专利名称：一种用于山体滑坡监测的雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达监测技术领域，具体涉及一种用于山体滑坡监测的雷达装置。
背景技术：
目前还没有一种较为有效的措施对山体滑坡进行监测，有些监测点采用双电网监测技术。在较容易发生山体 滑坡地段架设金属防护网，防护网上面敷设两根绝缘导线，当发生山体滑坡时，会有石块或大面积泥土滑落到防护网上，当落物重量超过防护网的承受能力时，会切断导线产生报警信息。该技术不会误报，只要有横截面大于双电网的网格，质量大于电网导线的承受能力的物体落在防护网上，就会产生报警。但是，这种双电网监测技术主要存在以下几个问题第一，对网格横截面和电网导线的承受能力有一定要求，当落物重量小于电网导线的承受能力时，电网不会被压断，因此不会产生报警信息。这种方法反应速度慢，电网线一般距离铁路较近，报警后被保护对象往往来不及作出响应。另外，对于滑坡落石等在防护网上的积累情况无法通过监测信息上传。电网被压断后，需要重新更换维护，会增加工程量；第二，电网监测属于接触式监测方案，需要在监测坡体上安装现场监测设备，当发生山体滑坡后，监测装置易损坏，而近期还有可能出现新的滑坡事件，需要继续对目标山体进行监测，即电网监测不具备重复使用性。另外，金属网自身也存在一定的安全隐患，有一定的使用寿命，一旦损坏可能会对铁路行车安全造成危害。第三，无法上报滑坡过程中的一些实时参量，对落石、泥土等进行实时的定位跟踪，也无法判断滑坡的面积。还有一些试验点利用光纤光栅检测技术实现监测点的实时监测，该技术根据应力发生变化时，光纤光栅反射光的峰值波长漂移的原理，通过对波长漂移量的度量就可以实现对应力的感测。光纤光栅检测技术受地形、成本限制，应用具有一定的局限性。大面积滑坡容易造成光纤损坏，不易维护，且施工初期工程量较大。总之，接触式监测方案在造成侵限时才能上报告警，无法监测侵限过程中的一些实时参量，无法做到事前预警。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种用于山体滑坡监测的雷达装置，以提高监测精度，满足使用的可靠性，实现对目标物进行动态监测，使其具有报警响应速度更快、上报更及时，并可以遥控测量等功能。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为
一种用于山体滑坡监测的雷达装置，包括现场控制器、监测雷达、电源、旋转支架和信号电缆/光纤；其中
监测雷达固定在旋转支架上，用于监测现场滑坡导致的异物侵限情况，将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器；电源为监测雷达供电；
现场控制器与监测雷达之间采用信号电缆/光纤电连接，对监测雷达天线的发射与接收功能进行设置以及对天线的编组形式进行控制，并对监测雷达传送来的信息进行综合分析处理，提供侵限报警并上传至监测点附近基站监控中心。所述的监测雷达包括两幅天线，编组成一发一收或一发两收两种形式。所述的现场控制器嵌入在监测雷达内部或作为独立模块单独设置。所述的旋转支架为三维旋转支架，包括手动云台和底座支架，可以调节雷达相对于山体及铁轨的照射角度。还包括与监测雷达相配合使用的角反射 器，所述的角反射器设置在山坡上。所述的现场控制器为装有滑坡监测报警分析软件的现场控制器。有益效果本发明的用于山体滑坡监测的雷达装置，具有的突出优点包括
(I)监测滑坡事件可靠性提高，满足铁路行业的高可靠性要求。本发明主要应用于铁路沿线的山体、隧道口上方等较易发生滑坡的监测点处，利用天线的不同编组形式以及差分干涉技术使监测更加精确，对监测范围内的滑坡、落石等事件进行实时状态监测并报警。(2)能够对目标物进行动态监测。对监测范围内的落石、滑坡等的运动方向、运动速度进行实时动态监测。另外，通过对整个目标进行分解并解析各分单元的位移信息，得到整个目标的位移量。(3)提高了远程监测精度，监测更加灵活。雷达装置安装灵活，不受各种地形影响，尤其是一些施工人员很难到达的地区，监测现场无须靠近或进入监测区域。监测距离远，最远监测距离可达500m ;范围广，雷达波束覆盖范围50mX60m (长X宽)；精度高，直径0. 5m以上的落石、滑落泥土等物体都可以监测到，并且，可以根据反射强度估计滑坡面积或落石的大小。雷达可确保24小时不间断监测，保证连续的数据采集，可以提前报警。(4)报警响应速度更快、上报更及时。一旦发现有山体滑坡或落石运动等异常情况及时告警，报警反应时间达到毫秒级，有提前报警功能。(5)具备对现场装置进行查询设置的功能。可遥控测量，无需操作人员在现场守候，有异物侵限发生时，装置会自动上报告警信息至监控中心，并发出声光报警提示。可以启动图像监控装置，对现场进行实时图像辅助监控，保证报警信息可靠。另外，可以通过远程查询和控制功能，实现对现场装置的信息查询和参数设置。此外，该监测方式属于非接触式监测，一般安装在易发生异物侵限的铁路沿线路段，连接线缆铺设简单，工程安装维护方便。尤其减少了派遣人员进入已发生滑坡灾害区域进行安装调试的工作量，有别于接触式监测中报警受落物重量影响的监测方法。发生异物侵限后，雷达监测装置不易损坏，可以重复使用，降低维护成本。装置内部为模块化结构、夕卜观结构简洁美观，生产制造标准化，操作使用方便。绿色环保、对环境等不会造成任何影响。
图I是用于山体滑坡监测的雷达装置的设计原理 图2是监测雷达天线设计示意 图3是监测雷达发射接收信号示意 图4是装置采集一次数据的软件分析过程示意图；图5是软件进行逐块比较分析的详细流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释。如图I和图2所示，用于山体滑坡监测的雷达装置，包括现场控制器、监测雷达、电源、旋转支架和信号电缆/光纤，监测雷达固定在旋转支架上，并由电源为其供电，与现场控制器通过信号电缆光纤连接。监测雷达用于监测现场滑坡导致的异物侵限情况，将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器，现场控制器用于对监测雷达天线的发射与接收 功能进行设置以及对天线的编组形式进行控制，对监测雷达传送来的信息进行综合分析处理，提供侵限报警并上传至监测点附近基站监控中心。监测雷达包括两幅天线，编组成一发一收或一发两收两种形式。现场控制器嵌入在监测雷达内部或作为独立模块单独设置。旋转支架为三维旋转支架，包括手动云台和底座支架，可以调节雷达相对于山体及铁轨的照射角度。在监测雷达上留信号电缆接口，与上一级监控单元连接，实现数据信息的实时上传，电源提供五路不同的电压输出，通过10芯航空插头接口与雷达电源接口连接，保证其正常工作。该装置，优选在现场控制器装有滑坡监测报警分析软件，优选在山坡上安装角反射器，可以增强反射强度，测试结果会更加精确。本发明的用于山体滑坡监测的雷达装置，通过雷达测速测距实现目标物位移等信息的精确监测和上报。利用干涉测量技术来保证对目标物位移变化情况的精确测量，该技术主要是通过估计不同时间回波信号的相位差来实现对目标的探测。如图3所示，雷达装置发射雷达波后，经过雷达的第一次发射和接收雷达波，确定了目标物该时刻所在的位置和相位信息；再经过一次发射和接收雷达波，确定移动目标物体第二时刻的位置和相位信息，通过其相位差确定精确的位移变化。山体滑坡监测通常需要对多个目标进行监测，借助步进频率连续波技术可以实现对不同目标的移动情况进行监测。在扫描时间内发射出一组电磁波，电磁波由N个频率递增的脉冲串组成，保证电磁波的长距离传输。步进频率连续波技术还为雷达提供了很高的距离向分辨率。在雷达的监测区域内，将沿径向每一固定距离分割成一个单元，两个目标之间的相对距离大于或等于这一距离时，系统就可以区分并独立的的探测出两个目标。天线编组成一发一收形式时，雷达仅具有一维探测能力，就是说当目标与雷达之间距离不同时，雷达可以区分出不同的目标。当多个目标与雷达距离相同时，系统测量可能会产生误差，在这种需要雷达区分多个目标的情况下，考虑使用一发双收天线编组形式，实现多目标的二维监测。滑坡监测还需要准确地知道目标的运动速度，利用多普勒效应所产生的频率偏移，可以达到准确测速的目的。如果在山坡上设置角反射器，可以增强反射强度，测试结果会更加精确。可以采用常用的软件编辑语言来完成滑坡监测报警分析软件的开发和完成，但其应该主要完成三项工作第一，现场监测环境背景的先期生成以及周期性的更新，确保监测数据与环境背景在时间上的一致性；第二，自动对比当前雷达监测到的数据信息和前期状态的差别，分析得出移动变化平面趋势图；第三，结合监测到的距离、速度及滑坡面积大小等数据信息，分析预测侵限发生将要影响的地域范围和时间段、侵限等级，以供上一级监控中心参考。图4为装置采集一次数据的软件分析过程，在收集监测区域背景信息的前提下，先将所监测区域均匀分为几块，按照一定的次序逐块比较位移信息，比较结束后汇总整个区域的位移信息，若发生位移，则将告警信息上报。图5为软件进行逐块比较分析的详细流程图，先将所监测区域按照要求划分为几个小块区域，再依次逐块比较目标是否有位移。比较每一块与先前采集的背景数据是否相同，若不同，则记录一次并上报有位移发生；若相同，则继续比较下一块。具体在比较的同时会判断是否比较完毕，若没有，会继续比较下一块直至比较结束，最后汇总统计信息后上报。软件还可以将雷达得到的位移图通过不同的颜色直接投影到所监测滑坡山体的背景图上。该项功能能够很好的将山体的位移信息和山体的位置相结合，更加直观地显示大位移量区域的位置，便于对各种危险区域做出灾害预报，极大的减少或避免灾害对人民生命财产造成的损失。在数据的采集过程中，软件会实时的显示整个区域的位移信息。任意点击一块区域单元，该单元的位移信息就可以很直观的显示出来。操作人员还可以远程 对设备进行控制，无需总守在设备旁进行管理，更加有利于保证长时间的监测。处理软件分析数据中的位移信息，并将每一个单元的信息进行整合，生成文本格式的位移信息。本发明的用于山体滑坡监测的雷达装置，是一个基于差分干涉技术的高级远程监控装置，配备有两幅天线，根据实际需要可以编组成一发一收、一发双收等形式，对接收到的回波信号进行差分干涉，可对易发生微小位移变化的物体进行精确的监测，得到被测物每部分的位移变化量，分析所监测目标物的位移变化情况。该装置应用在易出现滑坡、泥石流等地区，能够监测到直径0. 5m的石块等落物和Im2面积的物体Icm的位移，可以对目标物提供连续、全面的监测。本发明主要用于对所监测物体的动态运动做二维位移监测。通过不同的颜色表示不同的位移量，并通过软件处理实时的显示整个区域的位移信息。操作人员还可以远程对设备进行控制，保证设备的正常监测。另外，可以实现对监测范围内的落石等的运动方向、运动速度进行实时监测。根据监测的实时数据，结合山体的地形信息及山体与铁轨之间的距离等信息，分析发生滑坡并侵限的可能性，并可以提前报警。本发明的用于山体滑坡监测的雷达装置，具有的突出优点是高的监测精度及强的可靠性。利用天线的不同编组形式以及差分干涉技术使监测更加精确。对监测范围内的落石等的运动方向、运动速度进行实时监测，结合山体的地形信息及山体与铁轨之间的距离等信息，分析发生滑坡并侵限的可能性，并可以提前报警。还可以根据反射强度估计滑坡面积或落石的大小。具有探测范围广、反应速度快等特点，可以保证铁路行车安全。雷达监测不受白天、黑夜以及雾、云和雨的影响，并有一定的穿透能力，监测具有全天候、全天时的特点。监测方式属于非接触式监测，一般安装在易发生异物侵限的铁路沿线路段，连接线缆铺设简单，工程安装维护方便。尤其减少了派遣人员进入已发生滑坡灾害区域进行安装调试的工作量，有别于接触式监测中报警受落物重量影响的监测方法。发生异物侵限后，雷达监测装置不易损坏，可以重复使用，降低维护成本。工艺设计合理、内部为模块化结构、外观结构简洁美观，生产制造标准化，操作使用方便。绿色环保、对环境等不会造成任何影响。
权利要求
1.一种用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于包括现场控制器、监测雷达、电源、旋转支架和信号电缆/光纤；其中 监测雷达固定在旋转支架上，用于监测现场滑坡导致的异物侵限情况，将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器； 电源为监测雷达供电； 现场控制器与监测雷达之间采用信号电缆/光纤电连接，对监测雷达天线的发射与接收功能进行设置以及对天线的编组形式进行控制，并对监测雷达传送来的信息进行综合分析处理，提供侵限报警并上传至监测点附近基站监控中心。
2.根据权利要求I所述的用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于所述的监测雷达包括两幅天线，编组成一发一收或一发两收两种形式。
3.根据权利要求I或2所述的用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于所述的现场控制器嵌入在监测雷达内部或作为独立模块单独设置。
4.根据权利要求I或2所述的用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于所述的旋转支架为三维旋转支架，包括手动云台和底座支架。
5.根据权利要求I或2所述的用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于还包括与监测雷达相配合使用的角反射器，所述的角反射器设置在山坡上。
6.根据权利要求I或2所述的用于山体滑坡监测的雷达装置，其特征在于所述的现场控制器为装有滑坡监测报警分析软件的现场控制器。
全文摘要
本发明公开了一种用于山体滑坡监测的雷达装置，包括现场控制器、监测雷达、电源、旋转支架和信号电缆/光纤；所述的监测雷达固定在旋转支架上；所述的电源为监测雷达供电；所述的监测雷达与现场控制器之间通过信号电缆光纤连接，对雷达设备进行控制；所述的监测雷达用于监测现场滑坡导致的异物侵限情况，将含有速度和距离信息的数据传送到现场控制器；所述的现场控制器用于对监测雷达天线的发射与接收功能进行设置以及对天线的编组形式进行控制，对监测雷达传送来的信息进行综合分析处理，提供侵限报警并上传至监测点附近基站监控中心。该雷达装置具有的优点包括监测滑坡事件可靠性提高，满足铁路行业的高可靠性要求。能够对目标物进行动态监测。提高了远程监测精度，监测更加灵活。报警响应速度更快、上报更及时。具备对现场装置进行查询设置的功能。
文档编号G01S13/88GK102680971SQ20121015977
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者何潞, 蔡虎 申请人:南京泰通科技有限公司