CN103000001B - 面向铁路防灾的山体滑坡监测*** - Google Patents

面向铁路防灾的山体滑坡监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向铁路防灾的山体滑坡监测***，包括：山体滑坡检测***、监控主机***和山体滑坡感测***；其中山体滑坡感测***感测山体滑坡变化信息，并传输至山体滑坡检测***；山体滑坡检测***接收山体滑坡变化信息后，处理并转换为感测信号，传输至监控主机***；监控主机***储存并处理山体滑坡变化信息。利用本发明提供的山体滑坡监测***可以实现对山体滑坡变化信息的无人实时监测，并且可以做到不间断监测。在路基变化超过安全范围前报警，有效预防列车出轨等事故的发生。

Description

面向铁路防灾的山体滑坡监测***
技术领域
本发明涉及一种山体滑坡监测***，尤其涉及一种通过传感器监测山体滑坡实现铁路防灾的监测***，属于防灾减灾技术领域。
背景技术
公路及铁路运输承担着陆上绝大部分的交通运输任务，发达的公路及铁路交通运输网络是任何一个国家或地区实现经济快速发展的先决条件。公路和铁路沿线往往有相当多的自然灾害，例如强风、降雪、洪水、地震、火灾、落石和路基沉降等。山体滑坡是公路和铁路沿线广泛存在的一种地质灾害。它是由特殊地质构造引发的一种地质变化，往往会造成次生地质灾害。
山体滑坡监测就是通过各种技术方法来预测山体滑坡的趋势，是预防山体滑坡造成次生地质灾害的主要手段。通过山体滑坡监测，可以了解和掌握滑坡体的演变过程，及时捕捉滑坡灾害的特征信息，以便在山体滑坡形成次生灾害前及时发出警报，以免造成生命财产的损失。山体滑坡监测需要做到不间断监测，才能保证交通运输的安全运行。
目前，用于山体滑坡监测的技术方法中，人工测量技术不仅自动化程度低，而且劳动量过大，也难以实现长时间的实时测量。现有的主要监测技术说明如下：（1）图像识别技术，虽然解决了实时动态监测的问题，但在雨、雪、雾等恶劣天气条件下，智能图像识别精度下降，监测误报时有发生，甚至发生险情反而漏报。用人工观测图像代替智能图像识别也只是短期的权宜之计，24小时不间断观测难以持久，另外图像监测***的造价高，也使此技术难以广泛应用；（2）拉线位移监测，此法理论上简单，但受地理环境限制，在滑坡易发生的山区拉线监测工程量大且难度极高，存在安全隐患，也极难实际应用；（3）GPS定位技术，虽然可以实现实时动态测量，但要实现对滑坡的监测就需要GPS定位达到1米以内的精度，这样的精度至少需要2台基站式GPS联合辅助进行实时动态监测，造价昂贵，难以实现；（4）倾角监测技术，此技术是通过监测地面倾角的变化来预测滑坡趋势，但很多滑坡发生时先出现地面平移下沉，并不一定发生地面倾斜，因此倾角监测技术的局限性较大。另外，现有的这些监测技术都需要先解决供电的问题，在滑坡易发生的山区为监测滑坡专门拉线供电几乎是不可能的，即使实现了拉电上山，也存在人和牲畜触电的危险。
申请号为201110086453.7的中国专利申请公开了一种山体滑坡实时监测与预警***，包括一个主控节点和多个传感器节点。传感器节点由GPS模块、振动触发模块、MEMS加速度计、存储器、ARM处理器、无线传输模块和电源模块构成。控节点由GPS模块、无线传输模块、存储器、ARM处理器和报警器组成。传感器节点通过GPS模块采集山体形变参数，通过MEMS加速度计采集瞬时地下振动异常信号，并将这些数据通过无线传输模块发送给主控节点。主控节点通过无线输模块接收传感器节点的山体形变参数和地下瞬时振动异常数据，并对其进行综合分析，将滑坡预警信息发送给报警器。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向铁路防灾的山体滑坡监测***。该***能够实时无人监测山体滑坡信息，提前预警，有效保证行车安全。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种面向铁路防灾的山体滑坡监测***，包括：山体滑坡检测***、监控主机***和山体滑坡感测***；
所述山体滑坡感测***感测山体滑坡变化信息，并传输至所述山体滑坡检测***；
所述山体滑坡检测***接收所述山体滑坡变化信息后，处理并转换为感测信号，传输至所述监控主机***；
所述监控主机***储存并处理所述山体滑坡变化信息。
其中较优地，所述山体滑坡检测***包括滤波单元、光电转换单元、信号处理单元、通信单元；
所述滤波单元接收所述山体滑坡感测***传输的山体滑坡变化信息，传输至所述光电转换单元；所述光电转换单元将所述山体滑坡变化信息由光信号转换成电信号，传输至所述信号处理单元；所述信号处理单元处理转换后的电信号，传输至所述通信单元；所述通信单元通过通信链路传输所述转换后的电信号至所述监控主机***。
其中较优地，所述山体滑坡感测***沿铁路路基或沿山体面向铁轨一侧铺设。
其中较优地，所述山体滑坡感测***包括光源和多个光纤传感器。
其中较优地，所述光源和所述光纤传感器之间设置有隔离器。
其中较优地，所述山体滑坡检测***和所述山体滑坡检测***通过光纤耦合器连接。
本发明所提供的山体滑坡监测***成本较低、抗干扰能力强，能实时监测山体滑坡变化信息，并具有高安全性和高可靠性等有益效果。
附图说明
图1是本发明所提供的山体滑坡监测***的整体结构示意图；
图2是山体滑坡监测***的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种山体滑坡监测***，主要应用于铁路防灾安全监控***中。如图1所示，该山体滑坡监测***包括：山体滑坡检测***、监控主机***和山体滑坡感测***；其中，山体滑坡感测***感测山体滑坡变化信息传输至山体滑坡检测***，山体滑坡检测***接收所述山体滑坡变化信息后转换感测信号并传输至所述监控主机***，监控主机***储存并处理接收到的山体滑坡变化信息。监控主机***最终将该山体滑坡变化信息实时传输至监控终端，监控终端可以实时获取监控主机中的信息并查阅山体滑坡变化状况，以便及时处理险情。本发明不仅可以用于铁路防灾安全监控***，还可以应用于公路防灾安全监控***。下面对本发明展开详细的说明。
如图1和图2所示，本发明中的山体滑坡感测***由光源和多个传感器组成，传感器多点串联。光源优选为宽带光源，用于向传感器实时发出光信号。传感器用于感测山体滑坡变化信息。该传感器优选光纤传感器，最好选用光纤应力传感器。当然，山体滑坡感测***的传感器不仅限于光纤应力传感器，其他具有同等功能的感测设备仍然可以实现对山体滑坡变化信息的感测。光纤传感器的数量可以根据实际的工程监测需求串联，例如二至数十个。山体滑坡感测***的光纤传感器可以沿着铁路路基或者山体底部铺设。为减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响、提高光波传输效率，在光源和光纤传感器之间设置有隔离器。山体滑坡监测***启动后，由光源发出的宽带光信号经过隔离器传输到串接的光纤传感器上，经过这些光纤光栅的波长选择后，以不同波长的窄带光被反射。当发生山体滑坡时，光纤传感器感测山体滑坡变化，光纤应力传感器的光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对应力和应变的感测。将山体滑坡变化信息以光信号形式传送至山体滑坡检测***。根据光纤传感器的特点，山体滑坡感测***能够对山体滑坡进行有效监测，并且无需另外架设供电线路，不受电磁干扰、精度高、可实时在线工作。
如图2所示，在本发明中,山体滑坡感测***和山体滑坡检测***通过光纤耦合器连接。山体滑坡检测***包括滤波单元、光电转换单元、信号处理单元、通信单元。山体滑坡检测***采集山体滑坡感测***传输的山体滑坡变化信息，并转换和检测该信息通过通信链路传输至监控主机***。山体滑坡监测***启动后，山体滑坡检测***的滤波单元实时接收山体滑坡感测***传输的山体滑坡变化信息并传输至光电转换单元；光电转换单元接收该信息，将该信息从光信号转换成电信号，并传输至信号处理单元；信号处理单元处理该转换后的电信号，当山体边坡内部应力发生变化时，通过滑坡监测模块检测出波长的变化，这种变化是应力变化，信号处理单元将这种应力变化传输至通信单元；通信单元接收信号处理单元处理的电信号，并通过通信链路传输至监控主机***。
如图1和图2所示，为了提高山体滑坡监测***的可用性、安全性、可靠性和感测的精确度，本发明提供的山体滑坡监测***优选采用双备份模式。两组山体滑坡监测***中，光纤传感器沿铁路轨道两侧或沿山体面向铁轨一侧铺设，两组光纤传感器实时感测山体边坡滑坡的变化。两套山体滑坡监测***完全独立工作，具有抗电磁干扰、精度高、可实时在线工作等优点，保证任意一套山体滑坡监测***故障不会影响***正常运行。
本发明提供的山体滑坡监测***的工作过程是这样的：***启动后，宽带光源实时发出宽带光信号，该光信号通过隔离器和耦合器传输到串接的光纤应力传感器上，光纤应力传感器实时感测铁路两侧山体边坡滑坡的山体滑坡变化信息；宽带光信号经过这些光纤应力传感器的波长选择后，不同波长的窄带光被反射，反射光通过光纤耦合器向山体滑坡检测***实时传输该山体滑坡变化信息。山体滑坡检测***的滤波单元实时接收山体滑坡感测***传输的山体滑坡变化信息并传输至光电转换单元；光电转换单元接收该信息，将该信息从光信号转换成电信号，并传输至信号处理单元；信号处理单元处理该转换后的电信号，信号处理单元经过对这些波长进行识别，得到一组应力变化信息并传输至通信单元；通信单元接收信号处理单元处理的电信号并通过通信链路传输至监控主机***。监控主机***将该山体滑坡变化信息储存，监控主机***接收到的数据进行分析处理，最后得到边坡受到压力的分布状况。监控终端可以实时获取监控主机中的山体滑坡变化信息，判断是否会产生滑坡或塌方，并在必要时（例如路基变化超过安全范围）报警。在监控终端获取的山体滑坡变化信息超过报警阈值前，本山体滑坡监测***可以显示该山体滑坡变化信息，并可以实时上报或及时安排处理险情。
本发明的成本较低、抗干扰能力强，采用双组多光纤传感器，提高了整体***的可用性、安全性和可靠性。利用本发明提供的山体滑坡监测***可以实现对山体滑坡变化信息的无人实时监测，并且可以做到不间断监测。在路基变化超过安全范围前报警，有效预防列车出轨等事故的发生。
上面对本发明所提供的面向铁路防灾的山体滑坡监测***进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (3)

1.一种面向铁路防灾的山体滑坡监测***，其特征在于包括山体滑坡检测***、监控主机***和两组山体滑坡感测***；
两组所述山体滑坡感测***沿铁路轨道两侧或沿山体面向铁轨一侧铺设；
各所述山体滑坡感测***包括光源和多个光纤应力传感器；所述光源实时发出宽带光信号，所述宽带光信号经过所述光纤应力传感器的波长选择后，不同波长的窄带光被反射，反射光通过光纤耦合器向山体滑坡检测***实时传输山体滑坡变化信息；
当发生山体滑坡时，光纤应力传感器感测山体滑坡变化，光纤应力传感器的光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量实现对应力和应变的感测，将山体滑坡变化信息以光信号形式传送至山体滑坡检测***；
所述山体滑坡检测***接收所述山体滑坡变化信息后，处理并转换为感测信号，传输至所述监控主机***；
所述监控主机***存储并处理所述山体滑坡变化信息。
2.如权利要求1所述的山体滑坡监测***，其特征在于：
所述山体滑坡检测***包括滤波单元、光电转换单元、信号处理单元、通信单元；
所述滤波单元接收所述山体滑坡感测***传输的山体滑坡变化信息，传输至所述光电转换单元；所述光电转换单元将所述山体滑坡变化信息由光信号转换成电信号，传输至所述信号处理单元；所述信号处理单元处理转换后的电信号，传输至所述通信单元；所述通信单元通过通信链路传输所述转换后的电信号至所述监控主机***。
3.如权利要求1所述的山体滑坡监测***，其特征在于：
所述光源和所述光纤应力传感器之间设置有隔离器。
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