具有壓電性質之成分。

請參見第2圖~第2C圖，係為本發明之一種結構崩壞監測預警系統與方法之實驗結果時頻圖。在第2圖~第2C圖中，岩心80碎裂的時間點為時間軸的終點。此實驗是以花崗岩之岩心80來做實驗，屬於粉花崗岩，經薄片分析，其主要成分包括石英、斜長石、白雲母以及黑雲母等。當此花崗岩岩心80受力壓縮產生形變時，遂產生出電壓。在此四個實驗中，對電場訊號所做之訊號處理分析係為一時頻域之訊號處理分析，係先對電場 訊號做一低通濾波處理，以去除部分高頻訊號之雜訊。再以一強化型Morlet轉換將電場訊號由原本時間域之電場訊號轉換成一頻率域，再以時頻圖來展示電場訊號頻率及其強度對時間的變化圖。在一開始加壓時，由於岩心80之內部整體受力並不均勻，因此會出現一些異常的訊號。當再繼續加壓下去，使得岩心80之內部整體受力均勻後，這些異常訊號就不再出現。以第2B圖及第2C圖為例，在一開始加壓的前100秒之內，出現了一些強度較強之電場訊號，而這些異常訊號之後就不再出現。而在第2圖及第2A圖中，一開始加壓的前100秒並沒有明顯的異常訊號出現。直到岩心80碎裂成大小不一之碎塊之前的一小段時間內，在0.01赫茲到1赫茲之間的頻帶，電場訊號之強度開始出現很明顯地激烈變化，而此即為岩心80崩壞之前兆。在第2圖~第2C圖中皆可以發現，當岩心80碎裂成大小不一之碎塊之前的一小段時間內，在0.01赫茲到1赫茲之間的頻帶，電場訊號之強度開始出現很明顯地激烈變化。而當電場訊號之強度之激烈變化達到一臨界變化特徵時，則表示岩心80即將崩壞。以第2圖為例，在時間軸約1400秒之後電場訊號之強度開始出現一些變化，而約在1800秒左右達到臨界變化特徵。在第2A圖中，在時間軸約1500秒之後電場訊號之強度開始出現一些變化，而約在1900秒左右達到臨界變化特徵。以第2B圖為例，在時間軸約850秒之後電場訊號之強度開始出現一些變化，而約在950秒左右達到臨界變化特徵。以第2C圖為例，在時間軸約950秒之後電場訊號之強度開始出現一些變化，而約在980秒左右達到臨界變化特徵。在第2圖~第2C圖中，達到臨界變化特徵之時間與岩心80碎裂的時間點(時間軸的終點)之間皆尚有一小段時間，因此可以在岩心80碎裂之前即觀察到其徵兆。因此，在當達到臨界變化特徵時， 可以預測岩心80即將崩壞。由於實驗時之單軸向壓縮力係大於重力，因此若將電場檢測器20佈設於道路邊坡，當監測到臨界變化特徵時，則臨界變化特徵之時間點距離道路邊坡發生崩壞之時間點會比實驗的結果還來得更長，也因此有足夠的時間發出預警訊號，以降低危害危及到人的機會。

請參見第3圖~第3C圖，係為本發明之一種結構崩壞監測預警系統與方法之實驗結果時域分析圖。實驗是同樣以花崗岩之岩心80來做實驗。在這四個實驗中，對電場訊號所做之訊號處理分析係為一時間域之訊號處理分析。先對電場訊號做一低通濾波處理，以去除部分高頻訊號之雜訊。再對電場訊號做一偏度運算，並擷取岩心80碎裂成大小不一之碎塊之前後的部分結果，將其顯示於時域分析圖中。其中岩心80碎裂的時間點約是在滑移量突然上升的地方，也就是在橫軸約4700左右附近。由時域分析圖中可以清楚觀察到，在此岩心80碎裂的時間點之前，也就是在橫軸約3300左右附近，電場偏度會從零附近開始產生變化，而明顯呈現出大於零之值。因此，在時域分析圖中同樣可以觀察到，在岩心80碎裂之前，電場偏度會開始變化。而當電場偏度的變化達到一臨界變化特徵時，亦可以用來預測岩心80即將崩壞。

對於不同的岩心，甚至不同之岩心種類，可以藉由一歸一化運算對電場訊號進行訊號處理分析，以形成一無量綱量之數據分析。

請參閱第4圖，係為本發明一種結構崩壞之監測預警方法之步驟流程圖，包括以下步驟：於一監測區域5佈設至少一電場檢測器20，其中至少一電場檢測器20係用以量測監測區域5之一電場訊號；接收電場訊號並對電場訊號進行一訊號處理分析；以及當經訊號處理分析後之電場訊號 中出現一臨界變化特徵時，即發出一預警訊號。其中臨界變化特徵可以由下列(1)~(16)中至少一者來判斷：(1)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度達到一特頻臨界強度時；(2)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度連續於一特頻連續時間內持續大於一特頻臨界連續強度時；(3)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度對一特頻時間間隔之積分值達到一特頻臨界積分值時；(4)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度於一單位時間內之積分值達到一特頻臨界單位時間積分值時；(5)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度之一特頻偏度之絕對值達到一特頻臨界偏度值時；(6)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度之特頻偏度之絕對值連續於一特頻連續偏度時間內持續大於一特頻臨界連續偏度值時；(7)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度之一特頻峰度達到一特頻臨界峰度值時；(8)在一特徵頻率範圍內之電場訊號之強度之一特頻峰度連續於一特頻連續峰度時間內持續大於一特頻臨界連續峰度值時；(9)電場訊號之強度達到一臨界強度時；(10)電場訊號之強度連續於一連續時間內持續大於一臨界連續強度時；(11)電場訊號之強度對一時間間隔之積分值達到一臨界積分值時；(12)電場訊號之強度於一單位時間內之積分值達到一臨界單位時間積分值時；(13)電場訊號之強度之一偏度之絕對值達到一臨界偏度值時；(14)電場訊號之強度之一偏度之絕對值連續於一連續偏度時間內持續大於一臨界連續偏度值時；(15)電場訊號之強度之一峰度達到一臨界峰度值時；以及(16)電場訊號之強度之一峰度連續於一連續峰度時間內持續大於一臨界連續峰度值時。其中特徵頻率範圍係大於0.008赫兹且小於1赫兹。由於臨界變化特徵從時頻圖中或時域圖中非常容易觀察到，因此，判斷是否達到 臨界變化特徵不應受限於上述之16種方式。其中監測區域係可為一邊坡、一道路邊坡、一擋土牆或一橋墩。其中監測區域更可包含一磁磚牆面或一建築牆面。其中電場檢測器20係可為一電極。其中對電場訊號所做之訊號處理分析通常可以分成三種模式，分別是一時間域之訊號處理分析、一頻率域之訊號處理分析以及一時頻域之訊號處理分析。也可先進行時間域之訊號處理分析，之後再進行頻率域之訊號處理分析或時頻域之訊號處理分析。常見之時間域之訊號處理分析有一低通濾波、一歸一化運算、一偏度運算以及一峰度運算等。常見之頻率域之訊號處理分析有一小波分析、一小波轉換、一母小波轉換、一Morlet轉換、一時間域至頻率域轉換、一傅立葉轉換以及一快速傅立葉轉換等。而時頻域之訊號處理分析通常係以頻率域之訊號處理分析為基礎，進而產生出時頻域圖。

請參閱第5圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之一具體實施例，包括：一檢測部2、一資料處理部3以及一警示部4。其中檢測部2包含至少一電場檢測器20，其中電場檢測器20係佈設於一監測區域5，電場檢測器20係用以量測監測區域5之一電場訊號。在此實施例中，監測區域5係為一邊坡，而電場檢測器20係可為一電極、一導線、一訊號線或一漆包線。電場檢測器20係可以埋設之方式佈設於監測區域5之邊坡上。資料處理部3係可為一筆記型電腦、一電腦或一伺服器。電場檢測器20係以有線之方式與資料處理部3相連接，使得資料處理部3可以接收電場訊號，並對電場訊號進行一訊號處理分析。警示部4係以有線或無線之方式與資料處理部3相連接。在此實施例中，警示部4係為一道路燈號，當經訊號處理分析後之電場訊號中出現一臨界變化特徵時，資料處理部3即發出一預警訊號至警示 部4，警示部4接收預警訊號以啟動警示部4之作動，以控制道路6的通行。在其他實施例中，警示部係可為一燈號、一揚聲器、一柵欄以及一顯示器之至少其中之一。其中對電場訊號所做之訊號處理分析係與前述之本發明之一種結構崩壞之監測預警方法中相同。其中臨界變化特徵亦與前述之本發明之一種結構崩壞之監測預警方法中相同。在其他實施例中，監測區域係為一道路邊坡、一擋土牆或一橋墩。在另一實施例中，監測區域係為一磁磚牆面或一建築牆面。

請參閱第5A圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第5圖所示之實施例大致相同，惟，其中檢測部2更包括至少一發射器21。發射器21係與電場檢測器20相連接。其中發射器21係用以將電場檢測器20所量測到之電場訊號以無線之方式傳送至資料處理部3。在其他實施例中，發射器21係可包括一第二儲存裝置22(請參閱第9圖)，其中第二儲存裝置22係用以記錄電場訊號。

請參閱第6圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之又一具體實施例。其主要結構係與第5圖所示之實施例大致相同，惟，其中更包括至少一傳輸中繼站7。傳輸中繼站7係與其相鄰近之電場檢測器20以有線之方式相連接。傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間再相互以有線之方式相連接。其中至少一個傳輸中繼站7係與資料處理部3以有線之方式相連接。電場訊號藉由傳輸中繼站7以有線之方式傳送至資料處理部3。其中包括至少一警示部4。警示部4係與傳輸中繼站7或資料處理部3相連接。在其他實施例中，傳輸中繼站7係可包括一第一儲存裝置70(請參閱第9A圖)，第一儲存裝置70係用以記錄電場訊號。

請參閱第6A圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第6圖所示之實施例大致相同，惟，其中傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間係以無線之方式相連接。傳輸中繼站7與資料處理部3係以無線之方式相連接。警示部4與資料處理部3或傳輸中繼站7係以有線或無線之方式相連接。在其他實施例中，傳輸中繼站7係可包括一第一儲存裝置70(請參閱第9A圖)，第一儲存裝置70係用以記錄電場訊號。

請參閱第6B圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第6圖所示之實施例大致相同，惟，其中2檢測部更包括至少一發射器21。發射器21係與電場檢測器20相連接。其中發射器21係用以將電場檢測器20所量測到之電場訊號以無線之方式傳送至鄰近之傳輸中繼站7。在其他實施例中，發射器21係可包括一第二儲存裝置22(請參閱第9圖)，其中第二儲存裝置22係用以記錄電場訊號。

請參閱第6C圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第6B圖所示之實施例大致相同，惟，其中傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間係以無線之方式相連接。傳輸中繼站7與資料處理部3係以無線之方式相連接。警示部4與資料處理部3或傳輸中繼站7係以有線或無線之方式相連接。在其他實施例中，傳輸中繼站7係可包括一第一儲存裝置70(請參閱第9A圖)，第一儲存裝置70係用以記錄電場訊號。

請參閱第7圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第6圖所示之實施例大致相同，惟，其中監測區域5係為道路6之兩側之邊坡，而傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間之連接係為一網狀分佈(在第6圖所示之實施例中，傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之 間之連接係為一鏈狀分佈)。在另一實施例中，傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間之連接係為包括一網狀分佈、一星狀分佈以及一鏈狀分佈之至少其中之一。在其他之實施例中，傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間之連接係為結合一網狀分佈、一星狀分佈以及一鏈狀分佈之至少其中之二。

請參閱第7A圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第7圖所示之實施例大致相同，惟，其中檢測部2更包括至少一發射器21。發射器21係與電場檢測器20相連接。其中發射器21係用以將電場檢測器20所量測到之電場訊號以無線之方式傳送至鄰近之傳輸中繼站7。傳輸中繼站7與傳輸中繼站7之間係以無線之方式相連接。傳輸中繼站7與資料處理部3係以無線之方式相連接。警示部4與資料處理部3或傳輸中繼站7係以有線或無線之方式相連接。在其他實施例中，發射器21係可包括一第二儲存裝置22(請參閱第9圖)，其中第二儲存裝置22係用以記錄電場訊號。在又一實施例中，傳輸中繼站7係可包括一第一儲存裝置70(請參閱第9A圖)，第一儲存裝置70係用以記錄電場訊號。

請參閱第8圖，係為本發明一種結構崩壞監測預警系統之另一具體實施例。其主要結構係與第6A圖所示之實施例大致相同，惟，其中監測區域5係為一橋樑之橋墩。

以上所述乃是本發明之具體實施例及所運用之技術手段，根據本文的揭露或教導可衍生推導出許多的變更與修正，仍可視為本發明之構想所作之等效改變，其所產生之作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之實質精神，均應視為在本發明之技術範疇之內，合先陳明。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預 期目的，提供一種結構崩壞監測預警系統與方法，極具產業上利用之價植，爰依法提出發明專利申請。

1‧‧‧結構崩壞監測預警系統

2‧‧‧檢測部

20‧‧‧電場檢測器

21‧‧‧發射器

3‧‧‧資料處理部

4‧‧‧警示部

5‧‧‧監測區域

6‧‧‧道路

Claims (20)

1. 一種結構崩壞之監測預警方法，包括以下步驟：於一監測區域佈設至少一電場檢測器，其中該至少一電場檢測器係用以量測該監測區域之一電場訊號，其中該電場訊號係由該監測區域形變所產生之一電壓；接收該電場訊號並對該電場訊號進行一訊號處理分析；以及當經該訊號處理分析後之該電場訊號中出現一臨界變化特徵時，即發出一預警訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該訊號處理分析包括一Morlet轉換或一強化型Morlet轉換。
3. 如申請專利範圍第1項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該訊號處理分析包括一偏度運算以及一峰度運算之至少其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該臨界變化特徵包括下列(1)~(8)中至少一者：(1)該電場訊號之一強度達到一臨界強度時；(2)該電場訊號之一強度連續於一連續時間內持續大於一臨界連續強度時；(3)該電場訊號之一強度對一時間間隔之積分值達到一臨界積分值時；(4)該電場訊號之一強度於一單位時間內之積分值達到一臨界單位時間積分值時；(5)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值達到一臨界偏度值時；(6)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值連續於一連續偏度時間內持續大於一臨界連續偏度值時；(7)該電場訊號之一強度之一峰度達到一臨界峰度值時；以及(8)該電場訊號之一強度之一峰度連續於一連續峰度時間內持續大於一臨界連續峰度值時。
5. 如申請專利範圍第4項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該臨界變 化特徵係在一特徵頻率範圍內。
6. 如申請專利範圍第5項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該特徵頻率範圍係大於0.008赫兹且小於1赫兹。
7. 如申請專利範圍第1項所述之結構崩壞監測預警方法，其中該監測區域係為一邊坡、一擋土牆或一橋墩。
8. 一種結構崩壞監測預警系統，包括：一檢測部，包含至少一電場檢測器，其中該至少一電場檢測器係佈設於一監測區域，該至少一電場檢測器係用以量測該監測區域之一電場訊號，其中該電場訊號係由該監測區域形變所產生之一電壓；一資料處理部，係以有線或無線之方式接收該電場訊號，並對該電場訊號進行一訊號處理分析，當經該訊號處理分析後之該電場訊號中出現一臨界變化特徵時，即發出一預警訊號；以及一警示部，係用以接收該預警訊號以啟動該警示部之作動。
9. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該檢測部更包括至少一發射器，其中該至少一發射器係用以將該電場訊號以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。
10. 如申請專利範圍第9項所述之結構崩壞監測預警系統，其更包括至少一傳輸中繼站，其中該電場訊號係藉由該至少一發射器以及該至少一傳輸中繼站以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。
11. 如申請專利範圍第10項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該至少一傳輸中繼站更包括一第一儲存裝置，該第一儲存裝置係用以記錄該電場訊號。
12. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其更包括至少一傳輸中繼站，其中該電場訊號係藉由該至少一傳輸中繼站以有線或無線之方式傳送至該資料處理部。
13. 如申請專利範圍第12項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該至少一傳輸中繼站更包括一第一儲存裝置，該第一儲存裝置係用以記錄該電場訊號。
14. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該警示部係為一燈號、一揚聲器、一柵欄以及一顯示器之至少其中之一。
15. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該訊號處理分析包括一Morlet轉換或一強化型Morlet轉換。
16. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該訊號處理分析包括一偏度運算以及一峰度運算之至少其中之一。
17. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該臨界變化特徵包括下列(1)~(8)中至少一者：(1)該電場訊號之一強度達到一臨界強度時；(2)該電場訊號之一強度連續於一連續時間內持續大於一臨界連續強度時；(3)該電場訊號之一強度對一時間間隔之積分值達到一臨界積分值時；(4)該電場訊號之一強度於一單位時間內之積分值達到一臨界單位時間積分值時；(5)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值達到一臨界偏度值時；(6)該電場訊號之一強度之一偏度之絕對值連續於一連續偏度時間內持續大於一臨界連續偏度值時；(7)該電場訊號之一強度之一峰度達到一臨界峰度值時；以及(8)該電場訊號之一強度之一峰度連續於一連續峰度時間內持續大於一臨界連續峰度值時。
18. 如申請專利範圍第17項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該臨界變化特徵係在一特徵頻率範圍內。
19. 如申請專利範圍第18項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該特徵頻率範圍係大於0.008赫兹且小於1赫兹。
20. 如申請專利範圍第8項所述之結構崩壞監測預警系統，其中該監測區域係為一邊坡、一擋土牆或一橋墩。