技术领域本发明属于地质灾害防治领域，具体涉及一种智能化危岩崩塌落石灾害监测系统及方法。
背景技术：
我国是山地大国，山地丘陵占国土总面积2/3以上，随着我国高等级公路和铁路的快速修建和山区城镇建设的高速发展，山体高切坡数量日益增多且高度越来越大、坡度越来越陡，地质安全问题也日益凸显。公路、铁路沿线山区极易发生崩塌落石灾害，而这种灾害的发生具有突发性，既无规律可循，也难以预测。所以一旦发生边坡危岩崩塌落石就可能造成巨大的危害。针对危岩的崩塌落石地质灾害，现有危岩崩塌落石地质灾害的监测技术主要有分为两种，一种是在边坡安置各种不同类型的传感器，对边坡的稳定性进行监测；另一种是在铁路、公路沿线的山区边坡地带设置能够拦截落石的被动柔性防护网，并在防护网上安装相应的传感器，以实现对山坡滚石的实时监测和滚石灾害的有效预警，从而降低滚石侵限对铁路、公路运输造成的生命和财产损失。基于上述两种方法，具体来讲有三种具体做法，但是都有其难以克服的技术问题：在边坡安装拉力传感器，通过监测裂缝的变化情况来预测危岩何时发生崩塌滚落。这种做法虽能做到有效预警，但是施工环境差，不安全因素居多，在施工过程中，由于施工技术的影响，都会在一定程度上破坏原有边坡的稳定性。在柔性防护网的立柱上安装倾斜传感器，各传感器通过导线连接组成串联闭合电路，通过监测柔性防护网的偏移量或者立柱的倾斜角度来判定是否发生危岩滚落或者泥石流等地质灾害，当受到大型滚落地质灾害时，闭合电路断开，报警机制开始工作，发出预警。这种方法虽然具有自动监测，自动报警，不依赖第三方提供服务，成本低，易于推广，具有一定的经济效益的优点。但是这种监测方法容易受外界因素的影响，风和人为因素都有可能使柔性防护网发生偏移，闭合电路断开工作，很容易发生误判，监测可靠度低。而且，小型的危岩崩塌滚落并不能使立柱发生倾斜，报警机制就不会发出预警，检测精度较低。此外，当预警发出后，需要人为去解除报警，使得监测数据不具有连续性，不能做到实时监测。况且，监测报警系统复杂，需要大量布设线路，在地势复杂区域布设线路施工难度很大。这种监测技术采用的电源供电系统是化学电池，为保证监测系统不因电池没电而影响其正常工作，需要不定时更换电池，现场需要留守人员，需要大量的人力。利用光纤传感器的特点将光纤光栅拉力传感器与防护网锚索串接，或者将光纤光栅振动传感器固定在锚拉索中间位置，或者将光纤光栅弯曲传感器与防护网上支撑绳绑定，通过监测防护网上绳的受力情况判定地质灾害的发生。光纤光栅传感器监测技术虽然具有不受电磁场和电磁辐射的影响，其监测材料质量轻，体积小，光纤通讯不带电，使用安全，使用环境温度范围宽，耐化学腐蚀，使用寿命长的优点。但是光纤光栅监测技术在应用时也具有一定的不足，表现在以下方面：(1)光纤光栅是以光栅的波长作为传感媒介，通过波长漂移来感知外界物理参量的变化，光纤光栅直接反应应变和温度耦合的变化，需要进行温度补偿，监测灵敏度和分辨率不高，信号监测可靠度低。(2)基于光纤光栅的反射原理，使其监测数据不具有连续性，不能做到实时监控。(3)光纤光栅传感器的信号解调系统复杂，价格昂贵。(4)光纤光栅传感器一般安装在防护网两侧的拉杆上或者上支撑绳上，对于小的滚石灾害，经拦石网的拦截作用，力并不能传递到上支撑绳和拉锚上，安置在拉锚上和上支撑绳上的传感器根本监测不到有落石滚落。(5)通过分析光纤光栅传感器监测的数据只能判定有异物侵限，不能准确判定是动物还是落石，容易发生误判。(6)光纤属于玻璃制品，受拉性能低，在受很小的拉力时，就会发生断裂。基于光纤光栅传感器监测技术的上述缺点，光纤光栅传感监测技术并没有大范围的普及和推广，目前广大山区采取的还是传统的监测技术。当落石体积过大或是速度过快时，都存在有落石冲破防护网的可能性，这就需要对拦石网进行检测维修，传统的监测技术并不能判定何处拦石网发生损坏，只能有人工对拦石网进行检测维修。拦石网一般布置在公路，铁路两旁的半山区上，地势崎岖不平，车辆无法行驶。当人工去检测维修时，只能徒步进行，检测维修费时费力。同时拦石网绵延几千米，需要每处都检查，没有针对性，在检查维修时，工程量大，需要大量的人力，增加了经济投入。
技术实现要素：
针对现有发生危岩崩塌滚落监测技术存在的监测数据可靠度低，不能做到实时全面监测和容易发生误判的缺陷，本发明的目的在于提供一种监测数据精确、可靠度高、误差率低且能够实现实时监控危岩崩塌危险的智能化危岩崩塌落石灾害监测系统及方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种智能化危岩崩塌落石灾害监测系统，包括落石拦截传感系统、信号传输系统和落石灾害信息处理中心；所述的落石拦截传感系统拦截崩塌的落石，并将落石信息通过信号传输系统传输到落石灾害信息处理中心，落石灾害信息处理中心将落石信息发布给公众；其特征在于：所述的落石拦截传感系统由n个子落石拦截传感系统组成，n是不为零的自然数；所述的子落石拦截传感系统包括拦石网装置和信号采集分析装置；所述的拦石网装置包括拦石网和支柱机构，所述的拦石网固定在所述支柱机构上，用以拦截落石；所述信号采集分析装置由依次连接的压电式三轴加速度传感器、前置放大电路、程控放大电路、低通滤波电路、单片机和无线发射器组成，用于将拦石网振动信息进行初步处理并传输到信号传输系统。所述的落石灾害信息处理中心由信息接收器、动态监测服务器、数据库服务器和警示信息发射器组成，所述信息接收器用于接收信号传输系统提供的拦石网振动信息并将其传输给所述动态监测服务器；所述数据库服务器用于收集并存储拦石网振动信息以形成数据库，并将数据库中的信息传输给所述动态监测服务器；所述动态监测服务器用于将接收到的拦石网振动信息与数据库中的拦石网振动信息进行振源识别以决定是否发出警示信息指令；所述的警示信息发射器用于在接收到警示信息指令时发出警示信息。进一步，所述的支柱机构由两个固定在地面的基座和分别固定在两个基座上的支柱组成；所述拦石网的左右两侧分别固定在两个所述支柱上，以使拦石网展开。进一步，所述的支柱还与至少一个锚拉链接机构相连接，所述的锚拉链接机构包括锚拉基座、锚拉杆、锚拉绳，所述锚拉基座固定在地面上；所述的锚拉杆的一端固定在所述锚拉基座上，另一端与所述锚拉绳的一端连接；所述锚拉绳的另一端固定在所述支柱上，以增强所述拦石网装置的稳定性。进一步，所述的拦石网的上、下侧还分别穿有支撑绳，所述支撑绳的两端分别固定在位于所述拦石网左、右两侧的所述支柱上，用以将所述拦石网的上、下侧拉直；所述的支撑绳、锚拉绳上还设置有减压环。进一步，所述的拦石网上还固定有铁丝格栅。进一步，所述的支柱机构的顶部还设有若干个自然电力装置，所述的自然电力装置包括依次连接的太阳能电池板、充电管理电板、用于储存电能的锂电池、放电保护电路和降压稳压模块组成，所述的降压稳压模块与信号采集分析装置连接，用以给所述信号采集分析装置提供电力。进一步，所述的放电保护电路和降压稳压模块之间还串联有切换开关，该切换开关还与太阳能电池连接，用于切换太阳能电池板或锂电池供电。进一步，所述的自然电力装置还包括风力发电机，该风力发电机与充电管理电板连接。进一步，所述的信号传输系统由m个设置在落石拦截传感系统和落石灾害信息处理中心之间的信号中继站组成，m是不为零的自然数；所述的信号中继站由支撑架和安装在支撑架顶部的GSM无线传输装置组成，用于将各个子落石拦截传感系统的拦石网振动信息传输到所述的落石灾害信息处理中心；不同的GSM无线传输装置之间通过无线GSM信号连接。一种基于上述智能化危岩崩塌落石灾害监测系统的实时监测方法，包括以下步骤：1）在公路、铁路和城镇附近的山体上设置n个子落石拦截传感系统组成的落石拦截传感系统，在地势平坦的开阔地设置落石灾害信息处理中心，在二者之间设置m个信号中继站组成信号传输系统，以形成智能化危岩崩塌落石灾害监测系统；n和m均是不为零的自然数；2）各子落石拦截传感系统的信号采集分析装置的压电式三轴加速度传感器将拦石网上振动信息转化为电信号，该电信号经前置放大电路和程控芯片放大、滤波器芯片滤波、单片机进行初步处理后，将该电信号及该子落石拦截传感系统所在的位置信息通过无线发射器发出；3）所述信号传输系统收接到的信号传输给所述落石灾害信息处理中心；4）所述所述落石灾害信息处理中心的信息接收器接收到子落石拦截传感系统的电信号及位置信息后，将其传输给动态监测服务器；动态监测服务器将接收到的子落石拦截传感系统的电信号及位置信息与数据库中的数据进行振源识别，以决定是否发出警示信息指令；当决定发出警示信息指令时，指令警示信息发射器通过电信运营机构平台或所述信号传输系统发出警示信息，以实现警示；5）重复步骤2）-4），以实现危岩崩塌落石灾害的智能化实时监测。与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：1、监测数据精确、可靠度高。本发明将信号采集分析装置固定在拦石网上，将拦石网上的振动信号经过初步处理后传输到落石灾害信息处理中心进行振源识别。通过上述处理可以清楚地知道冲击力对应的情况（动物或落石），数据准确，识别精度高。2、由于本发明监测的数据准确，识别精度高，可以极大地降低误报警的机率，提高了系统运行的可靠性。3、本发明可以同时对各个子落石拦截传感系统进行实时监测，能够精确地知道危岩地质灾害发生的时间和地点，发布的警示信息及时、针对性强，能大量地减少生命财产损失。4、本发明能够精确地获知各个子落石拦截传感系统受冲击的情况，便于开展有针对性的拦石网维修，节约了巡检的时间，缩短了检修时间，有利于降低维护的成本。5、本发明的子落石拦截传感系统配备了自然电力装置为信号采集分析装置供电，使各个信号采集分析装置可以独立工作，不必单独架设供电线路，既降低了施工成本、节约了建设工期，也提高了设备运行的稳定性。附图说明图1为本发明的子落石拦截传感系统结构示意图；图2为本发明的太阳能电力装置的供电原理图；图3为本发明的压电式三轴加速度传感器的工作原理图；图4为本发明的信号采集装置的连接方式示意图；图5为本发明的实施例工作示意图。附图中：1—太阳能电池板；2—拦石网；3—减压环；4—支柱；5—锚拉绳；6—信号采集分析装置；61—压电式三轴加速度传感器；62—前置放大电路；63—程控芯片；64—滤波器芯片；65—单片机；66—无线发射器；67—PCB板；7—GSM无线传输装置；8—落石灾害信息处理中心；9—落石。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。一、一种智能化危岩崩塌落石灾害监测系统，包括落石拦截传感系统、信号传输系统和落石灾害信息处理中心8；所述的落石拦截传感系统拦截崩塌的落石，并将落石信息通过信号传输系统传输到落石灾害信息处理中心8，落石灾害信息处理中心8将落石信息发布给公众；其特征在于：所述的落石拦截传感系统由n个子落石拦截传感系统组成，n是不为零的自然数；所述的子落石拦截传感系统包括拦石网装置和信号采集分析装置6；所述的拦石网装置包括拦石网2和支柱机构，所述的拦石网2固定在所述支柱机构上，用以拦截落石；所述信号采集分析装置6固定在所述的拦石网2上；所述信号采集分析装置6（如图4所示）由依次连接的压电式三轴加速度传感器61、前置放大电路62、程控放大电路63、低通滤波电路64、单片机65和无线发射器66组成，用于将拦石网振动信息进行初步处理并传输到信号传输系统。其中，前置放大电路62选择差分集成放大芯片，程控放大电路63选择集成程控芯片，低通滤波电路64选择可编程滤波器芯片。考虑到采集分析装置安装在拦石网上，要求装尽量轻巧，所以在设计时，选择差分集成放大芯片、集成程控芯片，可编程滤波器芯片，这些芯片电路质量轻，而且小巧。同时，差分集成放大芯片将传感器输出的电荷信号转换成了一个稳定、真实的电压信号，给后续的信号处理提供了一个良好的基础。集成程控芯片可以实现对增益的精确控制，使得输出的信号幅度保持较高的稳定性增益可调范围很宽。可编程滤波器芯片通过单片机编程对各种低频信号实现低通，高通滤波处理，滤波特性参数精度高，电路简单可以应用在信号频率及幅度在宽范围内变化的场所，操作方便，性能优良。将压电式三轴加速度传感器61与上述原件依次安装在PCB板67上或者通过导线依次连接来组成信号采集分析装置6。信号采集分析装置6可以放在箱子内，以防止降水等对设备的破坏。本发明的传感器选择压电式三轴加速度传感器61替代光纤光栅传感器，这样采集的拦石网2的振动特性会更加准确，压电式三轴加速度传感器61的工作原理是这样的（见图3）：敏感元器件会感受到检测信号（即振动），并将该信号传输给转换元件器，转换元件器将该信号转成电信号并传输给信号调节部分，信号调节部分用于调整信号并将调整后的信号发给差分集成放大芯片。转换元件器和信号调节部分之间还设置有辅助电路，用于给转换元件器和信号调节元件器提供电源，保证其正常工作。所述的落石灾害信息处理中心8由信息接收器、动态监测服务器、数据库服务器和警示信息发射器组成，所述信息接收器用于接收信号传输系统提供的拦石网振动信息并将其传输给所述动态监测服务器；所述数据库服务器用于收集并存储拦石网振动信息以形成数据库，并将数据库中的信息传输给所述动态监测服务器。其中，数据库中的信息包括了不同大小、距离撞击到所述拦石网上引动的振动信息、动物撞击引起的振动信息以及风力所引起的振动信息等数据。所述动态监测服务器用于将接收到的拦石网振动信息与数据库中的拦石网振动信息进行振源识别以决定是否发出警示信息指令；所述的警示信息发射器用于在接收到警示信息指令时发出警示信息。作为优化，如图1所示，所述的支柱机构由两个固定在地面的基座和分别固定在两个基座上的支柱4组成；所述拦石网2的左右两侧分别固定在两个所述支柱4上，以使拦石网2展开。这种支柱机构结构最简单，基座和支柱4可以加工成预制件，能够实现快速建设。拦石网2可以采用柔性网，柔性网的张力较大，耐用性强。作为优化，如图1所示，为了使支柱机构更稳定，所述的支柱4还与至少一个锚拉链接机构相连接，所述的锚拉链接机构包括锚拉基座、锚拉杆、锚拉绳5，所述锚拉基座固定在地面上；所述的锚拉杆的一端固定在所述锚拉基座上，另一端与所述锚拉绳5的一端连接；所述锚拉绳5的另一端固定在所述支柱4上，以增强所述拦石网装置的稳定性。作为优化，为了使拦石网2充分展开，减少重力作用使其向下聚积，所述的拦石网2的上、下侧还分别穿有支撑绳，所述支撑绳的两端分别固定在位于所述拦石网2左、右两侧的所述支柱4上，用以将所述拦石网2的上、下侧拉直。所述的支撑绳、锚拉绳5上还设置有减压环3，用来环节绳子上的拉力，延长使用寿命。作为优化，为了使拦石网2能够拦截小块的落石伤人，所述的拦石网2上还固定有铁丝格栅。作为优化，所述的支柱机构的顶部还设有若干个自然电力装置，所述的自然电力装置（如图2所示）包括依次连接的太阳能电池板1、充电管理电板、用于储存电能的锂电池、放电保护电路和降压稳压模块组成，所述的降压稳压模块与信号采集分析装置6连接，用以给信号采集分析装置提供电力。这样可以给信号采集分析装置6独立供电，不必单独架设供电线路，既降低了施工成本、节约了建设工期，也提高了设备运行的稳定性。作为优化，为了调节电能的运用方式，所述的放电保护电路和降压稳压模块之间还串联有切换开关，该切换开关还与太阳能电池连接，用于切换太阳能电池板1或锂电池供电。这有利于在锂电池充满且日照充足时充分地利用能源。作为优化，所述的自然电力装置还包括风力发电机，该风力发电机与充电管理电板连接。这是为了充分利用自然资源，弥补日照不足时的电力需求。作为优化，所述的信号传输系统由m个设置在落石拦截传感系统和落石灾害信息处理中心8之间的信号中继站组成，m是不为零的自然数；所述的信号中继站由支撑架和安装在支撑架顶部的GSM无线传输装置组成，用于将各个子落石拦截传感系统的拦石网振动信息传输到所述的落石灾害信息处理中心8。当子落石拦截传感系统离落石灾害信息处理中心8距离较远时，需要通过多个GSM无线传输装置传输信息，不同的GSM无线传输装置之间通过无线GSM信号连接。无线传输采用价格低廉、效果稳定的GSM无线传输装置，有利于提高传输的精度和及时性。二、一种基于上述的智能化危岩崩塌落石灾害监测系统的实时监测方法，包括以下步骤：1）在公路、铁路和城镇附近的山体上设置n个子落石拦截传感系统组成的落石拦截传感系统，在地势平坦的地方建设落石灾害信息处理中心8，在二者之间设置m个信号中继站组成信号传输系统，以形成智能化危岩崩塌落石灾害监测系统。其中的n和m均是不为零的自然数。2）各子落石拦截传感系统的信号采集分析装置6的压电式三轴加速度传感器61将拦石网2上振动信息转化为电信号，该电信号经前置放大电路62和程控芯片63放大、滤波器芯片64滤波、单片机65进行初步处理后，将该电信号及该子落石拦截传感系统所在的位置信息通过无线发射器66发出。初步处理的作用在于标记可能为微风等常见的振动，减少落石灾害信息处理中心8的数据运算量。3）所述信号传输系统收接到的信号传输给所述落石灾害信息处理中心8。4）所述落石灾害信息处理中心8的信息接收器接收到子落石拦截传感系统的电信号及位置信息后，将其传输给动态监测服务器；动态监测服务器将接收到的子落石拦截传感系统的电信号及位置信息与数据库中的数据进行振源识别，判断是落石引发的振动还是因动物撞击而引起的，再决定是否需要发出警示信息指令；当决定发出警示信息指令时，指令警示信息发射器通过电信运营机构平台或所述信号传输系统发出警示信息，以实现警示。5）重复步骤2）-4），以实现危岩崩塌落石灾害的智能化实时监测。本发明提供的监测系统和方法更智能化，测得的监测数据更可靠，能够做到实时监控，减少误判。根据处理后的信号数据，我们能够清楚的知道何时何地发生了危岩地质灾害，然后通过数据传输通知过往车辆来减少生命财产的损失。同时本发明还使有针对性的对拦石网2进行维修成为可能，降低了经济成本，可以广泛应用到实际工程中。三、实施例通过某地的实施例，结合图5，对本发明的技术方案做进一步的具体说明：首先构建上述的智能化危岩崩塌落石灾害监测系统。太阳能电池板1通过转换电路将太阳能转化为电能储存在为传感器提供电能的锂电池中。当山体上岩石处于失稳状态下时，就会发生岩石崩塌落石地质灾害。向下滚落的落石9会以一定的加速度碰击拦石网2，拦石网2通过弹塑性变形来抵抗落石9的冲击力（拦石网2是一种主动防御的形式）。当拦石网2发生振动时，安装在柔性防护网上的信号采集分析装置6就会采集拦石网2的振动特性，同时对采集的信号进行初步处理并传输到信号传输系统，信号传输系统的各个信号中继站的GSM无线传输装置将接受的信号发射至落石灾害信息处理中心8。检测中心的服务器对接受的信号进行一系列处理，将处理后的数据显示在屏幕上，通过所述动态监测服务器的分析对比，可以根据反应加速度的卓越周期来判定撞击在拦石网2上的物体是动物还是落石9，同时还可以根据数据获知发生落石9滚落的时间和地点，并根据冲击力的大小和拦石网2的强度判断拦石网2是否会损坏。然后发出警报，提醒来往车辆，减少生命财产损失，并可以实现对损坏的拦石网2进行有针对性的维护。本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。