TWI667455B - 地貌結構監測系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種地貌結構監測系統，包括：一支撐座體，內部呈一容置空間以及具有複數個穿孔，且至少部份埋設於一地底表面下；複數個感測裝置，於垂直方向間隔地容設於該容置空間中，並埋設於該地底表面下，所述感測裝置係於該地面的結構改變而外露於該地底表面外時，送出一感測訊號；一訊號處理裝置，接收該感測訊號並處理該感測訊號；以及一訊號傳輸裝置，間隔地串接所述感測裝置，並連接所述感測裝置以及該訊號處理裝置。

Description

地貌結構監測系統

本發明係有關於一種地貌結構監測系統，尤指一種可監測河床或海床沖刷深度、及監控土石流之地貌結構監測系統。

在氣候不穩定、河川水流湍急、地勢起伏劇烈的地理環境下，再加上土地過度開發等人為因素，當豪雨或颱風來襲時，突如其來的洪水沖刷河床常導致河床掏空、土石流、或山坡地滑動等問題，尤其對於橋墩的結構穩定與安全性造成嚴重的威脅。

然而，傳統的河床沖刷深度及水位高度的量測主要是依靠人工檢測，但人工檢測的準確性必須依賴檢測人員的操作經驗，而在颱風或豪雨的氣候下因量測人員的安全問題，無法即時掌握河床被沖刷的情況，故當河床被掏空導致橋墩損壞時，無法有效率地發出警告，而可能造成用路人的生命財產損失。因此，近年來，已陸續發展多種監測沖刷其水位狀況的裝置，來監視河床的沖刷情況。舉例來說，河床監控系統可分為接觸式以及非接觸式，其中，接觸式的監控系統可例如利用絞索將重錘沿固定套管延伸至沖刷面，利用絞索的收放量來測定沖刷狀況，然而，此種監測方法需要在現場量測，且容易受到泥沙回淤或濃度過高等因素影響，無法 準確且即時地掌握河床結構的狀況。再者，非接觸式的監控系統可例如藉由於河床斷面等距設置數個縱向排列的溫度計，透過所述溫度計的溫度變化來推斷每一個溫度計所在的位置的河床是否被掏空，然而，溫度計長期設置於河床下容易受損故障，故依然難以正確掌握河床結構的變化。

有鑑於此，目前亟需發展一種結構簡單、低成本、且壽命長的地貌結構監測系統，以即時掌握因洪水沖刷河床或海床的深度，監控橋梁等建物的結構安全性以及監控土石流。

為了達到上述之目的，本發明提供了一種地貌結構監測系統，包括：一支撐座體，內部呈一容置空間以及具有複數個穿孔，且至少部份埋設於一地底表面下；複數個感測裝置，於垂直方向間隔地容設於該容置空間中，並埋設於該地底表面下，所述感測裝置係於該地底表面的結構改變而外露於該地底表面外時，送出一感測訊號；一訊號處理裝置，接收該感測訊號並處理該感測訊號；以及一訊號傳輸裝置，間隔地串接所述感測裝置，並連接所述感測裝置以及該訊號處理裝置。

於一較佳實施態樣中，該支撐座體更包括複數個加勁隔板，以分割該容置空間為複數個次容置空間，所述感測裝置係分別容置於所述次容置空間中。

於一較佳實施態樣中，所述感測裝置可為至少一選自由一加速感測器、一壓力感測器、一震動感測器、一溫度感測器、一聲音感測器、一陀螺儀感測器、及一影像感測器所組成之群組。而其中係以該加速感測器及該震動感測器為較佳。然而，本發明之感測裝置並不受限於此，例如，只 要當所述感測裝置因河床掏空而外露於河流中時可產生一不同的感測訊號的感測器皆可使用。舉例而言，當所述感測裝置為震動感測器時，埋於河床土壤中的所述感測裝置由於是靜止不動的，故所述震動感測器所量測之數值應為一定值，而當河水沖刷河床導致所述感測裝置外露於河水水流中時，由於所述震動感測器受水流的影響而位移或震動而產生變動的數值。因此，可藉由其變動的數值來判定該感測裝置所設置的位置是否有河床沖刷的現象。

於一較佳實施態樣中，所述感測裝置可包括一主體，具有至少一長形槽；至少一磁性件，設置於所述長形槽中；一感應線圈，重複捲繞該主體，其捲繞方向係垂直所述長形槽的延伸方向，當該感測裝置因該地底表面結構改變而外露於地底表面時，受流體流動的影響，該磁性件係於該長形槽中移動，使得該感應線圈產生一感應電流作為該感測訊號。

根據一較佳實施態樣，上述的磁性件較佳係由一鐵磁性材料所構成的一滾珠。

於一較佳實施態樣中，該訊號處理裝置係藉由該感測訊號以判斷地底表面結構改變的情況。

也就是說，由於所述感測裝置是垂直並間隔地埋設於地底表面土壤中，且每一感測裝置皆位於一固定的深度，當地底表面被沖刷時可藉由是否產生變動的感測數值來推定所述感測裝置中有部分感測裝置外露於地底表面上，從而可藉由該訊號處理裝置進一步計算並推知地底表面被掏空的一沖刷深度值。此外，該訊號處理裝置係設定有一預定參考值，而當該沖刷深度值高於該預定參考值時則會發出一警告訊號。另外，加速感 測器、壓力感測器、震動感測器、溫度感測器、聲音感測器、陀螺儀感測器、及影像感測器等亦是藉由埋設於地底表面土壤中與經沖刷而外露於地底表面上的情況下能夠產生可區別的加速度、壓力、影像、聲音、或溫度訊號，進而推知被掏空的深度、流速、水位高度等參數。

於一較佳實施態樣中，該地貌結構監測系統可更包括一配重單元，設置於該訊號傳輸單元之末端，該配重單元可受重力作用而牽引串接於該訊號傳輸單元上之所述感測裝置，使得串接之所述感測裝置於水流的影響下，可保持垂直排列並確保每一感測裝置皆位於其應有的深度。

此外，本發明更提供了另一種地貌結構監測系統的實施態樣，該地貌結構監測系統包括：一支撐座體，內部呈一容置空間以及具有複數個穿孔，且至少部份埋設於一地底表面下；複數個感測裝置，容設於該容置空間中，所述感測裝置係於地底表面結構改變時，送出一感測訊號；一訊號處理裝置，接收該感測訊號並處理該感測訊號；一訊號傳輸裝置，容設於該容置空間中，間隔地串接所述感測裝置，且連接所述感測裝置以及該訊號處理裝置；以及一配重單元，設置於該訊號傳輸裝置之末端並垂放置該地底表面上，當該地底表面結構改變時，該配重單元隨著該地底表面下陷而受重力作用向下移動。

於一較佳實施態樣中，當該配重單元隨著該地底表面下陷而向下移動時，所述感測裝置隨著該配重單元依序沉入向下移動中。

於一較佳實施態樣中，所述感測裝置可為至少一選自由一加速感測器、壓力感測器、震動感測器、溫度感測器、聲音感測器、陀螺儀感測器、及影像感測器所組成之群組。其中，又以加速感測器及震動感測器為 較佳，然而，所述感測裝置並不受限於此，只要當該感測裝置可於該地底表面結構改變時，受地底表面的影響而產生一感測訊號之感測器皆可使用。

根據本發明一較佳實施態樣，所述感測裝置包括一主體，具有至少一長形槽；至少一磁性件，設置於所述長形槽中；一感應線圈，重複捲繞該主體，其捲繞方向係垂直於所述長形槽的延伸方向，當該感應單元因該地底表面結構改變時，受流體流動的影響，該磁性件係於該長形槽中移動，使得該感應線圈產生一感應電流作為該感測訊號。

於一較佳實施態樣中，所述磁性件係一鐵磁性材料所構成的一滾珠。

於一較佳實施態樣中，該訊號處理裝置係藉由該感測訊號以判斷地底表面結構改變的情況。

本發明所提供的地貌結構監測系統可用於監測河床或海床的沖刷深度及水位高度/流速，以掌握防洪安全，並於危急時適時地提供安全警告，確保河工及海工構造物(如橋墩、堤防、鑽油平台、離岸風力發電設施等)之安全性。

100‧‧‧地貌結構監測系統

1‧‧‧支撐座體

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧穿孔

13‧‧‧加勁隔版

111‧‧‧次容置空間

2‧‧‧感測裝置

21‧‧‧主體

22‧‧‧長形槽

23‧‧‧磁性件

24‧‧‧感應線圈

3‧‧‧訊號處理裝置

4‧‧‧訊號傳輸裝置

5‧‧‧橋墩

6、6’‧‧‧河床

7‧‧‧河流

8‧‧‧配重單元

圖1係本發明實施例1之地貌結構監測系統示意圖。

圖2係本發明實施例1之地貌結構監測系統部分示意圖。

圖3係本發明實施例1之感測裝置之立體示意圖。

圖4係本發明實施例1之另一感測裝置之立體示意圖。

圖5係本發明實施例2之地貌結構監測系統示意圖。

圖6係本發明實施例2之地貌結構監測系統示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

[實施例1]

圖1係繪示本發明之地貌結構監測系統示意圖。如圖1所示，本發明之地貌結構監測系統100包括一支撐座體1、複數個感測裝置2、一訊號處理裝置3、以及一訊號傳輸裝置4。

其中，該支撐座體1係一中空殼體，具有一容置空間11，且其壁上形成有複數個穿孔12連通該容置空間11，可供河床6的土壤或河水7水流進出該容置空間11；所述感測裝置2以及係間隔地串接於該訊號傳輸裝置4上，且該訊號傳輸裝置4以及所述感測裝置2係於垂直方向間隔地容設於該支撐座體1的容置空間11中；該訊號傳輸裝置4係連接該訊號處理裝置3，而該訊號處理裝置3可設置於一橋墩5上。

該支撐座體1的材質並無特別的限制，而較佳係使用不易鏽蝕的材料來製備，例如塑膠或不鏽鋼等，而所述穿孔12的數量以及大小並無特別的 限制，只要當設置於河床6土壤中或河水7中時，可供河床6土壤以及河水7可進出該支撐座體1即可。

另外，請參照圖2，其係繪示另一種實施態樣之該支撐座體1的剖面圖。該支撐座體1更包括複數個加勁隔板13，設置於該容置空間11中並分割該容置空間11形成複數個次容置空間111，而每一個次容置空間111中係設置一個感測裝置。所述加勁隔板13可避免河水由該支撐座體1上端往該容置空間11灌入的河水沖刷該容置空間11中的泥土，而使得部分感測裝置外露於河水7中，進而產生錯誤的感測訊號。

於本實施例中，使用之感測裝置2係如圖3所示，包括一主體21、複數個長形槽22、複數個磁性件23、以及一感應線圈24。其中，該主體21係由塑膠材料所構成，所述長形槽22係形成於該主體21中，並形成一密閉式的空間，每一磁性件23係各自設置於一長形槽22中，且可自由地於該長形槽22的空間中移動。該感應線圈24係沿著垂直所述長形槽22的延伸方向而重複圍繞該主體21。當該感測裝置2受到水流影響而震動時，該磁性件23會於該長形槽22中移動，而當該磁性件23移動而穿過該感應線圈24時，由於電磁感應現象而產生感應電流，可使該感測裝置2產生該感測訊號。

此外，於另一實施態樣中，該感測裝置2可如圖4所示，其與圖3所示之感測裝置2相似，包括一主體21、複數個長形槽22、以及複數個磁性件23，然而其感應線圈24係個別圍繞每一長形槽22，且圍繞每一長形槽22的感應線圈24係彼此串聯或並聯。同樣地，當該感測裝置2受到水流影響而震動時，該磁性件23會於該長形槽22中移動，而當該磁性件23移動而穿過該感應線圈24 時，由於電磁感應現象而產生感應電流，再藉由串聯或並聯的方式將產生的感應電流傳出以產生該感測訊號。

再者，由於每一感測裝置2皆設置於一固定的深度，而於原始狀態下，每一感測裝置2係埋於河床6土壤中，故其中的磁性件23為靜止狀態，故不會產生感應電流，而當河床6被沖刷時會使得一部份的感測裝置2外露於河水7中進而受河水7水流的影響而震動，故此時可藉由是否產生變動的感測數值來推定所述感測裝置2中有部分感測裝置外露於河水中，再藉由訊號處理裝置3以計算河床6被掏空的一沖刷深度值。

此外，每一感測裝置2可更包括一外殼(圖未示)，包覆並保護該主體21以及該感應線圈24，避免長期暴露於水中因鏽蝕而損壞。以及，所述感測裝置2的數量沒有特別的限制，相鄰的感測裝置2之間的間距亦無特別的限制，可依照河床深度或橋墩5結構來設計。

該訊號傳輸裝置4係串接所述感測裝置2，使得所述感測裝置2垂直地垂放於該支撐座體1的該容置空間中。

再者，該訊號處理裝置3係藉由該訊號傳輸裝置4而接收來自所述感測裝置2的感測訊號，並處理所接收的感測訊號後，輸出該河床6之該沖刷深度值。接著，該訊號處理裝置3可藉由無線或有線的傳輸方式將該沖刷深度值傳輸至一接收端。更詳細而言，該訊號處理裝置3可更包括一通信模組，該通信模組可於一預定時間間隔讀取該沖刷深度值或水位高度值，並傳輸至該接收端以利即時監控河水的沖刷深度，而當該沖刷深度值若大於該預定參考值，則會即時傳輸該警告訊號提醒管理人員。

此外，該地貌結構監測系統100可更包括一配重單元8，該配重單元8係設置於該訊號傳輸裝置4之末端，並放置於該河床6下。當該河床6結構改變時，該配重單元會隨著河床6下陷而受重力作用上下移動。而於一較佳實施態樣中，該配重單元隨著該河床6下陷而向下移動時，所述感測裝置2隨著該配重單元8依序沉入河流中。

[實施例2]

本發明所提供之另一實施態樣之地貌結構監測系統係如圖5所示。該地貌結構監測系統200包括一支撐座體1、複數個感測裝置2、一訊號處理裝置3、一訊號傳輸裝置4、以及一配重單元8。

其中，該支撐座體1、所述感測裝置2、該訊號處理裝置3、以及該訊號傳輸裝置4之結構特徵大致上與實施例1相同，為了簡要說明之目的，上述實施例中任何可作相同應用之敘述皆併於此，且無須再重複相同敘述。

於本實施例中，該配重單元8係設置於該訊號傳輸裝置4的末端，並容置於該支撐座體1的該容置空間11中且垂放於該容置空間11內的河床6土壤上。於重力作用下，可牽引串接的所述感測裝置2移動。

而本實施例與實施例1不同之處在於，該些串接於訊號傳輸裝置4上之所述感測裝置2之原始狀態並非完全容置於該容置空間11中，亦未埋設於河床6土壤中，由設置於該訊號傳輸裝置4末端的該配重單元8垂直排列地垂放於該河床6上，而該訊號處理裝置3以及部分之所述感測裝置2係設置於河水面上。如圖6所示，當河床6被沖刷，河床6土壤被掏空時，該配重單元8受重力作用下向下移動，並停留在經沖刷後的新河床6’上。同時，該配重單元8牽引串接之所述感測裝置2沿著該容置空間11向下移動，此時，受該配重單元8牽引而沉入水中 的所述感測裝置2係受到水流的影響而震動，震動時則會產生感測訊號，而該訊號處理裝置3可計算沉入水中的所述感測裝置2的數目來推算該河床深度的改變量以及河床深度。接著，該訊號處理裝置3同樣可藉由無線或有線的傳輸方式將該沖刷深度值傳輸至一接收端。更詳細而言，該訊號處理裝置3可更包括一通信模組，該通信模組可於一預定時間間隔讀取該沖刷深度值或水位高度值，並傳輸至該接收端以利即時監控河水的沖刷深度，而當該沖刷深度值若大於該預定參考值，則會即時傳輸該警告訊號提醒管理人員。

Claims (7)

1. 一種地貌結構監測系統，包括：一支撐座體，內部呈一容置空間，並具有複數個穿孔、以及複數個加勁隔板，且至少部份埋設於一地底表面下，其中，所述加勁隔板分割該容置空間為複數個次容置空間，該些加勁隔板係用以阻絕一流體由該支撐座體上端灌入其對應之該次容置空間內；複數個感測裝置，於垂直方向間隔地分別容設於所述次容置空間中，並埋設於該地底表面下，所述感測裝置係於該地底表面的結構改變而外露於該地底表面外時，送出一感測訊號；一訊號處理裝置，接收該感測訊號並處理該感測訊號；以及一訊號傳輸裝置，間隔地串接所述感測裝置，並連接所述感測裝置以及該訊號處理裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中，所述感測裝置係包括至少一選自由一加速感測器、一壓力感測器、一震動感測器、一溫度感測器、一聲音感測器、一陀螺儀感測器、及一影像感測器所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第2項所述之監測系統，其中，所述感測裝置包括一主體，具有至少一長形槽；至少一磁性件，設置於所述長形槽中；以及一感應線圈，重複捲繞該主體，其捲繞方向係垂直於所述長形槽的延伸方向，當該感測裝置因該地底表面結構改變而外露於地底表面時，受流體流動的影響，該磁性件係於該長形槽中移動，使得該感應線圈產生一感應電流作為該感測訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之監測系統，其中，所述磁性件係一鐵磁性材料所構成的一滾珠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中，該訊號處理裝置係藉由該感測訊號以判斷地底表面結構改變的情況。
6. 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，更包括一配重單元，設置於該訊號傳輸裝置之末端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中，該些次容置空間彼此不相通，該流體由該些穿孔進入該些次容置空間。