一种实时远程无线监测边坡滑坡的系统及方法技术方案

一种实时远程无线监测边坡滑坡的系统及方法，属于边坡滑坡灾害远程实时监测预防方法领域。传统的滑坡灾害远程监测方法或仪器，主要是对边坡表面位移或地质状况探测分析得到的信息予以传感或监测。其不足之处是未能对滑坡体在位移前做出传感和监测。本发明专利技术采用在锚索位于滑动面之上的端头设置传感器，将锚索在滑动块部分整体预应力予以传感，并持续将该信号收集、放大、发射、接受，运用计算机及软件根据边坡滑动力与锚索预应力监测值的关系对接收信息予以处理，得到滑动力和时间关系显示的方法，实时监测滑动体状况，及时准确地得到其内部状态信息，从而发现滑坡危险。同时本发明专利技术还为确定增加、维修锚索提供信息，因此能够防止浪费，节省成本。

System and method for real-time remote monitoring of slope landslide

The invention relates to a system and a method for real-time remote monitoring of slope landslide, which belongs to the field of remote real-time monitoring and prevention method of slope landslide hazard. The traditional remote monitoring method or instrument for landslide hazard is mainly to detect or monitor the information obtained from the analysis of the slope surface displacement or geological condition. The disadvantage is that it can not make sensing and monitoring of the landslide before the displacement. The invention adopts in the end located on the surface of sliding cable set sensor cable in the whole prestressed sliding block to be part of the sensor, and signal collecting, transmitting, receiving, amplifying, and use of computer software to process the received information according to the relationship between Bian Pohua and the power of prestress monitoring value, get the method to display the relationship between sliding and time, real-time monitoring of the sliding body, the internal state information timely and accurately, so as to find the landslide risk. At the same time, the invention also provides information for determining the increase and maintenance of the anchor cable, so as to prevent waste and save cost.

【技术实现步骤摘要】

，涉及边坡滑坡监测领 域，尤其是实时无线远程监测边坡滑坡灾害领域。
技术介绍
斜坡上的岩体或土体，由于在岩体重力、水及震动力或其他因素的影 响作用下，沿着滑动面所作的整体下滑运动，即是滑坡。滑动的岩块、土体称为滑坡体；岩体、土体下滑的底面为滑动面；滑动面以下不滑动部分 为滑床；滑坡灾害发生的结果是，倾倒或滑落产生的大量岩土堆积物，引 起交通中断、村镇埋没、江河堵塞、水库淤积、甚至酿成巨大的地质灾害。 目前，用于滑坡灾害预测和防控的滑坡监测仪器都只是传感或监测边破表 面或地质状况探测分析得到的信息，而不是边坡内部滑动面在滑动前产生 应力变化的信息，所以存在信息不及时、不准确等缺陷，因而影响及时准 确的预防和控制滑坡灾害；同时也没有结合实际工程情况进行监测，所以 在对滑坡的实际监测和预防中仍没有能够更好的做到提早预防、节省防治 成本。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述之不足，利用锚索预应力信息与边坡滑动力 之间的关系，对滑坡内部信息进行实时检测、对采集信息予以连续不断的 收集、分析，从而及时、准确的发现边坡滑坡灾害发生的危险性，进而及 时防控，避免其发生或危及生命和财产安全。同时，属于无线远程监测， 数据传送和接收不受距离限制，并可以及时准确了解到边坡锚固的实际情 况，为确保边坡的安全，为增加、维修锚固设施提供信息，并由此节省防 治成本。本专利技术目的是通过下述方案实现的一种实时远程无线监测边坡滑坡的系统，包括传感装置、采集发射装 置、智能接收分析装置，其特征是传感装置设置在锚索端部，智能接收 分析装置包含信号接收器和计算机组成，所述锚索设置在边坡里；一种实时远程无线监测边坡滑坡的方法，其特征是(1) 在边坡锚索地面外端头部位安装传感装置，由该传感装置对锚 索预应力信号予以传感；(2) 由采集发射装置采集传感装置得到的信号并经发射装置发射传 感信号；(3) 由智能接收分析装置将发射的传感信号接收、储存；(4) 运用计算机技术运算边坡滑动力与锚索预应力监测值的关系并在显示屏上形成边坡滑动力与时间关系的图形显示。本方案以力的平衡原理为基础，建立边坡滑动力与监控锚索预应力 及滑动面摩阻力的关系之间，并通过远程监控系统监测锚索预应力的变 化，在岩体有明显变形、滑坡发生之前，及时监测和捕捉岩体中的应力变 化。应力与岩体强度相互作用产生变形和位移时，边坡岩体应力的变化可 以超前于变形判断边坡的稳态。这样，就可以比直接监测位移更及时、更 准确的监测滑动块的整体信息，因而可以更准确及时的监测滑坡，预防滑 坡危害。该系统自动、连续、及时的特点，能够准确及时掌握边坡的稳定 状态，对不稳定边坡的加固时机的科学决策提供有力依据。附图说明图1系统原理流程2锚索及传感器位置示意图 图3力学三角4边坡稳态远程监测技术原理流程图 图5系统拓扑结构6监测软件程序原理流程图 图7室内系统结构图 图8室外系统结构9数据接收程序流程图 图10试验点监测曲线图其中锚索①、锚墩②、传感器③、发射器 、边坡滑体⑤、边坡滑 动面(D、边坡滑床⑦、锚固段⑧、接收器(D 具体实施例方式下面结合附图作进一步说明系统原理流程见图l，系统的网络拓扑结构见图5，本系统分为两个 主要部分现场采集发射系统和远程接收分析系统。现场采集发射系统包 含锚索、安装于锚索上的传感装置、采集发射装置，主要完成锚索预应力 变化的自动感应、自动采集和向监控中心设备自动无线发射数据；远程接 收分析系统即智能接收分析装置包含信号接收器和计算机，主要完成现场 远程数据的自动接收并把接收信号送入计算机进行自动处理，处理计算机 可自动形成动态监测曲线，根据已经研究发现的不同预警模式形成监测预 警曲线，工作人员依据监测预警曲线准确、及时判断监测现场边坡的稳定 状态。边坡滑动破坏面上部分称为滑体⑤，下部岩体称为滑床⑦，加固锚索 ①均要穿过预计滑动面⑥与滑床锚固，锚墩②设置在滑床⑦内部。加固锚 索①预应力出现持续增大，说明边坡正在发生破坏或产生了破坏趋势。产 生滑动趋势的边坡破坏速度可以通过加固锚索①预应力增长速率反应出 来。因此，实时监测边坡加固锚索①预应力的变化，可以及时掌握边坡的 稳定状态。边坡稳态远程监测技术原理流程见图6如图2，本专利技术采用的是将传感器③安装在锚索①端头部位(地面外 部分)，将滑动体整体运动趋势对锚索①的整体作用力产生的拉伸应力转 换为对传感器③的压力予以传感。图8天线采用的是SMA接口，使用螺 纹固定。传感器③与地面之间安装一快大面积的硬板，以便能够克服地面 软造成的应力传感失真。传感器(D工作时，通过外部线缆向线圈输入一个强激发脉冲信号，由于电磁感应效应，位于线圈附近的振弦受感应线圈中 变化电流所产生变化磁场的影响，发生振动，切割磁场从而在线圈中产生 感应电流，通过外部线缆反馈给测量系统，确定振弦的振动频率，再通过 振动频率算出当前压力。传感器③所需的激发信号由测量系统提供，采集发射装置选用的单片机为PHILIPS公司的LPC2103，这是基于 一个支持实时仿真的ARM7TDMI-S CPU，并带有8kB和32kB嵌入的 高速Flash存储器。单片机本身具有极小的尺寸和极低的功耗，适合本 系统的要求。传感器③受激发产生的反馈信号经过整形后送入单片机的 P0 口，对信号的频率进行测量，测量原理如下测量过程中使用到一个 定时器和一个计数器，在本系统的程序中设计捕捉12个周期的脉冲，计 数器在计满12个脉冲信号后产生中断，终止定时器计时，根据定时器的 计时结果算出信号的频率，存入单片机的RAM中；由于传感器③采用的 是三根钢弦，因此这一过程重复三次，每次测量不同的弦，得出三根钢弦 各自的振荡频率后取其平均值，然后把这一平均值作为最终结果交给信号 发送系统装置进行发送。将该传感器③信号采集、储存、放大，通过发射 器④无线发射并接收到监控主机计算机中，模块置提供了一个GSC接口 用于外接天线。外接天线首先应连接SMA射频头，然后通过射频头连接 至TC35i模块。为增强信号以及便于安装，本系统采用吸盘式的GSM天 线。监控锚索①预应力变化与边坡滑动力、岩体几何参数、力学参数之间 的原理关系如下 ， 图3(b)所示力学三角形力的函数关系如下(3-1)(3-2) 式中—P — -监测锚索应力，即远程监测值(KN);6一-监测锚索应力沿滑动面的法向分量(認); -一监测锚索应力沿滑动面的切向分量(認)； -一滑动面与水平面夹角(°); -一锚索加固角((')。3 (c)中所示力学三角形力的函数关系如下<formula>formula see original document page 7</formula>式中:G—滑体自重(KN);G 一-滑体自重沿滑动面的切向分量(認)；G -—滑体自重沿滑动面的法向分量(認)。边坡处"于临滑的极限a，及之前，对于滑动面切向各力有 (3-5)其中E是滑体受滑动面的摩阻力(KN)，根据库仑定律有 (3-6)将式3-2和3-4代入式3-6，并将式3-1、 3_3和3-6代入式3-5整<formula>formula see original document page 7</formula&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时远程无线监测边坡滑坡的系统，包含：传感装置、采集发射装置、远程接收分析装置，其特征是：所述传感装置包含一端穿越滑动面⑥并锚固在滑床⑦上的锚索①和套装在盖锚索①位于地面外端部的荷载式传感器③，采集发射装置包括可以实现远程实时发射的单片机和发射器④，远程接收分析装置包含信号接收器⑨和装有相应软件的计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何满潮，张斌，韩雪，杨晓杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]