CN110648504B

CN110648504B - 一种山体滑坡灾害监测装置及监测方法

Info

Publication number: CN110648504B
Application number: CN201910942059.5A
Authority: CN
Inventors: 王超
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110648504A

Abstract

一种山体滑坡灾害监测装置，包括竖杆，竖杆内为密闭的空腔，空腔内装满水，竖杆的下部固定液体压力传感器，液体压力传感器实时监测水压，竖杆的上部固定PLC与电源，液体压力传感器通过导线连接PLC，PLC连接无线模块，PLC和无线模块均由电源供电，竖杆的顶部设有通孔连通外界。本发明的技术效果为，本发明设有液体压力传感器，当滑坡体向前推挤竖管时，竖管发生倾斜，根据液体压力计算公式F=ρghs，当ρ、g、s都不变时，h与F成正比，这样，只要检测到压力变化，就能计算出竖杆弯曲程度，从而能够计算滑坡体平移的位移量，依次发出监测信息。所以，在完成监测任务的同时，每个竖管只需要安装一个传感器，节省了成本。

Description

一种山体滑坡灾害监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及一种山体滑坡灾害监测装置及监测方法。

背景技术

生活生产中，山体滑坡（landslides）是指山体斜坡上某一部分岩土在重力（包括岩土本身重力及地下水的动静压力）作用下，沿着一定的软弱结构面（带）产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。山体滑坡给人们带来了较大灾难。

在大的滑坡发送之前，一般会表现出不同的异常现象，或者滑坡体向前推挤并受到阻碍，或者已进入临滑状态，根据这些原理，人们已经设计出来监测滑坡体平移的装置及方法。

比如，在监测地区放置竖杆，每个竖杆上设置多个角度传感器，当滑坡体向前推挤竖杆时，竖杆发送弯曲，根据角度传感器测量的弯曲角度，计算出滑坡体平移的位移量，依次发出监测信息。

专利号为201821921413.3，发明名称为“山体滑坡监测装置”，其方案中公开了在山坡上打孔设置监测桩，检测桩下部设有压力传感器。其原理是：当雨水浸透山体泥石层而产生压力时，压力传感器的弹性膜片受到挤压，使压力传感器内的电路导通，从而向外发出预警信息。从中可以看出，该案是瞬时监测，即当滑坡发生的瞬时，压力传感器才导通，才能发出预警，这大大降低了提前防范灾害发生的可能性。

对于架设在山坡上的电力杆塔来说，若一个电力杆塔由于滑坡导致倒塌，那么整条输电线路就完全无法工作，由此造成的经济损失无法估计，因此建立一个能够***的监测***和方法势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题如下：其一，因为滑坡体挤压竖杆的具***置不同，为了检测到倾斜角度，所以要设有多个传感器，造成制造成本较大；其二，如何进行实时监测，并对滑坡灾害进行提前预警，使工作人员能有效采取措施，避免对坡体上的输电线路造成损失。

本发明的技术方案具体为：

一种山体滑坡灾害监测装置，包括竖杆，竖杆内为密闭的空腔，空腔内装满水，竖杆的下部固定液体压力传感器，液体压力传感器实时监测水压，竖杆的上部固定PLC与电源，液体压力传感器通过导线连接PLC，PLC连接无线模块，PLC和无线模块均由电源供电，竖杆的顶部设有通孔连通外界。

本装置还设有水位检测装置，检测装置包括阳极导电柱、阴极导电柱，该两个导电柱通过电线连接电池，电线通过水位检测电线连通PLC。

一种使用本装置的山体滑坡灾害监测装置的监测方法，其特征在于：根据检测地区的大小，选择多个监测点，每个监测点钻一个与竖杆尺寸的孔，将竖杆的底部伸进孔内，使竖杆的上端部裸露在外界，测量竖杆内的水柱的竖直高度h、读取液体压力传感器的读数F1；

当滑坡体向前推挤竖杆时，竖杆发送弯曲， PLC根据下面描述计算滑坡体真实的水平位移量d：

计算竖杆弯曲时水柱的竖直高度k：

，

再通过下面公式计算水平位移量的最大值d1：

，

通过下面公式计算水平位移量的最小值d2：

d2=h-k，

滑坡体真实的水平位移量d，满足d1≥d≥d2。

每个监测点的PLC通过无线模块实时将某时刻t_i以及对应该时刻的水平位移量d_i传给电力杆塔处理器，其中，i为自然数，电力杆塔处理器利用BIM技术建立该电力杆塔的BIM工作站，并由此建立三维监测方法：

步骤一：通过无人机和点云三维成像技术，获取坡体原始地形、坡体开挖型结构面、坡体开挖梯段模型，建立坡体三维BIM模型；

步骤二：根据电力杆塔的图纸，建立电力杆塔BIM模型；

步骤三：将坡体三维BIM模型和电力杆塔BIM模型进行融合，形成融合BIM模型；

步骤四：在每个电力杆塔之上至少100m的位置设置竖杆，这样，山体滑坡灾害监测装置与电力杆塔处理器共同构成该电力杆塔的BIM工作站；PLC实时将某时刻t_i以及对应该时刻的水平位移量d_i传送给对应的电力杆塔处理器，电力杆塔处理器将上述数据输入融合BIM模型，融合BIM模型根据多个时刻的水平位移量d，得到坡体水平位移趋势，则融合BIM模型通过自学习技术，预警得到坡体在未来一段时间内，坡体可能发生的位移量，形成未来坡***移图，该BIM工作站定时将未来坡***移图发送给后台服务器；

步骤五：整条输电线路的每一个电力杆塔均建立BIM工作站，每一个BIM工作站与后台服务器单独通信；后台服务器收到某个未来坡***移图后，采取相应的救援措施。

当竖杆遭到破裂，水位会下降，导致检测装置的回路断开，水位检测电线将信号发送给PLC，进而由BIM工作站通知后台服务器提醒对竖杆进行维修。

相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明设有液体压力传感器，当滑坡体向前推挤竖管时，竖管发生倾斜，根据液体压力计算公式F=ρghs，当ρ、g、s都不变时， h与F成正比，这样，只要检测到压力变化，就能计算出竖杆弯曲程度，从而能够计算滑坡体平移的位移量，依次发出监测信息。所以，在完成监测任务的同时，每个竖管只需要安装一个传感器，节省了成本。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2为竖管上端部的放大示意图。

图3为竖管变形的示意图（一）。

图4为竖管变形的示意图（二）。

具体实施方式

如图1-2，一种山体滑坡灾害监测装置，包括竖杆10，竖杆10内为密闭的空腔，空腔内装满水，竖杆10的下部（同时，也是水的下部）固定液体压力传感器30，液体压力传感器30实时监测水压。竖杆10的上部固定PLC50与电源40，液体压力传感器30通过导线31连接PLC50，PLC连接无线模块，PLC和无线模块均由电源40供电。导线31位于竖杆10外部，在施工时，导线31可外套保护管套。

竖杆10的顶部设有通孔11连通外界，以保证外部为一个大气压强。

事实上，可能会动物啃咬或者其他原因导致竖杆10的破裂，造成内部的水流失，此时，液体压力传感器30测量的数据会不准，为此，本装置还设有水位检测装置20，检测装置20包括阳极导电柱21、阴极导电柱22，该两个导电柱通过电线42连接电池40，电线42通过水位检测电线41连通PLC50。当竖杆10内装满水时，阳极导电柱21和阴极导电柱22浸入水中，此时回路导通。当竖杆10内的水开始流失后，液面下降，阳极导电柱21和阴极导电柱22离开水面，回路不导通，此时，PLC得到信号，报警。

其工作原理为：

本装置使用时，根据检测地区的大小，选择多个监测点，每个监测点钻一个与竖杆10尺寸的孔（洞），将竖杆10的底部伸进孔内，使竖杆10的上端部裸露在外界（更换电池方便），测量竖杆10内的水柱的高度h、读取液体压力传感器30的读数F1。

当滑坡体向前推挤竖杆10时，竖杆发送弯曲，因为滑坡体的深度和挤压程度不同，竖杆10可能整体倾斜（参见图3），也可能呈Z状变形（参见图4），也可以进行其他形状的变形，PLC根据下面描述计算滑坡体真实的水平位移量d。

参见图3，竖杆10可能整体倾斜时，此时水平位移量d为最大值d1，读取液体压力传感器30的此时的读数F2，根据液体压力计算公式，计算此时水柱竖直高度k：

，

再通过下面公式计算水平位移量d1：

，

参见图4，竖杆10可能呈Z状变形时，此时水平位移量d为最大值d2，读取液体压力传感器30的此时的读数F2，根据液体压力计算公式，计算此时水柱竖直高度k：

，

再通过下面公式计算水平位移量d2：

d2=h-k。

也可能其他变形，此时的水平位移量一定在d1与d2之间；

这样，滑坡体真实的水平位移量d，满足d1≥d≥d2。

由于本发明通过测量中间介质（水）的压力，来检测滑坡的水平位移量，因此，水压的实时变化，就能动态反应滑坡的水平位移量。

每个监测点的PLC通过无线模块实时将某时刻t_i以及对应该时刻的水平位移量d_i传给电力杆塔处理器，其中，i为自然数，电力杆塔处理器利用BIM（Building InformationModeling）技术建立该电力杆塔的BIM工作站，这样能够提供充分的检测数据，指导人们在合适的时间、采用合适的方式来对付灾难。

建立三维监测***的工作过程如下：

步骤一：通过无人机和点云三维成像技术，获取坡体原始地形、坡体开挖型结构面、坡体开挖梯段模型，建立坡体三维BIM模型。需要说明的是，点云三维成像技术为现有技术。

步骤二：根据电力杆塔的图纸，建立电力杆塔BIM模型。

步骤三：将坡体三维BIM模型和电力杆塔BIM模型进行融合，形成融合BIM模型。

步骤四：在每个电力杆塔之上至少100m的位置设置竖杆10，这样，山体滑坡灾害监测装置与电力杆塔处理器共同构成该电力杆塔的BIM工作站。PLC实时将某时刻t_i以及对应该时刻的水平位移量d_i传送给对应的电力杆塔处理器，电力杆塔处理器将上述数据输入融合BIM模型，融合BIM模型根据多个时刻的水平位移量d，能得到坡体水平位移趋势，则融合BIM模型通过自学***位移量d_i。由于本发明监测的是发生山体滑坡时的初级状态，此时水平位移量大约为几毫米，可暂时不考虑坡体海拔高度的变化，以水平位移量为核心的参考因素。

步骤五：整条输电线路的每一个电力杆塔均建立BIM工作站，每一个BIM工作站与后台服务器单独通信。后台服务器收到某个未来坡***移图后，采取相应的救援措施。若可能滑坡的位移量不大，对应的电力杆塔能够保持住，则及时通知施工人员对电力杆塔进行加固，比如在电力杆塔的下坡体侧设置斜支撑等等。

当竖杆10遭到破裂，水位会下降，导致检测装置20的回路断开，水位检测电线41将信号发送给PLC，进而由BIM工作站通知后台服务器提醒对竖杆10进行维修。

其他内容参加现有技术。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种使用山体滑坡灾害监测装置的监测方法，山体滑坡灾害监测装置包括竖杆，竖杆内为密闭的空腔，空腔内装满水，竖杆的下部固定液体压力传感器，液体压力传感器实时监测水压，竖杆的上部固定PLC与电源，液体压力传感器通过导线连接PLC，PLC连接无线模块，PLC和无线模块均由电源供电，竖杆的顶部设有通孔连通外界；

山体滑坡灾害监测装置还设有水位检测装置，检测装置包括阳极导电柱、阴极导电柱，该两个导电柱通过电线连接电池，电线通过水位检测电线连通PLC；

其特征在于：

根据检测地区的大小，选择多个监测点，每个监测点钻一个与竖杆尺寸的孔，将竖杆的底部伸进孔内，使竖杆的上端部裸露在外界，测量竖杆内的水柱的竖直高度h、读取液体压力传感器的读数F1；

计算竖杆弯曲时水柱的竖直高度k：

，

再通过下面公式计算水平位移量的最大值d1：

，

通过下面公式计算水平位移量的最小值d2：

d2=h-k，

滑坡体真实的水平位移量d，满足d1≥d≥d2。