非接触式边坡崩滑地质灾害远距智能监测预警系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及边坡地质灾害监控预警领域，尤其涉及一种边坡变形远距监测预警系统。

背景技术：

近年来，随着我国的经济高速发展，全国范围内越来越多的基本建设逐渐从市集转向郊外，从城市转向农村山区。很多基建项目为了考虑占地、成本、效率及适用性等因素，其建造的工程地质条件较差，尤其是道路交通工程建设或者山地工业与民用建筑工程建造过程中往往会出现高切坡，甚至部分工程项目直接建造在潜在巨型滑坡地带，安全隐患极大。这些边坡若产生崩塌、滑坡等地质灾害将会给人民的生命和财产安全带来严重威胁，同时还会导致国民经济受到重大损失。

滑坡是斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现象。其灾变机理表现为某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度而呈现整体滑移失稳；产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，土壤结构疏松，易积水，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。崩塌是指陡峻山坡上岩块、土体在重力作用下，发生突然的急剧的倾落运动，多发生在大于60°～70°的斜坡上。近年来，受全球极端气候影响，边坡地质灾害也越来越多，各地对地质灾害的预警及防治问题的重视程度也逐步提高。

针对上述需求，国内外学者针对边坡地质灾害预警预报问题提出了多种手段和方法，一般表现为对坡体内部应力应变情况或坡体位移的监控量测，并根据其变化情况开展实时预警预报。就坡体位移监测而言，传统的边坡位移监测方式有两种：一种为深孔位移监测，主要采用深孔测斜仪监测地下岩土体的水平位移量；另一种为地表位移监测，主要是测定几个坡面固定点随时间的位移变化情况，从而达到监测的目的。根据监测手段的自动化程度，对边坡岩土体变形的监测又可分为有人值守的现场监测和无人值守的自动化监测两种：现场监测一般是通过人工巡视和测量记录坡体各点位的位移变化情况，但这种方式人、财力消耗较大且监测效果不明显，在人类活动较少的地方不适用；自动化监测是当下最提倡的监测方法，它又分为本地监测和远距监测两种，他们的本质区别在于对测量数据采取本地处理还是远距传输处理，显然后者适用范围更加广泛。

当前，远距监测预警系统在采集数据过程中主要依赖数码相机或激光测距仪，如吴立新、王植、刘纯波发明了滑坡体位移和姿态远距离快速监测报警装置和方法，其使用数码相机拍摄远距离滑坡体目标影像，并通过＂基于图像局部组合特征向量集＂的特征匹配的方法，对不同时间拍摄的滑坡体目标影像进行特征匹配和目标识别，再利用手持式激光测距仪获得相对距离信息。这种方法对数码相机的要求极高，并且数码相机在户外恶劣条件下易发生不可控现象，且成本偏高。同时，通过摄像机对观测体进行拍摄匹配特征，距离因素影响较大，微小特征难以识别，观测体的植被树木易对这种观测方法的结果产生较大偏差，且植被树木受季节性影响较大，故该方法在野外监测的准确度有待考察；赵宇、崔鹏、段晓康发明了一种智能型地质灾害综合监测系统及多级预报分析方法，主要是对深部变形进行监测，其表层的监测主要是采用多个定点激光测距仪，对选定物体进行测距，缺点是测点少、耗材较多，在实际安装过程中也存在繁琐等问题。

基于上述判断，在边坡地质灾害领域亟需开发一套非接触式边坡崩滑地质灾害远距智能监测预警系统，使其根据坡形断面变化情况直观的研判坡体所处的稳定状态，划定预警级别，同时将其研判结果即时发送至地灾防治管理部门，并在现场发出预警信息，从而实现监测预警多方动态响应的目的。

技术实现要素：

发明内容概述

为了克服现有监测系统边坡定点监测直观性差，数据量不充分等缺憾,本发明提供一种非接触式边坡崩滑地质灾害远距智能监测预警系统，该系统不仅能测出坡体定点的位移及变形情况，而且能够通过自动巡航扫描向数据处理终端传输连续性点云数据，进而由数据处理平台转换为多时序对比显示的坡体姿态变化图，最终即可通过手机等便携式终端和现场警示装置实现同步预警。

拟解决的技术问题与采取的技术方案

拟解决的技术问题包括：（1）坡体危险断面线状点云数据的采集与传输；（2）坡体姿态多时序点云数据的处理、终端显示及现场警示；（3）监测系统的稳定供电。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

（1）本发明由五部分构成，分别为线状点云数据采集及远距传输子系统、数据处理平台子系统、便携式终端显示及预警子系统、现场警示装置子系统与供电设备子系统。其中，除便携式终端显示及预警子系统和数据处理平台子系统外，其它组成部分架设在边坡附近的稳定性强的电线杆、建筑物或者特设的杆状装置上，一般距离所监测的斜坡不超过100m，从而保证点云数据的采集精度。

（2）线状点云数据采集及远距传输子系统由高精度激光测距仪和可180度竖向转动的云台构成，上述两个仪器均连接无线数传模块，并同步发送遥测距离数据和云台转角数据，从而实现现场线状点云数据的采集与传送工作。

（3）数据处理平台子系统通过配对的无线数传模块接收远距监测子系统采集的遥测距离数据和云台转角数据，并通过程序自动处理并转化为坡型断面姿态图，且能够通过互联网向便携式终端及预警子系统即时推送多时序坡型变化对比图，并能够根据事先设定的报警阈值显示坡体稳定状态及预警级别，同时将上述稳定状态通过无线数传模块即时传输至现场预警装置子系统。

（4）便携式终端显示及预警子系统为专门开发的图显程序，专门安装在手机等便携式装备上，除显示多时序坡型姿态对比图外，还能根据稳定状态通过声音传达预警信息。

（5）现场警示装置子系统由无线指令接收器和高音喇叭组成，其中无线指令接收器集成多色灯管，获取数据处理子平台传输抵达的指令后，按照滑坡预警级别显示不同色彩，高音喇叭与代表最高级别色泽（如红色）的灯管并联，当接收到逼近失稳临界阈值指令后自动通过声音报警。

（6）供电设备子系统，根据现场电力设施和气候条件不同，优先选用风力发电机，再次选用太阳能电池板或直接连通民用供电网；选用风力发电机或太阳能电池板供电时需配备蓄电池，且保证蓄电池蓄电量不低于持续供电24小时；为保障点云数据及远距传输子系统数据采集精度，供电系统需集成电压稳压器。

发明的有益效果

本发明的有益效果主要表现在如下四个方面：

（1）可180度自动巡航的云台搭载高精度激光测距仪可实现坡体既定断面线状点云数据的获取，解决了常规监测预警系统数据量少，精度低的缺点；

（2）数据处理平台向手持便携式终端传送坡型姿态断面图，并显示多时序坡型姿态断面比对图及其稳定状态和预警级别数据，相对于传统监测手段更加直观。

（3）现场预警子系统集成多色彩灯管，并按数据处理平台传送的预警级别分级显示预警信息，有效提高了避险可靠度。最高级别预警灯管与喇叭并联，实现了高等级预警声光同步警示作业。

（4）供电子系统优先选用风力发电设备，可在阴雨点实现不间断供电，更能保证预警系统的长期工作效能；集成稳压装置后可保障现场监测仪器的测量精度。

附图说明

图1是地质灾害远距智能监测预警的现场装置的原理结构图；

图2是非接触式边坡崩滑地质灾害远距智能监测预警系统监测和预报分析方法框图；

图中1.激光测距仪；2.自动巡航云台；3.无线数传系统装置；4.太阳能发电板；5.风力发电机；6.超高清远距昼夜激光监控摄像机；7.报警器；8.支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

在图1中，高精度激光测距仪（1）安置在可180度竖向转动的云台（2）上，对边坡进行24小时不间断巡航扫描，并通过与其连接的无线数传模块（3）同步发送遥测距离数据和云台转角数据至远程数据处理平台，数据处理平台系统通过配对的无线数传模块接收采集的遥测距离数据和云台转角数据，并通过程序自动处理并转化为坡型断面姿态图，同时通过互联网向便携式终端及预警子系统即时推送多时序坡型变化对比图，并根据事先设定的报警阈值显示坡体稳定状态及预警级别，同时将上述稳定状态通过无线数传模块即时传输至现场预警装置子系统的声光报警器（7），以实现现成报警的目的。在监测地现场的各个监测系统模块的电力供应均由供电设备子系统调度，供电子系统会根据现场电力设施和气候条件不同，优先选用风力发电机（5），其次选用太阳能电池板（4）或直接连通民用供电网；选用风力发电机（5）或太阳能电池板（4）供电时该供电系统会配备蓄电池，且保证蓄电池蓄电量不低于持续供电24小时；为保障点云数据及远距传输子系统数据采集精度，供电系统内安装集成电压稳压器。当预警级别达到最高级别时，不仅声光报警器（7）会同时启动声光报警，相关工作人员还可以通过调用监测地现场监测装置上安装的高清远距昼夜激光监控摄像机（6）监控实时画面，实时观测现场的变化情况，确认实时灾变状况。