输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统技术方案

本发明专利技术实施例提供的一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，监控中心与布设于监测线上的数据采集系统相连，监控中心依据监测线的有关信息规划数据采集系统区段、子区及其最小采集区，数据采集系统实现区段、子区自动划分，各子区以其最小采集区为单位同时采集、并以一定的步距向前推进直至完成一期监测数据，依此往返进而实现数据采集系统的多期数据采集；监控中心接收数据采集系统数据进行电阻率成像，并依据电阻率时间推移变化特征，达到对水体渗透的监测预警目的。该发明专利技术对地下输水暗涵、堤防及高边坡不同深度水体渗透问题的长距离、远程、无人值守、高效监测和实时预警给出了完整的解决方案。

Electrical Monitoring and Early Warning System for Water Infiltration of Underground Culverts, Embankments and Slopes

【技术实现步骤摘要】
输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统
本专利技术涉及地球物理、水工程监测
，尤其涉及一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统。
技术介绍
在水工程中，有许多原因都会导致水工程渠堤、堤防、地下箱涵、PCCP管涵、倒虹吸、库区边坡等存在水体渗透等安全隐患，如不及时发现水体渗透并进行处理，将进一步发展为渗漏、坍塌、滑坡等险情。地球物理的直流电法是发现水体渗透的有效方法，这是因为岩土体有水渗透时，其电阻率会降低，利用这一基本规律，在水工程及边坡重点部位布置固定、长期的直流电法探测线(或面)，监测岩土体的电阻率变化就能及时发现其水体渗透，达到预警目的。然而，目前的直流电法探测技术与装备还不能适应对水工程中地下输水暗涵、堤防及边坡水体渗透进行监测预警的要求。其一，目前在水工程应用的直流电法探测技术是一次性静态模式，仅靠一次性探测不能完全确定水体是否渗透；其二，目前的直流电法探测装备布设灵活性差、电极少、探测长度短，需人工现场作业，也不能在野外长期、固定观测，即便能固定、电极也够，目前的装备针对几十公里的长线路探测要完成一次数据采集，耗时长、效率低；其三，长期监测的直流电法大数据缺乏相应的数据分析、预警软件平台。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统。本专利技术实施例提供了一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，包括：监控中心和数据采集系统；其中，所述监控中心包括直流电源和监控系统；所述数据采集系统包括多个数据采集单元，且各数据采集单元通过数据采集单元间距隔开，所述数据采集单元包括一个数据采集器和两根接地电极阵列；所述数据采集器包含电极转换模块、三选一开关模块和两个四芯电缆接口及选断开关模块，所述电极转换模块包括电极选断开关阵列和两个多芯电缆接口；所述两根接地电极阵列通过所述两个多芯电缆接口分别与所述电极选断开关阵列连接，所述两个四芯电缆接口及选断开关模块经所述三选一开关模块与所述电极选断开关阵列连接；所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过数据通信线并联，所述数据通信线的一端与所述监控系统连接，或者所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过4G/5G网络并联；所述多个数据采集器中相邻的两个数据采集器通过一根四芯电缆连接，所述四芯电缆的两端分别连接于所述相邻的两个数据采集器的一个四芯电缆接口及选断开关模块；所述多个数据采集器通过供电线并联，所述供电线一端与所述直流电源连接；所述直流电源用于为所述数据采集系统供电；所述监控系统用于向所述数据采集系统发送数据采集规划参数；所述数据采集系统用于根据所述数据采集规划参数，将所述数据采集系统划分为多个区段，将每个区段划分为多个子区，在每个区段内确定最小采集区，每个区段的各子区的长度至少为每个区段所述最小采集区长度的10倍，所述多个子区内以所述最小采集区为单位按高密度电法原理同时采集，并按不大于所述最小采集区长度的二分之一的步距向前同时推进直至完成所述数据采集系统所有区段的数据采集，以此循环进行所述数据采集系统多期数据采集，所述数据采集系统以每个区段所述最小采集区为单位将采集得到的多期电流和电压数据发送至所述监控系统；所述监控系统用于对接收到的所述多期电流和电压数据以所述最小采集区为单位进行电阻率成像处理，并把所述最小采集区的采集数据一段一段合并进行所述电阻率成像处理，同时依据多期所述电阻率成像的时间推移变化特征，对监测对象的水体渗透进行分析判断，并根据所述水体渗透分析判断结果发布预警信息。进一步地，接地电极阵列包括一根多芯电缆和多个接地电极，所述多芯电缆上设置有多个电极接口，所述多芯电缆的每根芯线唯一对应一个所述电极接口，所述多个电极接口与所述多个接地电极一一对应连接。进一步地，所述数据采集系统每个区段中所述数据采集单元间距与两个相邻的接地电极阵列的接地电极间距相等。进一步地，所述数据采集系统具体用于根据所述数据采集规划参数，子区的设置方法是，将每个子区内第一个数据采集器中四芯电缆前接口及选断开关模块置为断开，将每个子区内最后一个数据采集器中四芯电缆后接口及选断开关模块置为断开，将每个子区内所有数据采集器的其他的所述四芯电缆前接口及选断开关和所述四芯电缆后接口及选断开关均选通，即形成了所述多个子区，并使所述多个子区之间相互隔断。进一步地，所述监控系统包括：数据采集规划模块、数据处理模块、动态可视化模块、数据分析模块以及信息发布模块；其中，所述数据采集规划模块用于根据所述监测对象的工程、地形、水文、地质以及气象信息，结合探测/监测深度和探测/监测精度，得出所述数据采集规划参数；所述数据处理模块，用于对接收到的所述多期电流和电压数据进行处理分析，得出所述监测对象每期电流和电压数据对应的电阻率数据；所述动态可视化模块，用于根据所述多期电流和电压数据对应的多期电阻率数据进行电阻率动态成像；所述数据分析模块，用于将每期电流和电压数据对应的电阻率成像与前几期电流和电压数据对应的电阻率成像进行比较，得出所述监测对象的水体渗透判断结果；所述信息发布模块，用于根据所述水体渗透判断结果发布预警信息。本专利技术实施例提供的一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，监控中心与布设于监测线上的数据采集系统相连，监控中心依据监测线的有关信息规划数据采集系统区段、子区及其最小采集区，数据采集系统实现区段、子区自动划分，各子区以其最小采集区为单位同时采集、并以一定的步距向前推进直至完成一期监测数据，依此往返进而实现数据采集系统的多期数据采集；监控中心接收数据采集系统数据进行电阻率成像，并依据电阻率时间推移变化特征，达到对水体渗透的监测预警目的。该专利技术对地下输水暗涵、堤防及高边坡不同深度水体渗透问题的长距离、远程、无人值守、高效监测和实时预警给出了完整的解决方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中甲型数据采集器的结构示意图；图3为本专利技术实施例中乙型数据采集器的结构示意图；图4为本专利技术实施例中数据采集规划示意图；图5为本专利技术实施例中接地电极阵列示意图；图6为本专利技术实施例中监控系统的结构框图；附图说明：10-监控中心；20-数据采集系统11-监控系统；12-直流电源；21-数据采集单元；22-数据通信线；23-四芯电缆；24-供电线；25-数据采集单元间距；31-主控单元；32-数据采集单元分合及电极选定模块；33-工作电极接口及其选断开关模块；34-直流电源控制模块；211-数据采集器；212-多芯电缆；213-电极接口；214-接地电极；311-微型计算机；312-数据采集卡313-数据采集及通讯软件；321-开关选断及电极转换控制模块；322-电极转换模块；323-三选一开关模块；324-四芯电缆接口及选断开关模块；331-测量电极M、N接口及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，其特征在于，包括：监控中心和数据采集系统；其中，所述监控中心包括直流电源和监控系统；所述数据采集系统包括多个数据采集单元，且各数据采集单元通过数据采集单元间距隔开，所述数据采集单元包括一个数据采集器和两根接地电极阵列；所述数据采集器包含电极转换模块、三选一开关模块和两个四芯电缆接口及选断开关模块，所述电极转换模块包括电极选断开关阵列和两个多芯电缆接口；所述两根接地电极阵列通过所述两个多芯电缆接口分别与所述电极选断开关阵列连接，所述两个四芯电缆接口及选断开关模块经所述三选一开关模块与所述电极选断开关阵列连接；所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过数据通信线并联，所述数据通信线的一端与所述监控系统连接，或者所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过4G/5G网络并联；所述多个数据采集器中相邻的两个数据采集器通过一根四芯电缆连接，所述四芯电缆的两端分别连接于所述相邻的两个数据采集器的一个四芯电缆接口及选断开关模块；所述多个数据采集器通过供电线并联，所述供电线一端与所述直流电源连接；所述直流电源用于为所述数据采集系统供电；所述监控系统用于向所述数据采集系统发送数据采集规划参数；所述数据采集系统用于根据所述数据采集规划参数，将所述数据采集系统划分为多个区段，将每个区段划分为多个子区，在每个区段内确定最小采集区，每个区段的各子区的长度至少为每个区段所述最小采集区长度的10倍，所述多个子区内以所述最小采集区为单位按高密度电法原理同时采集，并按不大于所述最小采集区长度的二分之一的步距向前同时推进直至完成所述数据采集系统所有区段的数据采集，以此循环进行所述数据采集系统多期数据采集，所述数据采集系统以每个区段所述最小采集区为单位将采集得到的多期电流和电压数据发送至所述监控系统；所述监控系统用于对接收到的所述多期电流和电压数据以所述最小采集区为单位进行电阻率成像处理，并把所述最小采集区的采集数据一段一段合并进行所述电阻率成像处理，同时依据多期所述电阻率成像的时间推移变化特征，对监测对象的水体渗透进行分析判断，并根据所述水体渗透分析判断结果发布预警信息。...

【技术特征摘要】
1.一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，其特征在于，包括：监控中心和数据采集系统；其中，所述监控中心包括直流电源和监控系统；所述数据采集系统包括多个数据采集单元，且各数据采集单元通过数据采集单元间距隔开，所述数据采集单元包括一个数据采集器和两根接地电极阵列；所述数据采集器包含电极转换模块、三选一开关模块和两个四芯电缆接口及选断开关模块，所述电极转换模块包括电极选断开关阵列和两个多芯电缆接口；所述两根接地电极阵列通过所述两个多芯电缆接口分别与所述电极选断开关阵列连接，所述两个四芯电缆接口及选断开关模块经所述三选一开关模块与所述电极选断开关阵列连接；所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过数据通信线并联，所述数据通信线的一端与所述监控系统连接，或者所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过4G/5G网络并联；所述多个数据采集器中相邻的两个数据采集器通过一根四芯电缆连接，所述四芯电缆的两端分别连接于所述相邻的两个数据采集器的一个四芯电缆接口及选断开关模块；所述多个数据采集器通过供电线并联，所述供电线一端与所述直流电源连接；所述直流电源用于为所述数据采集系统供电；所述监控系统用于向所述数据采集系统发送数据采集规划参数；所述数据采集系统用于根据所述数据采集规划参数，将所述数据采集系统划分为多个区段，将每个区段划分为多个子区，在每个区段内确定最小采集区，每个区段的各子区的长度至少为每个区段所述最小采集区长度的10倍，所述多个子区内以所述最小采集区为单位按高密度电法原理同时采集，并按不大于所述最小采集区长度的二分之一的步距向前同时推进直至完成所述数据采集系统所有区段的数据采集，以此循环进行所述数据采集系统多期数据采集，所述数据采集系统以每个区段所述最小采集区为单位将采集得到的多期电流和电压数据发送至所述监控系统；所述监控系统用于对接收到的所述多期电流和电压数据以所述最小采集区为单位进行电阻率成像处理，并把所述最小采集区的采集数据一段一段合并进行所述电阻率成像处理，同时依据多期所述电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润泽，张建清，刘子绎，刘杰，程渭炎，李鹏，谭显江，熊永红，马圣敏，严俊，杜惠光，林永燊，刘凡，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，长江地球物理探测武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42