一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置的制作方法

本实用新型涉及地质灾害监测预警技术领域，尤其涉及一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置。

背景技术：

高陡边坡是指土方的开挖高度大于20m且坡度为30～60度的边坡，其主要加固工程结构包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构。但由于受到各方面不稳定因素的影响，高陡边坡经常出现崩塌、滑坡等工程事故和地质灾害。特别是最近30多年来，我国多地发生了很多危害影响相当严重的大型高陡边坡崩滑事件。伴随这些高陡边坡滑坡灾害的直接危害，造成了如下严重后果：⑴对城乡工程建筑产生严重危害；⑵对航运、铁路、道路交通及运输具有破坏性影响；⑶给城乡居民生命财产带来巨大损失；⑷危害厂矿、工商企业、科教单位，给国家财产带来巨大损失；⑸增大国家对工程建设、城镇迁址及移民的直接投入。

现有技术中，距离高速公路、铁路、输气管道等设施一定范围内的高陡边坡滑坡地质灾害监测主要采用常规变形监测技术，其主要是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器来测定点的变形值。但是，该技术由于室外作业工作量大、布点受地形条件影响等原因，不易实现自动化监测。有些特殊测量手段虽然可以包括应变测量、准直测量和倾斜测量，但其通常只能提供局部和相对的变形信息，而无法提供准确的灾害预报。除此之外，常规的变形监测技术在采集数据后还需要人工进行处理，这导致即使发现高陡边坡出现滑坡地质灾害前兆也无法及时应当。由于人工处理做出报警后还需要层层审批，整个预警过程占用时间过长，应急反应速度滞后，会导致错过及时应对高陡边坡滑坡地质灾害预警的最佳时机。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置，其不仅能够实时准确地监测高速公路、铁路、输气管道等设施一定范围内的陡边坡地质滑坡灾害，而且还能准确地判断高陡边坡地质滑坡规模，缩短地质滑坡灾害预警的处理时间。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于高陡边坡地质灾害监测预警的装置，其包括：

摄像机，其设置在离高陡边坡的挡土墙第一距离处，用于获取高陡边坡的图像；

测距传感器，其设置在离高陡边坡的挡土墙底部第二距离处，用于监测挡土墙的推动位移；

多点式位移传感器，其沿着抗滑桩的方向设置在距离边坡坡脚底部第一高度处，用于监测高陡边坡的内部松动位移；

应变计传感器，其设置在高陡边坡内的一个或多个抗滑桩上，用于监测抗滑桩的应力；

渗压计传感器，其设置在高陡边坡底部的排水沟中，用于监测高陡边坡底部的液体压力；

传感器信号处理器，其分别与摄像机、激光测距传感器、多点式位移传感器、应变计传感器以及渗压计传感器各自的通信模块连接，从各自的数据采集存储器获取监测数据，并将所获取的监测数据通过网络发送给监测预警平台；以及

警报器，其设置在离高陡边坡顶部第三距离处，通过网络与监测预警平台连接，用于根据监测预警平台所发送的指令发出警报。

优选地，所述装置进一步包括监测预警平台，其通过网络分别与传感器信号处理器和报警器连接，用于根据从传感器信号处理器获取的监测数据进行地质滑坡灾害预警分析，确定高陡边坡地质滑坡灾害的当前状态并生成对应的指令。

优选地，所述监测预警平台进一步用于根据摄像机在第一时间段内所获取的高陡边坡的图像，确定第一地质滑坡空间范围。

优选地，所述监测预警平台进一步用于当第一地质滑坡空间范围、挡土墙的推动位移距离、高陡边坡的内部松动位移距离、抗滑桩的应力以及高陡边坡底部的液体压力中任一项或者多项大于各自对应的第一阈值时，生成地质滑坡灾害预警指令。

优选地，所述监测预警平台进一步包括远程终端，其通过网络与监测预警平台连接，用于接收与地质滑坡灾害相关的指令。

优选地，所述监测预警平台进一步用于向警报器以及位于指定列表内的远程终端发送地质滑坡灾害预警指令。

优选地，所述远程终端具有摄像头，用于获取的高陡边坡的图像；

所述监测预警平台进一步用于根据摄像机或者远程终端在第二时间段内所获取的高陡边坡的图像，确定第二地质滑坡的空间范围，当第二地质滑坡空间范围与第一地质滑坡空间范围只差大于第二阈值时，生成地质滑坡灾害报警指令。

优选地，所述监测预警平台进一步用于向警报器以及位于指定区域内的多个远程终端发送地质滑坡灾害报警指令。

优选地，所述摄像机、激光测距传感器、多点式位移传感器、应变计传感器以及渗压计传感器分别具有独立的UPS电源、数据采集存储器、以及通信模块。

优选地，所述监测预警平台包括下位机、网络集线器和上位机；其中，下位机通过网络与传感器信号处理器连接，并将所获取的监测数据通过网络集线器发送给上位机进行地质滑坡灾害预警分析。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：

通过监测预警平台实时分析从各个传感器所获取的监测数据，自动生成与地质滑坡灾害状态对应的预警指令，能够实现全天候24小时自动监测，反应迅速，预报及时，并且能够精确判断高陡边坡地质滑坡空间范围，为周边居民撤离和滑坡灾害处理提供依据；并且通过无人值守的全自动化监测，从而保证长期连续运行，并大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的高陡边坡地质滑坡灾害在线监测预警装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的高陡边坡地质滑坡灾害在线监测预警装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的高陡边坡地质滑坡灾害在线监测预警装置的结构示意图。如图1所示，所述预警装置包括：摄像机1、测距传感器5、多点式位移传感器6、应变计传感器7、渗压计传感器8、传感器信号处理器9、以及警报器14。

其中，摄像机1设置在离高陡边坡的挡土墙第一距离处，用于获取高陡边坡的图像。如图1所示，摄像机1设置破底部的道路上距离挡土墙10以上米处，其可以通过摄像杆在一定高度(例如2米以上)处正对高陡边坡，以便获取准确的现场环境图像。优选地，摄像机1可以为具备自动跟踪技术的智能高速球摄像机。

测距传感器5设置在离高陡边坡的挡土墙底部第二距离处，用于监测挡土墙的推动位移。在优选的实施例中，测距传感器5为激光测距传感器，其可以通过支架设置在距离挡土墙表面小于一米处。

多点式位移传感器6沿着抗滑桩的方向设置在距离边坡坡脚底部第一高度处，用于监测高陡边坡的内部松动位移。如图1所示，多点式位移传感器6为5个沿着抗滑桩方向设置在高陡边坡内部的位移传感器组，所述第一高度为高陡边坡总高度的三分之二。

应变计传感器7设置在高陡边坡内的一个或多个抗滑桩上，用于监测抗滑桩的应力。其中，可以在一个抗滑桩上设置多个应变计传感器7，也根据应用场景的需要，在多个抗滑桩上分别设置多个应变计传感器7，从而获得更精确的抗滑桩内部应力。

渗压计传感器8设置在高陡边坡底部的排水沟中，用于监测高陡边坡底部的液体压力。

传感器信号处理器9分别与摄像机1、激光测距传感器5、多点式位移传感器6、应变计传感器7以及渗压计传感器8各自的通信模块3(图1中未示出)连接，从各自的数据采集存储器2(图1中未示出)获取监测数据，并将所获取的监测数据通过网络15发送给监测预警平台。其中，网络15可以为通过有线或者无线通信连接形成的地质灾害专用局域网络，也可以为广域网，比如Internet。

警报器14设置在离高陡边坡顶部第三距离处，通过网络与监测预警平台连接，用于根据监测预警平台所发送的指令发出警报。优选地，报警器14可以为多个，分别设置在离高陡边坡边界安全距离(例如大于100米)处。

上述实施例中，通过将摄像机、激光测距传感器、多点式位移传感器、应变计传感器以及渗压计传感器所获取的监测数据发送给监测预警平台，并根据监测预警平台所发送的指令发出警报，能够在高陡边坡出现滑坡地质灾害前兆时立即发出相应的警报，缩短了灾害预警时间。

实施例二

图2是本实用新型实施例二提供的高陡边坡地质滑坡灾害在线监测预警装置的结构示意图。如图2所示，所述装置在上述实施例的基础上进一步包括监测预警平台10，其通过网络15分别与传感器信号处理器9和报警器14连接，用于根据从传感器信号处理器9获取的监测数据进行地质滑坡灾害预警分析，确定高陡边坡地质滑坡灾害的当前状态并生成对应的指令。

在优选的实施方式中，监测预警平台10可以包括下位机11、网络集线器12和上位机13；其中，下位机11通过网络15与传感器信号处理器9连接，并将所获取的监测数据通过网络集线器12发送给上位机13进行地质滑坡灾害预警分析。其中，下位机12可以为精简指令集微处理器与数字信号处理器相结合的嵌入式下位机，上位机13可以为安装有专业地质滑坡预警监测软件的服务器。

进一步地，监测预警平台10中的个部分还可以通过不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)4供电，从而实现24小时全天候地质灾害的预警分析。对应地，上述摄像机1、激光测距传感器5、多点式位移传感器6、应变计传感器7以及渗压计传感器8也分别具有独立的UPS电源4。

具体地，监测预警平台10可以根据摄像机1在一段时间内所获取的高陡边坡的图像，确定第一地质滑坡空间范围。例如，对每隔5～30秒钟所拍摄的多幅图像之间的差异进行图形处理，并排除干扰(例如，道路上驶过的车辆、天气因素等对图像的影响)，从而确定高度边坡的形变数据。优选地，监测预警平台10还可以包括存储模块，用于存储所获取的监测数据以及所生成的预警指令。

进一步地，监测预警平台10可以将第一地质滑坡空间范围、挡土墙的推动位移距离、高陡边坡的内部松动位移距离、抗滑桩的应力以及高陡边坡底部的液体压力分别与各自的预警标准值进行比较，当其中任一项或者多项大于各自对应的第一阈值时(比如达到各自工程结构设计所允许变化的临界值)，即确定高陡边坡地质滑坡灾害的当前状态为将在一定预警时间之后发生地质滑坡灾害，因此，立即生成地质滑坡灾害预警指令。并且，当预警时间小于最小应急预案所设置的最短时间时，立即生成地质滑坡灾害报警指令。

在优选的实施方式中，监测预警平台10进一步包括远程终端16，其通过网络19与监测预警平台10连接，用于接收与地质滑坡灾害相关的指令。其中，网络19可以与网络15相同，例如都为灾害预警专用网络，但也可以不同，例如互联网、公用移动通信网等。

监测预警平台10生成地质滑坡灾害预警指令后可以立即自动向警报器14以及位于指定列表内的远程终端16发送地质滑坡灾害预警指令。其中，一方面报警器14根据预警指令发出警报，从而及时阻止附近的车辆以及行人靠近高陡边坡，避免可能出现的危险情况，同时避免对高度边坡造成进一步损害。另一方面，通过向指定列表内的远程终端16(例如高陡边坡相关维护负责人、管理人员等所持有的远程管理终端17)发送地质滑坡灾害预警指令，可以实时将可能发送的地质灾害情况通知给相关负责人员，从而可以及时采取应对措施。远程管理终端17上可以通过对应的应用程序主动获取历史灾害数据以及应对措施，并且可以根据管理员人员的操作向监测预警平台10发送管理指令，例如确定疏散范围、时间、以及相应的灾害治理资源调度等。

在优选的实施例中，远程终端16具有摄像头，用于获取的高陡边坡的图像。例如，管理人员所持有的远程管理终端17接收到地质滑坡灾害预警指令后，可以通过摄像头获取后续的高陡边坡的图像，尤其是当有突发情况导致设置在坡顶的摄像机被损毁或者出现故障时，为确认地质滑坡灾害发生的范围提供更加准确可靠的数据。

进一步地，监测预警平台10的上位机13通过后续的高陡边坡的图像，可以确定第二地质滑坡的空间范围，并且当第二地质滑坡空间范围与第一地质滑坡空间范围只差大于第二阈值时，生成地质滑坡灾害报警指令。此时可以确定已经发生了一定规模的地质滑坡灾害，需要第一时间通知现场的管理人员以及位于高陡边坡一定范围内的人员及时疏散。因此，监测预警平台10实时向警报器以及位于指定区域内的多个远程终端(例如距离高陡边坡2公里范围的所有手机18)发送地质滑坡灾害报警指令，指示其远离该处高陡边坡的危险区域，并指示离开路线，同时警报器根据报警指令发出灾害报警，防止人员进入到危险区域内。

上述实施例中，通过监测预警平台实时分析从各个传感器所获取的监测数据，自动生成与地质滑坡灾害状态对应的预警指令，能够实现全天候24小时自动监测，反应迅速，预报及时，并且能够精确判断高陡边坡地质滑坡空间范围，为周边居民撤离和滑坡灾害处理提供依据；并且通过无人值守的全自动化监测，从而保证长期连续运行，并大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

以上实施方式仅用于说明本实用新型的较佳实施例，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。