专利名称：采用土壤电阻测量的滑坡预警系统及滑坡预警方法
技术领域：
本发明属于铁路防灾减灾技术领域。特别涉及用于山区铁路面临滑坡威胁、对滑
坡危险进行量化监测的一种采用土壤电阻测量的滑坡预警系统及滑坡预警方法。
背景技术：
伴着铁路技术的发展，铁路防灾与减灾技术成为当今铁路安全系统一项不可或缺 的工程技术组成部分。其中对于由于地震冲击以及降水带来的山区铁路滑坡对铁路安全造 成的威胁尤为突出；滑坡现象往往会对铁路列车造成严重的行车灾难，滑坡现象由两个最 为重大的诱发因素地震冲击与降水。地震冲击往往由于地震或爆破等导至地面以及地表 震动。对于地震预警往往很难测量量化，也难以预测；而爆破本身是人为控制，不需要预测 与量化的。而对于地震诱发的滑坡现象是很难预测的，同时发生的概率也远远低于由于降 水造成的滑坡灾难。 由于长时间的降水，造成地层土壤、岩石等含水量增加，结构强度降低、结构重量 增加，从而诱发滑坡发生。当前滑坡现象在防灾系统中往往采用降雨量测量的方式，间接反 应滑坡现象发生的概率，由于降雨量与滑坡现象不存在直接的因果关系，因此不能直接全 面的反应滑坡现象出现的概率，更做不到量化的滑坡预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用土壤电阻测量的滑坡预警系统及滑坡预警方法，其 特征在于，所述滑坡预警系统由滑坡体传感器数据采集层、滑坡体预测终端及防灾中心显 示终端通过通讯模块及数据接口连接组成； 所述滑坡体传感器数据采集层为由l-n个湿度传感器组成传感器阵列即构成滑 坡体数据采集层，对滑坡体多点湿度信号进行采集； 所述滑坡体预测终端由通信子模块、滑坡体危险等级评估单元、滑坡体危险等级 显示模块以及数据接口组成，是接收滑坡体传感器数据采集层采集的l-n个滑坡体数据， 对滑坡体危险系数预测与显示的终端；用于计算并且显示滑坡体预测系统的每一个被测滑 坡体的危险系数。该终端提供与其它防灾系统的数据接口，以实现整个防灾系统的数据集 成。 所述湿度传感器由碳棒测试电极与测试电路两个部分组成；碳棒电极插入一定深 度的土壤中，两电极之间距离固定，测试电路由恒流源电路连接分压电阻后与AD转换电路 一同和滤波电路的一端及一根碳棒电极连接，用于将土壤电阻信号转换为电压信号，同时 将这个电压信号转换为数字信号， 所述滑坡体传感器数据采集层是将l-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的 表面，这样由多个滑坡体湿度传感器阵列与数据采集、处理电路组成滑坡体传感器数据采 集层；用于测量l-n个点土壤的电阻值，通过测量土壤电阻反应土壤湿度，量化测试滑坡体 的湿度指标；并对所有测量点的湿度进行处理，输出滑坡体整体湿度状态。
所述采用土壤电阻测量的滑坡预警系统的滑坡预警方法，具体步骤如下 1)将1-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的表面构成滑坡体数据采集层，对
滑坡体多点湿度信号进行采集； 2)将土壤电阻信号转换为电压信号，同时将这个电压信号转换为数字信号，并根 据土壤湿度与土壤电阻率成反比关系，计算所测量土壤电阻值反应的土壤湿度值，将1-n 点湿度值转换为平均湿度； 3)将平均湿度数据通过通信链路上传到滑坡体预测终端或防灾中心显示终端；
4)滑坡体预测终端的滑坡体危险等级评估单元将得到的平均湿度数与地质专家 给出的滑坡危险等级进行综合比较，给出所有被监测滑坡体当前状态下的滑坡危险等级信 息，由滑坡体危险等级显示模块显示。 本发明的有益效果是该滑坡体预警系统可以广泛应用于当前的铁路防灾系统中， 通过对各个危险系数高的滑坡体进行监控，给出滑坡体可能出现滑坡的量化指标，大大降 低由于滑坡危险造成的重大列车运行事故，有利于提高列车运行的安全性。同时该系统完 全可以作为铁路防灾系统的子系统，整合于防灾系统中
图1为单点湿度传感器构成框图。
图2为湿度传感器阵列组成数据采集层。
图3为滑坡体预警子系统组成框图。
具体实施例方式
本发明提供一种采用土壤电阻测量的滑坡预警系统及滑坡预警方法。下面结合附 图对本发明予以进一步说明。 图3所示为滑坡体预警子系统组成框图。所述滑坡预警系统由滑坡体传感器数据
采集层、滑坡体预测终端及防灾中心显示终端通过通讯模块及数据接口连接组成；滑坡体
传感器数据采集层是由传感器阵列组成滑坡体l-n个点湿度采集系统，并对滑坡体的1-n
个点湿度值转换为平均湿度值，并将该数据通过通信链路上传到滑坡体预测终端或防灾中
心显示终端。
1.湿度传感器 图1所示为单点湿度传感器构成框图。湿度传感器由碳棒测试电极与测试电路两 个部分组成。碳棒电极插入一定深度的土壤中，两电极之间距离固定。测试电路由恒流源 电路连接分压电阻后与AD转换电路一同和滤波电路的一端及一根碳棒电极连接组成，用 于将土壤电阻信号转换为电压信号，同时将这个电压信号转换为数字信号。
2.滑坡体传感器数据采集层 图2所示为湿度传感器阵列组成数据采集层，将多个湿度传感器均匀布置在整个 滑坡体的表面，用于测量1-n个点的湿度，并对所有测量点的湿度进行处理，输出滑坡体整 体湿度状态。这样由多个滑坡体湿度传感器阵列与数据采集与处理电路组成滑坡体传感 器数据采集层。滑坡体湿度传感器阵列由中央处理器、远程通信单元电路、l-n个湿度传感 器、电源电路组成。N为40 ;中央处理器实现与湿度传感器AD转换数字接口，直接读取AD转换的数据，同时，将1-n个湿度数据进行加和平均，得到整个滑坡体的湿度数据，同时将 这个湿度数据通过通信电路传输到远程防灾中心；远程通信单元电路根据铁路防灾系统的 具体要求，提供不同的通信接口，如CAN、 RS485、以态网或GPRS接口 ；电源电路根据铁路工 程实际条件，采用远程直流供电电源、或轨旁供电模式等，为系统提供不同级别电源；根据 实际情况，如滑坡体的面积、体积以及地形情况，设置l-n个湿度传感器组成湿度传感器阵 列，并将传感器AD数据接口与中央处理器相连，完成中央处理器对各个湿度传感器的数据 采集。 3.滑坡体预测终端 滑坡体预测终端是对l-n个滑坡体进行数据采集、显示以及滑坡体危险系数预测 与显示的终端。用于计算并且湿示滑坡体预测系统的每一个被测滑坡体的危险系数。该终 端提供与其它防灾系统的数据接口，以实现整个防灾系统的数据集成。 如图3所示，滑坡体预测终端由通信子模块、滑坡体危险等级评估单元、滑坡体危
险等级显示模块以及数据接口组成。通信子模块用于对滑坡体传感器阵列子单元数据通信
部分，完成对所有滑坡体湿度数据的采集；滑坡体危险等组评估单元根据专家提供的滑坡
体危险等级以及实时滑坡体湿度数据进行综合，计算每一个滑坡体的实时滑坡危险等级，
并将该数据提供给滑坡体危险等级显示单元；滑破体危险等级显示单元将每一个被监控滑
坡体的数据进行显示，同时可以实时查询并显示滑坡体的平均土壤湿度信息；显示终端具
有数据接口 ，可以提供数据库存储接口以及与其它防灾系统进行数据交换。 系统工作原理 滑坡预警具体步骤如下 1)将l-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的表面构成滑坡体数据采集层，对 滑坡体多点湿度信号进行采集； 2)将土壤电阻信号转换为电压信号，同时将这个电压信号转换为数字信号，并根 据土壤湿度与土壤电阻率成反比关系，计算所测量土壤电阻值反应的土壤湿度值，将l-n 点湿度值转换为平均湿度； 3)将平均湿度数据通过通信链路上传到滑坡体预测终端或防灾中心显示终端；
4)滑坡体预测终端的滑坡体危险等级评估单元将得到的平均湿度数与地质专家 给出的滑坡危险等级进行综合比较，给出所有被监测滑坡体当前状态下的滑坡危险等级信 息，由滑坡体危险等级显示模块显示；土壤湿度越大，电阻越小，通过电阻表征滑坡体的含 水量大小，滑坡体含水量越大，危险性越高。 对于一个特定的滑坡体，采用多点测量土壤湿度的模式，综合多点土壤湿度数据， 作为整个滑坡体的湿度指标。 将滑坡体的湿度数据传递到防灾中心，由防灾中心根据滑坡体的滑坡危险情况与 湿度数据确定防灾方案。采用直接测量被监测滑坡体的地层土壤湿度的方式相对于降雨量 测量更为科学与合理。
权利要求
一种采用土壤电阻测量的滑坡预警系统，其特征在于，所述滑坡预警系统由滑坡体传感器数据采集层、滑坡体预测终端及防灾中心显示终端通过通讯模块及数据接口连接组成；所述滑坡体传感器数据采集层为由1-n个湿度传感器组成传感器阵列即构成滑坡体数据采集层，对滑坡体多点湿度信号进行采集；所述滑坡体预测终端由通信子模块、滑坡体危险等级评估单元、滑坡体危险等级显示模块以及数据接口组成，是接收滑坡体传感器数据采集层采集的1-n个滑坡体数据，对滑坡体危险系数预测与显示的终端；用于计算并且显示滑坡体预测系统的每一个被测滑坡体的危险系数；该终端提供与其它防灾系统的数据接口，以实现整个防灾系统的数据集成。
2. 根据权利要求1所述采用土壤电阻测量的滑坡预警系统，其特征在于，所述湿度传 感器由碳棒测试电极与测试电路两个部分组成；碳棒电极插入一定深度的土壤中，两电极 之间距离固定，测试电路由恒流源电路连接分压电阻后与AD转换电路一同和滤波电路的 一端及一根碳棒电极连接，用于将土壤电阻信号转换为电压信号，同时将这个电压信号转 换为数字信号。
3. 根据权利要求1所述采用土壤电阻测量的滑坡预警系统，其特征在于，所述滑坡体 传感器数据采集层是将l-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的表面，这样由多个滑坡 体湿度传感器阵列与数据采集、处理电路组成滑坡体传感器数据采集层；用于测量l-n个 点土壤的电阻值，通过测量土壤电阻反应土壤湿度，量化测试滑坡体的湿度指标；并对所有 测量点的湿度进行处理，输出滑坡体整体湿度状态。
4. 一种权利要求1所述采用土壤电阻测量的滑坡预警系统的滑坡预警方法，其特征在 于，所述采用土壤电阻测量的滑坡预警系统的滑坡预警方法，具体步骤如下1) 将l-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的表面构成滑坡体数据采集层，对滑坡 体多点湿度信号进行采集；2) 将土壤电阻信号转换为电压信号，同时将这个电压信号转换为数字信号，并根据土 壤湿度与土壤电阻率成反比关系，计算所测量土壤电阻值反应的土壤湿度值，将l-n点湿 度值转换为平均湿度；3) 将平均湿度数据通过通信链路上传到滑坡体预测终端或防灾中心显示终端；4) 滑坡体预测终端的滑坡体危险等级评估单元将得到的平均湿度数与地质专家给出 的滑坡危险等级进行综合比较，给出所有被监测滑坡体当前状态下的滑坡危险等级信息， 由滑坡体危险等级显示模块显示。
全文摘要
本发明公开了属于铁路防灾减灾技术领域的一种采用土壤电阻测量的滑坡预警系统及滑坡预警方法。所述滑坡预警系统由滑坡体传感器数据采集层、滑坡体预测终端及防灾中心显示终端通过通讯模块及数据接口连接组成。滑坡预警方法是将1-n个湿度传感器均匀布置在整个滑坡体的表面构成滑坡体数据采集层，对滑坡体多点湿度信号进行采集；计算所测量土壤电阻值反应的土壤湿度值，并转换为平均湿度；通过通信链路上传到滑坡体预测终端或防灾中心显示终端；滑坡体危险等级评估单元将得到的平均湿度数与地质专家给出的滑坡危险等级进行综合比较，给出所有被监测滑坡体当前状态下的滑坡危险等级信息，由显示模块显示，大大降低重大列车运行事故，提高安全性。
文档编号G01N27/12GK101763713SQ20091024190
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者张智祥 申请人:北京佳讯飞鸿电气股份有限公司