一种高边坡稳定性监测预警系统和方法

本发明属于高边坡地质灾害工程技术领域，具体属于一种高边坡稳定性监测预警系统和方法。

背景技术：

随着全球气候变化加剧，极端气候频繁，暴雨或地震等自然灾害引起的山体滑坡逐渐增多，对于在山坡附近居民的人身财产安全及周边施工的道路、铁路的工程安全都有极大的危害，因此，高边坡稳定性越来越引起人们的关注，及时监测和反馈高边坡稳定性的信息并发出预警信号，对于保障人身财产安全具有重要意义。随着现代科技的发展，目前市场上的高边坡稳定性监测装置存在结构复杂，安装困难，成本昂贵的问题，不便于进行广泛的安装使用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高边坡稳定性监测预警系统和方法，整个装置结构简单，容易安装，制造成本低，能够广泛的进行使用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高边坡稳定性监测预警系统，包括监测装置、数据处理系统和若干个位移标尺；

所述监测装置包括数据采集处理器和若干个激光测距仪，所述激光测距仪设置在边坡的底部，所述位移标尺设置在待监测边坡的坡面上，激光测距仪与位移标尺一一对应进行监测；所述位移标尺呈台阶状，所述位移标尺的台阶高度大于激光测距仪的测量精度；

所述激光测距仪的输出端均连接数据采集处理器的输入端，数据采集处理器的输出端连接数据处理系统的输入端，数据处理系统对激光测距仪测得的位移数据进行处理判断预警。

优选的，所述数据处理系统包括通讯发射基站、卫星、通讯接收基站、互联网、远程计算机和手机终端；

所述数据采集处理器的输出端连接通讯发射基站的输入端，通讯发射基站的输出端连接卫星的输入端，卫星的输出端连接通讯接收基站的输入端，通讯接收基站通过互联网连接至远程计算机，远程计算机对激光测距仪测得的位移数据进行处理并传输至手机终端进行示警。

优选的，所述位移标尺包括0方位位移标尺、2方位位移标尺和4方位位移标尺；

所述0方位位移标尺呈圆柱状，所述圆柱状的0方位位移标尺呈台阶状，所述0方位位移标尺中上下左右方向的台阶宽度和高度相等；

所述2方位位移标尺呈正方体结构，所述正方体结构的2方位位移标尺呈台阶状，所述2方位位移标尺中左右方向的台阶宽度和高度相等，上下方向的台阶宽度和高度相等，上下方向的台阶宽度和高度大于左右方向的台阶宽度和高度；

所述4方位位移标尺呈正方体结构，所述正方体结构的4方位位移标尺呈台阶状，所述4方位位移标尺中上下左右方向的台阶宽度和高度均不相等。

优选的，还包括固定装置，所述固定装置设置在边坡的底部，所述数据采集处理器和若干个激光测距仪均设置在固定装置上。

优选的，所述监测装置还包括报警器，所述报警器用于在边坡的坡面发生位移时进行报警。

优选的，所述激光测距仪的探头垂直于位移标尺。

优选的，所述位移标尺采用钢筋混凝土或塑料制成。

一种高边坡稳定性监测预警方法，包括以下过程，固定在边坡底部的激光测距仪发出激光对准设置在坡面上的位移标尺，测量位移标尺的移动变化；

当位移标尺发生位移时，激光测距仪测量距离变化的固定值，数据采集处理器采集激光测距仪的位移数据，并将位移数据传递给数据处理系统，数据处理系统根据位移标尺的移动方向，变化值的大小判断移动快慢，进而判断出高边坡的稳定性，判断是否发出预警的信号。

优选的，当发出预警信号时，通过报警器进行报警。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种高边坡稳定性监测预警系统，通过在高边坡坡面上设置位移标尺，在山坡脚下设置激光测距仪，通过激光测距仪测量安装在高边坡坡面的位移标尺移动的变化，安装方便，能够快速设置在待测边坡的坡面上，适应于各种边坡。通过激光测距仪能够第一时间测量得到位移标尺的移动数据，通过数据处理系统判断后，进而发出预警。并且利用位移标尺的台阶放大了激光测距仪的测量距离，这个台阶距离变化大于激光测距仪的测量精度，确保山体在发生一定位移时激光测距仪能够准确识别。本发明的系统结构简单，成本较低，测量准确。

进一步的，通过采用0方位位移标尺、2方位位移标尺和4方位位移标尺，能够在不同条件下对高边坡进行监测，满足实际应用中的需求。

进一步的，通过设置固定装置对数据采集处理器和激光测距仪进行固定，方便在监测时进行安装。

本发明提供一种高边坡稳定性监测预警方法，首先通过激光测距仪监测设置在坡面上的位移标尺，当位移标尺发生位移时，激光测距仪可以第一时间测量到位移标尺发生的位移变化，数据采集处理器将激光测距仪位移数据传递给数据处理系统，数据处理系统根据位移标尺的移动方向，变化值的大小判断移动快慢，进而判断出高边坡的稳定性，判断是否发出预警的信号。本发明的方法能够实时连续监测高边坡的稳定性，快速算出山体滑坡速度，在坡面不稳定时及时发出预警信号，并能将监测数据实时连续传输到远程监测和数据处理的服务器。

附图说明

图1为本发明实施例高边坡稳定性监测预警装置的纵断面图；

图2为本发明实施例设置于高边坡的位移标尺的静态俯视图；

图3为本发明实施例高边坡稳定性监测预警装置的无线传输系统示意图；

图4为本发明实施例中0方位位移标尺结构主视图；

图5为本发明实施例中0方位位移标尺结构俯视图；

图6为本发明实施例中2方位位移标尺结构剖面a-a示意图；

图7为本发明实施例中2方位位移标尺结构剖面b-b示意图；

图8为本发明实施例中2方位位移标尺结构俯视图；

图9为本发明实施例中4方位位移标尺结构剖面a-a示意图；

图10为本发明实施例中4方位位移标尺结构剖面b-b示意图；

图11为本发明实施例中4方位位移标尺结构俯视图。

附图中：1为位移标尺，2为滑坡面，3为滑坡体，4为坡面，5为报警器，6为激光测距仪，7为数据采集处理器，8为固定装置，9为通讯发射基站，10为卫星，11为通讯接收基站，12为互联网，13为远程计算机，14为手机终端。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供了一种结构简单高效的高边坡稳定性监测预警系统，本发明的系统能够实时连续监测高边坡的稳定性，在坡面不稳定时及时发出预警信号，并能将监测数据实时连续传输到远程监测和数据处理的服务器，整个装置结构简单，安装交易，成本较低，适用性强，可升级潜力大。

本发明的一种高边坡稳定性监测系统，包括若干个位移标尺1、报警器5、若干个激光测距仪6、数据采集处理器7和数据处理系统。

若干个位移标尺1设置在高边坡坡面4上的不同高度位置，若干个激光测距仪6设置在边坡脚下，若干个激光测距仪6的探头分别一一对应指向若干个位移标尺1，若干个激光测距仪6与若干个位移标尺1一一对应进行监测位移。

数据处理系统包括通讯发射基站9、卫星10、通讯接收基站11、互联网12、远程计算机13和手机终端14；数据采集处理器7的输出端连接通讯发射基站9的输入端，通讯发射基站9的输出端连接卫星10的输入端，卫星10的输出端连接通讯接收基站11的输入端，通讯接收基站11通过互联网12连接至远程计算机13，远程计算机13对激光测距仪6测得的位移数据进行处理并传输至手机终端14进行示警。

数据采集处理器一种高边坡稳定性监测预警方法，包括以下过程：通过固定在山坡脚下的激光测距仪6，测量安装在高边坡坡面4的位移标尺1移动的变化，位移标尺1在不同方向变化的固定值不同，通过测量距离变化的固定值，远端计算机13可以自动判断位移标尺1移动的方向，变化值的大小判断移动快慢，进而判断出高边坡的稳定性，给出是否发出预警的信号，并且所有数据可以通过无线通信网络传输到远端计算机13的处理器，进一步对数据进行后期处理，通过位移标尺1的位移量及时间判断山体滑坡的级别，或者通过模型预测发生山体滑坡的风险。

本发明提供了一种基于坡面表面位移的方法，直接测量高边坡的稳定性，快速给出预警，并将监测数据通过互联网快速传输至远端计算机处理器，同时将预警信号发送至每一位客户手机端。

实施例

如图1和图2所示，本发明的高边坡稳定性监测预警系统包括监测装置、位移标尺1和数据处理系统。

监测装置包括报警器5，数据采集处理器7、固定装置8和若干个激光测距仪6。

若干个位移标尺1安装在所监测山体的坡面4上的不同高度位置，报警器5、激光测距仪6和数据采集处理器7安装在所监测山体的下面的固定装置8上，激光测距仪6的探头对准位移标尺1的中心。若干个激光测距仪6的输出端均连接数据采集处理器7的输入端，数据采集处理器7的输出端连接数据处理系统的输入端，数据处理系统对激光测距仪6测得的位移数据进行处理判断预警。报警器5用于在边坡的坡面4发生位移时进行报警。

数据处理系统包括通讯发射基站9、卫星10、通讯接收基站11、互联网12、远程计算机13和手机终端14；数据采集处理器7的输出端连接通讯发射基站9的输入端，通讯发射基站9的输出端连接卫星10的输入端，卫星10的输出端连接通讯接收基站11的输入端，通讯接收基站11通过互联网12连接至远程计算机13，远程计算机13对激光测距仪6测得的位移数据进行处理并传输至手机终端14进行示警。

如图4、图5和图6所示，位移标尺1包括0方位位移标尺、2方位位移标尺和4方位位移标尺，位移标尺1的制作材料可以是一些耐腐蚀材料，如钢筋混凝土或塑料等。

如图4和图5所示，0方位位移标尺是一个规则的圆，设置有不同台阶，每个台阶高度5cm，宽度cm，当山体发生滑坡时，激光测距仪6所测数据为5cm间隔的跳动，只能监测出山体的滑坡体3沿着滑坡面2发生了移动，但不能分清楚位移的方向。

如图6、图7和图8所示，2方位位移标尺是一个规则的正方形，4个方向均设置台阶，上下台阶宽5cm，高5cm，左右台阶宽10cm，高12cm。当山体发生滑坡时，激光测距仪6所测数据以5cm间隔跳动时，则滑坡体3发生了向上或者向下的移动，但不能分清楚具体是向上还是向下方向发生了位移；当6激光测距仪所测数据以12cm间隔跳动时，则3滑坡体发生了向左或者向右的移动，但不能分清楚具体是向左还是向右方向发生了位移。

如图9、图10和图11所示，4方位位移标尺是一个规则的正方形，4个方向均设置台阶，上台阶宽5cm，高4cm，下台阶宽5cm，高7cm，左台阶宽10cm，高5cm，右台阶宽10cm，高6cm。当山体发生滑坡时，6激光测距仪所测数据以4cm，5cm，6cm，7cm间隔跳动时，则3滑坡体发生了向上，向左，向右和向下方向的移动。

根据实际情况，仅要监测山体位移但不需要确定位移方向，则选择0方位位移标尺，如果要明确监测山体是垂向运动或是水平运动，则选择2方位位移标尺，如果要明确监测山体是向上下左右那个方向运动，则选择4方位位移标尺。

位移标尺1在山体上安装时务必要稳固，不能轻易移动，长时间保持位置不变。位移标尺1在所监测的滑坡山体上尽量保证均匀布置，确保监测准确。位移标尺1的尺寸可以根据实际情况设定，其半径可以从0.1m到10m不等，可根据实际情况定制。本发明中利用位移标尺1的台阶放大了垂直于激光测距仪的测量距离，这个垂直距离变化大于激光测距仪的测量精度，确保山体在发生一定位移时激光测距仪能够准确识别。

如图3所示，数据处理系统包括通讯发射基站9、卫星10、通讯接收基站11、互联网12、远程计算机13和手机终端14。激光测距仪6所测数据由数据采集处理器7发送到通讯发射基站9，再传输至卫星10，再传输至通讯接收基站11，信息进入互联网12传输至远程计算机13，再通过无线通信发送至用户的手机终端14。

目前市面上普通激光测距仪6的测量精度可以达到mm级，制作cm级分辨率差距的位移标尺1，可以忽略激光测距仪6测量误差的给滑坡位移测量带来的不准确。通过使用激光测距仪6对不同精度的位移标尺1由于山体滑坡产生位移的准确测量，发出山体滑坡警报，并将位移数据通过卫星互联网传输至工业计算机对滑坡等级进行精准测量并判断，最后将结果传输至手机终端14。

根据现场情况，如果激光测距仪6的测量距离太远，测量精度不足mm级，可以调整位移标尺1的台阶高度，定制不同精度的位移标尺，确保激光测距仪6测量的准确性。

激光测距仪6不能直接测量山体表面到测量位置的距离，山体表面会因为降雨或刮风等自然侵蚀产生变化，在滑坡体表面安装耐腐蚀材料的位移标尺1，解决了这一问题。

本高边坡稳定性监测预警系统，结构简单，容易生产制作，安装简单，成本低廉，高效，准确。

整个仪器在安装过程中，根据实际情况选用相应精度和量程的激光测距仪6，在所监测的山体高边坡上均匀固定3个以上相应规格的位移标尺1，在山脚下合适位置安装一个固定装置8，并将报警器5、激光测距仪6和数据采集处理器7安装固定装置8上，激光测距仪6必须垂直于位移标尺1，且对准位移标尺1的中心点。

当山体某部分坡面发生滑坡时，安装在山体坡面上不同位置的位移标尺将发生位移，激光测距仪6将在相应时间内测量出不同的位移量，同时山坡下山体滑坡报警器开始报警，并且所测位移数据通过数据采集处理器7、通讯发射基站9、卫星10，通讯接收基站11、互联网12传至远程计算机13，快速算出山体滑坡速度，准确评价滑坡的等级，并通过通讯网络快速发送至相关人员的手机终端14上。