CN105066896A - 岩溶塌陷实时光纤预警预报*** - Google Patents

Abstract

本发明为岩溶塌陷实时光纤预警预报***，包括有若干个监测线，呈分布态埋设在被监测区域内，实时监测所在监测线的土体应变和温度变化；监控预警中心计算机，用于接收所述监测线发送的实时数据信息，计算所得各监测线的土体应变和温度变化值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的地形应变数据，在计算出监测线的临界地形应变值后进行实时预警预报；远程数据连接桥，其将监测线所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。本***将任意监测线数据进行提取分析，统一存储在数据库中并管理各类监测数据，以统一的方式管理、输入、分析、输出这些数据，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据，将接近临界数据的监测区段准确找出，以进行预警预报。

Description

岩溶塌陷实时光纤预警预报***

【技术领域】

本发明涉及一种监测***，具体地说是一种地质灾害监测预警***和监测预警方法。

【背景技术】

岩溶地面塌陷是全球广泛分布的地质灾害问题，目前，国内外在岩溶塌陷灾害研究方面，主要注重如下几个方面：(1)岩溶塌陷发育条件的勘测技术；(2)岩溶塌陷发育的过程、机理和临界条件研究；(3)岩溶塌陷基础数据库建设；(4)岩溶塌陷危险性预测与风险评估；(5)岩溶塌陷预测预警。

岩溶塌陷的发育由于受到岩溶发育的不均匀性和岩溶水作用的周期性影响，发育更为复杂，在空间上具有隐蔽性、发育过程具有累进性、塌陷的发生具有突发性特点，使监测工作面临诸多问题，一般都难以用地面常规监测手段来预报监测塌陷。

岩溶塌陷的产生与形成是一个复杂的过程，受多种因素控制与影响，这给塌陷的防治带来较大的难度。地面塌陷的形成与发展是人类活动与自然作用相结合的产物。在岩溶地面塌陷防治工作中只有把握岩溶地面塌陷的控制和影响因素，把握岩溶地面塌陷的形成原因和发展变化规律及形成机制，利用已有防治岩溶地面塌陷的成功经验，才能有效防治地面塌陷的发生，降低岩溶塌陷的地质灾害带来的损失，切实保护人民生命财产安全和工程建设的顺利开展。

岩溶塌陷的监测方法归纳起来可分为直接监测法和间接监测法两类。直接监测方法就是通过直接监测地下土体的变形来判断地面塌陷的方法，间接监测方法主要监测岩溶管道***中水气压力的动态变化，本专利正是通过直接监测方法来有效实现对岩溶塌陷的监测和预警预报。

【本发明内容】

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种利用光纤实时监测地下土体的变形来判断岩溶塌陷预警预报***。

一种岩溶塌陷实时光纤预警预报***，其包括有

若干个监测线，呈分布态埋设在被监测区域内，实时监测所在监测线的土体应变和温度变化；

监控预警中心计算机，用于接收所述监测线发送的实时数据信息，计算所得各监测线的土体应变和温度变化值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的地形应变数据，在计算出监测线的临界地形应变值后进行实时预警预报；

远程数据连接桥，其将监测线所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。

优化地，所述的全部监测线上均分别埋设有光纤传感器。

优化地，所述的光纤传感器包括有监测光缆和通信光缆。

优化地，所述的监测光缆为光纤应变温度传感器。

优化地，所述的通信光缆为远程数据连接桥。

优化地，所述监控预警中心计算机包括有：

通信模块，用于接收所述监测线传输的实时数据信息；

数据处理模块，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测线的土体应变值和温度值；

数据统计模块，将接收到的各监测线土体应变值和温度值，建立信息数据库，生成数据趋势图；

地图显示模块，将所监测区域内的地图信息与各监测线的地图信息对应；

越界报警模块，将接收到的监测线发出的实时数据信息与***设定土体临界应变值进行对比，判断监测线的实时数据是否超出临界应变值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过在被检测区域内的多个监测线上埋设光纤传感器，采集监测线的实施土体应变信息和温度变化信息，对岩溶管道裂隙***的土体变形进行实时监测，以监测资料为基础，在监控预警中心计算机内建立信息数据库，生成数据趋势图，并通过与物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比较，实现对岩溶塌陷的监测和预警。

【附图说明】

图1为本发明***的连接示意图；

图2为物理模型试验中塌陷区域上方传感光纤应变分布一般特征。

【具体实施方式】

本发明为一种岩溶塌陷实时光纤预警预报***，如图1所示，其包括有

若干个监测线，呈分布态埋设在被监测区域内，实时监测所在监测线的土体应变和温度变化；所述的全部监测线上均分别埋设有光纤传感器。

监控预警中心计算机，用于接收所述监测线发送的实时数据信息，计算所得各监测线的土体应变和温度变化值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的地形应变数据，在计算出监测线的临界土体应变值后进行实时预警预报；

所述监控预警中心计算机包括有：

通信模块，用于接收所述监测线传输的实时数据信息；

数据处理模块，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测线土体应变值和温度值；

数据统计模块，将接收到的各监测线土体应变值和温度值，建立信息数据库，生成数据趋势图；

地图显示模块，将所监测区域内的地图信息与各监测线的地图信息对应；

越界报警模块，将接收到的监测线发出的实时数据信息与***设定土体临界应变值进行对比，判断监测线的实时数据是否超出临界应变值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

远程数据连接桥，其将监测线所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。

在本发明中，所述的光纤传感器包括有监测光缆和通信光缆，其中所述的监测光缆为光纤应变温度传感器，所述的通信光缆为远程数据连接桥。

本发明的***采用数据库管理，将任意监测线数据进行提取分析，统一存储在一个数据库中，合理、高效的管理各类监测数据，以统一的方式管理、输入、分析、输出这些数据，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据，将接近临界数据的监测区段准确找出，以判断土体是否存在变形破坏对地面塌陷进行预警预报。

下面结合本水气压力传感器监测预警预报***，具体阐明该预警预报***的监测方法，

a、在被检测区域内选取多个监测线，在监测线地面下埋设监测光缆和通信光缆，监测光缆实现对所监测线内土体应变和温度变化的监测，通讯光纤将监测光缆的实时数据传输到监控预警中心计算机上。监测光缆的监测以1次/24小时为间隔向监控预警中心计算机传输数据；

b、利用监测线传输过来的实时监测数据，所述监控预警中心计算机建立信息数据库，生成数据趋势图；

c、将实时的土体应变数据与预先设定的物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比对，判断监测线的实时数据是否超出临界值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

岩溶坍塌的物理塌陷模型试验：

由于光纤传感技术的抗电磁干扰、电绝缘性好、化学稳定性强以及频带宽、灵敏度高、易于实现远程监测等优点，而且具有独特的分布式传感的特点，应用光纤几何上的一维特性，把被测参量作为光纤位置长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，同时获取被测物理参量的空间分布状态和随时间变化的信息。

通过物理模型试验，室内再现不同条件下岩溶塌陷发育的全过程，以此建立土体沉降变形与光纤应变的关系，达到预警预报效果。

根据物理模型试验的分析，可以得到以下几点规律：

(1)当土体沉降较小时(小于1.5mm)，光纤应变变化较小，潜在塌陷区域光纤呈拉伸状态，拉伸应变量约为100με～200με；

(2)当土体沉降增大到2mm～3mm时，光纤应变拉伸程度增大，最大拉伸应变量可以达到约1000με；

(3)随着土体沉降的进一步增大(大于4mm)，光纤由拉伸状态转变为压缩状态，最终的压缩沉降量约为-1500με～-2000με；

(4)从光纤应变分布的形态上看，塌陷初期，塌陷区域上方的光纤处于拉伸或轻度压缩状态，塌陷区域边界处光纤则呈压缩状态或基本不变；而随着土体塌陷的进一步发展，塌陷区域上方的传感光纤处于压缩状态，塌陷区域边界及两侧的光纤应变则处于拉伸状态。当土体产生塌陷时，光纤的应变分布通常具有图2所示的一般特征。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实例施例对本本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依据可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或对其部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本本发明技术方案的精神和范畴。

Claims (6)

1.一种岩溶塌陷实时光纤预警预报***，其特征在于，其包括有

若干个监测线，呈分布态埋设在被监测区域内，实时监测所在监测线的土体应变和温度变化；

监控预警中心计算机，用于接收所述监测线发送的实时数据信息，计算所得各监测线的土体应变和温度变化值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的地形应变数据，在计算出监测线的临界地形应变值后进行实时预警预报；

远程数据连接桥，其将监测线所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。

2.根据权利要求1所述的一种岩溶塌陷实时光纤预警预报***，其特征在于，所述的全部监测线上均分别埋设有光纤传感器。

3.根据权利要求2所述的一种岩溶塌陷实时光纤预警预报***，其特征在于，所述的光纤传感器包括有监测光缆和通信光缆。

4.根据权利要求3所述的一种水气压力传感器监测预警预报***，其特征在于，所述的监测光缆为光纤应变温度传感器。

5.根据权利要求3所述的一种水气压力传感器监测预警预报***，其特征在于，所述的通信光缆为远程数据连接桥。

6.根据权利要求1所述的一种水气压力传感器监测预警预报***，其特征在于，所述监控预警中心计算机包括有：

通信模块，用于接收所述监测线传输的实时数据信息；

数据处理模块，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测线土体应变值和温度值；

数据统计模块，将接收到的各监测线土体应变值和温度值，建立信息数据库，生成数据趋势图；

地图显示模块，将所监测区域内的地图信息与各监测线的地图信息对应；

越界报警模块，将接收到的监测线发出的实时数据信息与***设定土体临界应变值进行对比，判断监测线的实时数据是否超出临界应变值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。