一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，所述装置包括：组成阵列的若干个地上次声监测站点和一个地下次声监测站点；所述地上监测站点与地下监测站点分别与数据采集中心连接；所述地上次声监测站点包括：监测桩(1)、台基(3)、第一次声传感器(4)和防水盒(5)，所述监测桩(1)安装固定在地表的台基(3)上，所述第一次声传感器(4)安装在监测桩(1)上的防水盒中(5)。基于上述装置，本发明专利技术还提供了一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的方法，能够对滑坡进行监测。本发明专利技术采用地表和地下联合监测方法，剔除环境中次声源的干扰，提高滑坡次声信号的检测能力。

A device and method for identifying infrasound signal of soil landslide and field monitoring

The invention discloses a device for identifying infrasound signals of soil landslides and monitoring in the field, which comprises several ground infrasound monitoring stations and one underground infrasound monitoring station, which constitute an array, the ground monitoring station and the underground monitoring station are respectively connected with the data acquisition center, and the ground infrasound monitoring station includes: monitoring pile (1), platform foundation (3), and the first sound transmission. The sensor (4) and the waterproof box (5) are installed on the platform foundation (3) fixed on the ground, and the first acoustic sensor (4) is installed in the waterproof box (5) on the monitoring pile (1). Based on the device, the invention also provides a method for identifying infrasound signals of soil landslides and field monitoring, which can monitor landslides. The invention adopts the combined monitoring method of surface and underground, eliminates the interference of infrasound source in the environment, and improves the detection ability of infrasound signal of landslide.

【技术实现步骤摘要】
一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置及方法
本专利技术涉及土质滑坡监测测量
，特别涉及一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置及方法。
技术介绍
滑坡是我国分布最广泛和发生最频繁的地质灾害。其特点是具有突发性和高破坏性，严重威胁着人民生命财产安全。从坡体失稳的力学角度来看，导致滑坡发生的本质是下滑力大于抗滑力。水文参数的变化是导致滑面处力学状态变化的诱因，而位移变化则是滑面处力学状态变化导致应变发生的外部宏观表现。所以，无论是监测水文参数还是位移变化，都没有落脚到滑坡发生的本质上来，因而很难建立一个可靠的滑坡预警阈值，导致滑坡预警的准确率不高。次声作为一种重要的监测手段在地质灾害监测预警中得到越来越广泛的应用，成为研究的热点。在土质滑坡表面或深部位移发生前，斜坡上部分岩土在重力的长期作用下发生挤压、剪切和摩擦，会释放出次声波。滑面处的非平衡力学状态会首先导致滑面发生应变而产生微变形滑动，土体属于典型的非均匀离散材料，微滑动发生的同势必伴随着滑面处颗粒间的摩擦，进而产生次声信号。依据该特性，建立次声信号监测，分析出微滑动产生次声波的规律和物理特征，包括频率和幅度。次声波具有频率低、波长长、穿透能力强、衰减慢等传播特性，次声信号能够在很远的距离外被次声传感器监测到，可实现远距离监测。次声波可以实现区域监测，在较大区域监测滑坡，不必将设备安装在滑坡区，避免传统方法在监测区域不滑坡，附近非监测区域产生滑坡的问题。但是目前次声监测方法监测滑坡存在的问题是：由于大气中存在较多的次声干扰源，次声方法监测土质滑坡容易受到环境噪声的干扰，导致出现虚警。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术的不足，克服次声方法监测土质滑坡容易受到环境噪声的干扰，提供了一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置及方法，采集地上和地下的次声信号，剔除干扰源，实现对滑坡的有效预警。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，所述装置包括：组成阵列的若干个地上次声监测站点和一个地下次声监测站点；所述地上监测站点与地下监测站点分别与数据采集中心连接；所述地上次声监测站点包括：监测桩1、台基3、第一次声传感器4和防水盒5，所述监测桩1安装固定在地表的台基3上，所述第一次声传感器4安装在监测桩1上的防水盒中5。作为上述装置的一种改进，所述监测桩1通过预埋件2安装固定在地表的台基3上；所述第一次声传感器4通过信号传输线路与数据采集中心连接。作为上述装置的一种改进，所述地上次声监测站点还包括：声学导管6，所述第一次声传感器4通过声学导管6连通外面大气，所述声学导管6的末端埋入地下浅层，并使用石子堆7掩盖。作为上述装置的一种改进，所述地上次声监测站点组成阵列为三元三角阵、四元三角阵、五元中心阵、五边形阵或六元中心阵。作为上述装置的一种改进，所述地下次声监测站点包括：地下声学管道9，若干个沿着地下声学管道9长度方向的进声孔10和第二次声传感器8，所述第二次声传感器8设置在地下声学管道9的上端伸出地面处，所述第二次声传感器8通过信号传输线路与数据采集中心联接。基于上述装置实现的一种土质滑坡次声信号识别和野外监测方法，所述方法包括：步骤1)数据采集中心对地上次声监测站点的第一次声传感器4发送的数据进行联合，得到联合次声信号；步骤2)对联合次声信号进行多通道相关分析，消除大气环境中的干扰次声源；步骤3)对消除干扰次声源的联合次声信号通过时延估计方法和几何定位方法进行处理，计算出信号的方位角，并对方位角进行统计分析，初步判断是否为滑坡信号，如果是，转入步骤4)，否则，转入步骤1)；步骤4)对联合次声信号进行信号分析，分析其频谱、时频、能量变化和小波分析，找出联合次声信号的主频率；并提取信号的特征量；步骤5)基于滑坡次声信号的特征库，根据联合次声信号的主频率和特征量，进一步确定联合次声信号是否为滑坡信号，如果是，转入步骤6)，否则，转入步骤1)；步骤6)将联合次声信号与数据采集中心采集的第二次声传感器8的信号进行相关性分析；如果两个信号是相关的，则确定是滑坡信号，发布滑坡预警信号。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：1、本专利技术的方法通过建立次声传感器阵列和使用阵列技术，能够定位出次声源的位置，确定出滑坡发生的确切地点；2、在土质滑坡表面或深部位移发生前，斜坡上部分岩土在重力的长期作用下发生挤压、剪切和摩擦，会释放出次声波，本专利技术的方法可以在滑坡前较早阶段监测到与滑坡相关联的次声异常信号，提前预警；3、本专利技术采用地表和地下联合监测方法，剔除环境中次声源的干扰，提高滑坡次声信号的检测能力；4、本专利技术地表次声传感器接入声学导管并且末端采用石子等多孔介质铺设，消除环境中风的影响，获得更好的信号；5、本专利技术采用地下管道并且沿管道长度方向开孔方式，接收地下滑面产生的次声波信号，由于管道传播衰减小，可以获得更好的地下次声波信号；6、本专利技术的方法建立滑坡微滑动产生次声波的规律和物理特征，如频率和幅度等，落脚到滑坡发生的本质上来，可建立一个可靠的滑坡预警阈值，提高滑坡预警的准确率；7、本专利技术的装置建设成本低、监测范围广、容易安装，因而整套监测方法现场适应性强，应用广泛。附图说明图1是本专利技术的地上次声监测站点的结构示意图；图2是本专利技术的声学导管的安装示意图；图3是次声传感器阵列多种阵形和不同传感器数目的示意图(从左到右分别是三元三角阵，四元三角阵，四元正方阵，五元中心阵，五边形阵，六元中心阵)；图4是地上次声监测站点的结构示意图；图5是建立滑坡模型实验示意图；图6是模型滑坡实验信号波形图；图7是模型滑坡实验信号频谱图；图8是多次实验统计分析主频的频率范围的示意图。附图标识：1、监测桩2、预埋件3、台基4、第一次声传感器5、防水盒6、声学导管7、石子堆8、第二次声传感器9、地下声学管道10、进声孔具体实施方式本专利技术的技术原理如下：其一，次声波具有频率低、波长长、穿透能力强、衰减慢等传播特性，次声信号能够在很远的距离外被次声传感器监测到，可实现远距离监测。因此，次声波可以实现区域监测，将次声波传感器布设在较大滑坡区域，可以监测到多个滑坡事件。其二，采用次声传感器阵列技术，利用多通道信号信息，进行相关分析和融合处理，具有强的环境噪声干扰能力，能够定位出次声源的位置，确定出滑坡发生的确切地点。其三，本专利技术采用地下管道并且沿管道长度方向开孔方式，接收地下滑面产生的次声波信号，由于管道传播衰减小，可以获得更好的地下次声波信号，并且与地表传感器进行相关分析，两者来源于不同介质传播来胡次声波，但来源于同一次声源。通过对两者的相关分析，可以滤作环境噪声的干扰，互相验证，提高滑坡次声信号检测正确率，减小虚警率。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细的说明。如图1所示，一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，所述装置包括：若干个组成阵列的地上次声监测站点和地下次声监测站点；地上监测站点与地下监测站点分别与数据采集中心连接。所述地上次声监测站点包括：监测桩1、台基3、第一次声传感器4、防水盒5和声学导管6，监测桩1通过预埋件2安装固定在地表的台基3上，第一次声传感器4安装在监测桩1上的防水盒中5，第一次声传感器4分别通过信号传输线路与数据采集中心联接。如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述装置包括：组成阵列的若干个地上次声监测站点和一个地下次声监测站点；所述地上监测站点与地下监测站点分别与数据采集中心连接；所述地上次声监测站点包括：监测桩(1)、台基(3)、第一次声传感器(4)和防水盒(5)，所述监测桩(1)安装固定在地表的台基(3)上，所述第一次声传感器(4)安装在监测桩(1)上的防水盒中(5)。

【技术特征摘要】
1.一种土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述装置包括：组成阵列的若干个地上次声监测站点和一个地下次声监测站点；所述地上监测站点与地下监测站点分别与数据采集中心连接；所述地上次声监测站点包括：监测桩(1)、台基(3)、第一次声传感器(4)和防水盒(5)，所述监测桩(1)安装固定在地表的台基(3)上，所述第一次声传感器(4)安装在监测桩(1)上的防水盒中(5)。2.根据权利要求1所述的土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述监测桩(1)通过预埋件(2)安装固定在地表的台基(3)上；所述第一次声传感器(4)通过信号传输线路与数据采集中心连接。3.根据权利要求1所述的土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述地上次声监测站点还包括：声学导管(6)，所述第一次声传感器(4)通过声学导管(6)连通外面大气，所述声学导管(6)的末端埋入地下浅层，并使用石子堆(7)掩盖。4.根据权利要求1-3之一所述的土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述地上次声监测站点组成阵列为三元三角阵、四元三角阵、五元中心阵、五边形阵或六元中心阵。5.根据权利要求4所述的土质滑坡次声信号识别与野外监测的装置，其特征在于，所述地下次声监测站点包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕鹏晓，吕君，杨军，张少杰，韦方强，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11