无线缆、可长期独立工作的滑坡灾害监测预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地质灾害监测领域，尤其涉及一种无线缆、可长期独立工作的滑坡灾害监测预警系统。
【背景技术】
[0002]滑坡灾害是指岩体或土体在重力作用下整体顺坡下滑造成的灾害，其是一种斜坡失稳现象。滑坡广泛发生在山地、高原及丘陵地区，是阻碍山区社会经济发展的主要自然灾害。
[0003]由于滑坡分布的广泛性、滑坡灾害产生的突发性，以及现有监测技术手段的局限性，所以现在国内外还没有较好的滑坡灾害监测预警方法。现有滑坡监测仪器很多，并逐渐由人工监测向远程实时监测方向发展，当前众多的野外岩土监测仪器，都存在着野外安装保护难题，供电电缆、测试电缆以及仪器本身容易受到人为或者岩土体变形的破坏，对于长期的无人值守以及远程实时自动化监测的实施造成极大的干扰，也容易产生错误的预警行为，造成不必要的应对措施，这些问题严重制约现有的远程监测预警技术在滑坡灾害中大量推广应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种能简单、不受滑坡条件限制，且监测准确率高的无线式滑坡灾害监测预警系统。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种无线缆、可长期独立工作的滑坡灾害监测预警系统，包括:
[0007]多个岩土变形无线感知传感器的布设在滑坡表层和/或深层；
[0008]至少一监测基站，所述监测基站通过无线通讯方式获取所述监测基站覆盖范围内的各岩土变形无线感知传感器测得的岩土体变形量大小及对应位置，并向外传输；
[0009]后台服务器，与所述监测基站无线通讯，根据所述各岩土变形无线感知传感器获取的岩土体变形量大小及对应位置，计算其变形速度及变形加速度，当所述变形速度及变形加速度超出预设值时，进行预警；
[0010]家庭报警仪，与所述后台服务器无线通讯，在满足报警条件时，所述后台服务器控制所述家庭报警仪进行报警。
[0011]进一步地，所述岩土变形无线感知传感器自供电独立工作，以实现所述各岩土变形无线感知传感器之间，以及所述岩土变形无线感知传感器与所述监测基站之间无线缆安装。
[0012]进一步地，所述岩土变形无线感知传感器包括用以产生数据模拟信号的低功耗传感芯片、用以将所述数据模拟信号转换成数字信号的信号转换模块、用以对所述数字信号进行处理的处理器、用以将所述数字信号传输给外界的数据传输模块，以及用以供电的电池；
[0013]所述低功耗传感芯片通过所述信号转换模块连接所述处理器，所述数据传输模块连接所述处理器；
[0014]所述处理器包括处理器本体和时钟单元，所述时钟单元由所述电池持续供电，所述时钟单元控制所述电池以设定时间间隔交替开启或关闭对所述传感芯片、信号转换模块、处理器本体和数据传输模块的电力供应。
[0015]进一步地，所述岩土变形无线感知传感器安装在滑坡表层时，其底端连接有一根锚杆，所述岩土变形无线感知传感器监测滑坡表层变形。
[0016]进一步地，所述岩土变形无线感知传感器安装在滑坡深层时，其以一定间隔安装在滑坡中钻孔内，用以监测滑坡深层变形。
[0017]进一步地，所述钻孔内设一测斜管、多个岩土变形无线感知传感器间隔安装在所述测斜管内，所述多个岩土变形无线感知传感器获取的岩土体变形量大小及对应位置发送至所述监测基站。
[0018]由上述技术方案可知，本实用新型的优点和积极效果在于:
[0019]本实用新型中岩土变形无线感知传感器获取地表和深度的岩土体变形量大小及对应位置，并通过无线传输实时传输至监测基站，并经监测基站传输至后台服务器，本实用新型的监测预警系统设定的预设值与监测预警系统经后台服务器计算得出的变形速度及变形加速度进行对比，实时发出预警，同时还可供供管理及技术人员实时、准确掌握现场情况；家庭报警仪因与后台服务器无线通讯，在满足报警条件时，后台服务器可直接控制家庭报警仪进行报警，及时疏散人员，减少损失。岩土变形无线感知传感器埋入岩土体内部，隐蔽性好，安装简单便捷，而且整个监控预警系统不需线缆连接，即便在野外环境下几乎不能被发现和损坏，较彻底解决现有野外监测预警系统易遭破坏、难以保护的问题和无法大量推广应用的困境，即使是在发生较大变形或剧烈破坏时，监测预警系统也能持续不断工作，记录传输结构或岩土体整个变形破坏过程，真正达到及时、实时监测预警的目的。各岩土变形无线感知传感器间组建了局域无线传输系统，在地质灾害及安全施工预警领域，从岩土变形无线感知传感器到监测基站首次实现真正的“无线”监测，推动了远程监测技术的发展，有效解决了工程实践中遇到的监测仪器成本高昂，监测仪器自身及供电、通信电缆易受破坏而无法大量推广应用等难题。
[0020]同时，岩土变形无线感知传感器采用低功耗设计，独立工作，不需要布设供电线缆及通信线缆，达到野外环境独立工作要求，监测预警系统免维护可持续工作3?5年时间，同时所用的岩土变形无线感知传感器体积小、造价低、安装简单便捷、不易损坏、性能稳定、灵敏度高、精度高可以高精度感知微小变形，实现了高精度感知结构及岩土体微小变形，整个监控预警系统使用期间免维护，大量节约人工，与人工监测费用3?5年期相比降低成本30%左右。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型岩土变形无线感知传感器布设在滑坡表层示意图。
[0022]图2是本实用新型岩土变形无线感知传感器布设在滑坡深层示意图。
[0023]图3A是本实用新型岩土变形无线感知传感器深层布设时变形前的示意图。
[0024]图3B是本实用新型岩土变形无线感知传感器深层布设时变形后的示意图。
[0025]图4是本实用新型监测预警系统示意图。
[0026]图5是本实用新型监测预警系统实现无线传输的示意图。
[0027]图6是本实用新型监测预警方法的步骤流程图。
[0028]图7是本实用新型滑坡的表层布设岩土变形无线感知传感器的示意图。
[0029]图8是本实用新型滑坡的深层布设岩土变形无线感知传感器的示意图。
[0030]附图标记说明如下:2、岩土变形无线感知传感器；3、锚杆；4、测斜管；5、天线；6、监测基站；7、后台服务器；8、家庭报警仪；9、岩土体；61、电池模块；62、控制模块；63、通讯模块。
【具体实施方式】
[0031]体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。
[0032]如图1至图8所示，本实用新型提供了一种无线缆、可长期独立工作的滑坡灾害监测预警系统，包括多个岩土变形无线感知传感器2、监测基站6、后台服务器7和报警仪8。
[0033]多个岩土变形无线感知传感器2的布设在滑坡表层和/或深层；布设在滑坡表层的岩土变形无线感知传感器2，用于监测滑坡地表变形；布设在滑坡深层的岩土变形无线感知传感器2，用于监测滑坡深层变形；当滑坡发生变形时，岩土变形无线感知传感器2获取的变形量大小及对应位置。
[0034]其中，布设在滑坡表层岩土变形无线感知传感器2包括设置其底端的锚杆3，锚杆3置于滑坡中与滑坡一起变形；岩土变形无线感知传感器2置于滑坡表层，在野外环境中仅天线5露出，不易被发现。当滑坡变形时，布设在滑坡表层的岩土变形无线感知传感器2可以直接感知滑动区域滑坡变形的起始时间、变形位置和范围、变形的程度、变形的趋势，有效起到监测预警作用。
[0035]岩土变形无线感知传感器2布设在滑坡深层时，其以一定间隔安装在滑坡中钻孔内，用以监测滑坡深层变形；优选地，钻孔内设一测斜管4、多个岩土变形无线感知传感器2间隔固定安装在测斜管4内，多个岩土变形无线感知传感器2获取的变形量大小及对应位置(监测数据)发送至监测基站6。优选地，测斜管4垂直置于滑坡中，测斜管4中每隔两米设置一个限位螺栓(未标出)，每个岩土变形无线感知传感器2均设置在辅助固定装置(未标出)上，该辅助固定装置置于限位螺栓上，以保证每个岩土变形无线感知传感器2间隔的距离。同样地，在野外环境中也设有露出滑坡的天线5，便于隐蔽，不易被发现。当滑坡变形时，通过测斜管4内的岩土变形无线感知传感器2获取的变形量大小及对应位置可以得出变形位移曲线，深层布设的变形无线感知传感器2可以直接感知滑动区域滑坡变形的起始时间、变形面的深度、变形位移量、变形的趋势，有效起到监测预警作用。
[0036]请参阅图3，具体介绍岩土变形无线感知传感器2布设在滑坡深度时，滑坡深层位移量的计算过程。以图3的视图方向为参照，按从下至上的顺序，发生角度倾斜的各岩土变形无线感知传感器2各自的倾角变化量分别为Λ ΘΡΔ Θ2、Λ 03和八Θ 4，每相邻两个岩土变形无线感知传感器2的间隔分别为U、L2, L3, L4。滑坡深层岩土体9各处的水平位移变化量Λ Cli (i=l，2，3，4……)根据以下公式计算:
[0037]Δ Cl1=L1Xsin Δ θ 1；
[0038]Δ Cl2=L2Xsin Δ θ 2；
[0039]Ad3=L3XsinA θ 3；
[0040]Ad4=L4XsinA θ 4。
[0041]依次类推，根据岩土变形无线感知传感器2的倾角变化量Λ Θ ^1=1,2,3,4......)
及其与相邻岩土变形无线感知传感器2的间隔1^(1=1，2，3，4……)即可分段计算得到该分段的深层水平位移量，通过连续地对各分段进行计算，可得到深层岩土体9最大水平位移量。
[0042]假设最底部为不动参考点后，第η个测点的水平位移量即为各分段水平位移量之和，其计算方式为:Λ S=L1 X sin Λ Θ !+L2X sin Δ θ 2+L3X sin Δ θ 3+...?+LnX sin Δ θ η。
[0043]按上述方式获得滑坡深层岩土体9最大水平位移量后，进一步进行预警，该预警方法具体为:计算滑坡深层岩土体9不同位置处的水平位移量是否超出设定值，若超出，则预警，同时预警对应的深度；并且