一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置及泥石流监控系统

1.本发明涉及电能表的技术领域，尤其涉及一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置及泥石流监控系统。


背景技术：

2.泥石流是中国西南山区常见多发的一种地质灾害，具有发生突然、时间短、来势凶猛、破坏力强等特点，往往会冲毁位于石流沟口位置的居民区和基础设施。并且，泥石流在爆发后，仍可能再次爆发，因此对泥石流灾后的应急抢险工作造成影响。
3.相关技术中，对泥石流的预警可以采用多种方法，例如人工监测法、无人机图像监测法和震动信号监测法等。应急抢险救援是一项时间紧迫、危险性高的工作，然而，人工监测预警泥石流具有危险性高，费时费力等不足之处，利用无人机图像对泥石流进行监测预警，受大气可视度和无人机续航时间影响较大，难以支撑气象条件差、长时间的抢险救援。震动信号监测法具有精度高的优点，但对监测数据的后处理解析时间较长，不利于应急抢险工作的顺利开展。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置及泥石流监控系统，能够及时监测泥石流再次爆发的信号。
5.本发明还提出一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置的泥石流监控系统。
6.根据本发明第一方面实施例的一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置，包括：
7.压电陶瓷层；
8.监控模组，所述监控模组包括信号发射器，所述信号发射器设置于所述压电陶瓷层的内侧，所述信号发射器用于向外部的警报装置发射信号，以使警报装置能够提醒应急救援人员避让泥石流；
9.绝缘层，设置于所述压电陶瓷层的内侧，并包裹于所述监控模组的外侧；
10.电连接件，穿设于所述绝缘层，并设置于所述压电陶瓷层与所述信号发射器之间，其中，所述压电陶瓷层在受挤压时通过所述电连接件向所述信号发射器提供电荷，以使所述信号发射器能够向外部的警报装置发射信号。
11.根据本发明实施例的一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置，至少具有如下有益效果：实时监控装置在装配完成后，无人机将实时监控装置投置于泥石流。当泥石流再次爆发时，压电陶瓷层在泥石流的冲击下，压电陶瓷层产生电荷，产生的电荷通过电连接件传输至信号发射器内，信号发射器对外发射信号。外部的警报装置接受到信号发射器发射的信号，并通过亮灯或发出警报声音等方式，提醒应急救援人员避让泥石流。相比于人工监测、无人机监测与震动信号监测等方式，本技术方案具有监控方便、反馈速度快与适应环境较强的优势，并保证了应急救援人员能够在泥石流再次爆发时及时撤离泥石流区。
12.根据本发明的一些实施例，所述监控模组还包括定位器，所述定位器设置于所述压电陶瓷层的内侧，以能够获取所述实时监控装置的位置及运动速度。
13.根据本发明的一些实施例，所述实时监控装置还包括弹性保护壳，所述弹性保护壳限定有保护腔，所述压电陶瓷层设置于所述保护腔，并与所述保护腔的内壁贴合设置；其中，所述弹性保护壳能够受挤压作用于所述压电陶瓷层，以使所述压电陶瓷层能够通过所述电连接件向所述信号发射器提供电荷。
14.根据本发明的一些实施例，所述弹性保护壳包括第一壳体与第二壳体，所述第一壳体限定有第一槽部，所述第二壳体限定有第二槽部，所述第一槽部与所述第二槽部在所述第一壳体与所述第二壳体相装配时形成所述保护腔；其中，所述第一壳体与所述第二壳体可拆卸连接，以使所述压电陶瓷层的外部能够装配多种耐冲击力不同的弹性保护壳。
15.根据本发明的一些实施例，所述弹性保护壳呈球形体、立方体、长方体以及三棱锥形体中的一种。
16.根据本发明的一些实施例，所述实时监控装置还包括减震层，所述减震层包裹于所述监控模组的外侧，并设置于所述压电陶瓷层的内侧。
17.根据本发明第二方面实施例的泥石流监控系统，包括：
18.上述的实时监控装置，所述实时监控装置设置有多个，各个所述实时监控装置用于监控不同等级的泥石流；
19.控制系统，所述控制系统与各个所述实时监控装置以及所述信号发射器通讯连接；
20.警报装置，所述控制系统根据所述信号发射器发射的信息，控制所述警报装置提醒应急救援人员避让泥石流。
21.根据本发明的一些实施例，各个所述实时监控装置的外部设置有弹性保护壳，且各个所述弹性保护壳的耐冲击力不同。
22.根据本发明的一些实施例，各个所述实时监控装置的内部设置有定位器；所述控制系统与所述定位器通讯连接，用于监测所述实时监控装置的运动速度和位置，并根据所述实时监控装置的运动速度判断泥石流的危险等级；其中，所述警报装置与所述控制系统通讯连接，用于向应急救援人员发出泥石流危险等级的信号。
23.根据本发明的一些实施例，泥石流监控系统还包括投放装置，所述投放装置包括：
24.无人机；
25.承托装置，包括支架、承托件与驱动件，所述支架搭载于所述无人机，所述承托件滑动设置于所述支架，所述驱动件设置于所述支架，用于驱动所述承托件滑动；
26.网兜，悬挂于所述承托件，用于承托所述实时监控装置。
27.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
29.图1为本发明实施例的实时监控装置在工作状态结构示意图；
30.图2为本发明实施例的信号发射器的结构示意图；
31.图3为本发明实施例的警报装置的结构示意图；
32.图4为本发明实施例的第一保护壳的结构示意图；
33.图5为本发明实施例的第二保护壳的结构示意图；
34.图6为本发明实施例的第三保护壳的结构示意图；
35.图7为本发明实施例的第四保护壳的结构示意图；
36.图8为本发明实施例的投放装置的部分结构示意图。
37.附图标记：
38.100、实时监控装置；110、监控模组；111、信号发射器；112、定位器；120、压电陶瓷层；130、电连接件；140、弹性保护壳；141、第一保护壳；142、第二保护壳；143、第三保护壳；144、第四保护壳；145、第一壳体；146、第二壳体；150、减震层；160、绝缘层；200、警报装置；300、投放装置；310、无人机；320、承托装置；321、支架；322、承托件；323、驱动件；330、网兜。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
42.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
43.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.根据本发明第一方面公开了一种泥石流灾后抢险救援的实时监控装置100，参照图1至图3，包括压电陶瓷层120、监控模组110、绝缘层160与电连接件130，监控模组110包括信号发射器111，信号发射器111设置于压电陶瓷层120的内侧，信号发射器111用于向外部的警报装置200发射信号，以使警报装置200能够提醒应急救援人员避让泥石流；绝缘层160设置于压电陶瓷层120的内侧，并包裹于监控模组110的外侧；电连接件130穿设于绝缘层160，并设置于压电陶瓷层120与信号发射器111之间，其中，压电陶瓷层120在受挤压时通过电连接件130向信号发射器111提供电荷，以使信号发射器111能够向外部的警报装置200发
射信号。
45.具体的，实时监控装置100在装配完成后，无人机310将实时监控装置100投置于泥石流。当泥石流再次爆发时，压电陶瓷层120在泥石流的冲击下，压电陶瓷层120产生电荷，产生的电荷通过电连接件130传输至信号发射器111内，信号发射器111对外发射信号。外部的警报装置200接受到信号发射器111发射的信号，并通过亮灯或发出警报声音等方式，提醒应急救援人员避让泥石流。相比于人工监测、无人机310监测与震动信号监测等方式，本技术方案具有监控方便、反馈速度快与适应环境较强的优势，并保证了应急救援人员能够在泥石流再次爆发时及时撤离泥石流区。
46.此外，压电陶瓷层120内置有绝缘层160，电连接件130将压电陶瓷层120产生的电流传输到信号发射器111内，如此能够有效地防止压电陶瓷层120产生的电流散失，保证了信号发射器111向外发射信号。
47.其中，电连接件130为传导铜棒，传导铜棒具有较好的导电性能，并且具有强度高、不易发生变形等优势。绝缘层160可选用工程塑料、玻璃纤维、环氧树脂等实现震动监测器具有不同的密度。
48.在一些实施例中，监控模组110还包括定位器112，定位器112设置于压电陶瓷层120的内侧，其中，定位器112可自带蓄电池，可为定位器112提供电荷，或压电陶瓷层120在挤压时通过电连接件130为定位器112提供电荷。通过定位器112的设置，外部的控制系统能够通过定位器112获取实时监控装置100的运动速度，根据实时监控装置100运动速度的变化，可以判断泥石流风险等级。警报装置200与控制系统通讯连接，警报装置200根据风险等级向应急救援人员发出避让泥石流的警报，可以采用警报声，也可以采用警报灯。具体的，当实时监控装置100的运动速度在v1至v2之间，泥石流的危险等级为一级，此时为一般风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出一级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v2至v3之间，泥石流的危险等级为二级，此时为较大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出二级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v3至v4之间，泥石流的危险等级为三级，此时为重大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出三级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v4至v5之间，泥石流的危险等级为四级，此时为特大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出四级危险信号，其中，v1《v2《v3《v4。
49.警报装置200包括一级警报灯、二级警报灯、三级警报灯与四级警报灯，一级信号灯为蓝色信号灯，二级信号灯为黄色信号灯，三级信号灯为橙色信号灯，四级信号灯为红色信号灯。其中，当泥石流的危险等级为一级时，一级警报灯出蓝色灯光，提醒应急救援人员再次爆发一般风险的泥石流；当泥石流的危险等级为二级时，二级警报灯发出黄色灯光，提醒应急救援人员再次爆发较大风险的泥石流；当泥石流的危险等级为三级时，三级警报灯出发出橙色灯光，提醒应急救援人员再次爆发重大风险的泥石流；当泥石流的危险等级为四级时，四级警报灯出发出红色灯光，提醒应急救援人员再次爆发特大风险的泥石流。
50.在一些实施例中，参照图2至图4，实时监控装置100还包括弹性保护壳140，弹性保护壳140限定有保护腔，压电陶瓷层120设置于保护腔，并与保护腔的内壁贴合设置；其中，弹性保护壳140能够受挤压作用于压电陶瓷层120，如此，压电陶瓷层120能够通过电连接件130向信号发射器111提供电荷，使信号发射器111能够向警报放置发送再次爆发泥石流的
信号。
51.具体的，在泥石流在爆发时，泥石流作用弹性保护壳140的表面，弹性保护壳140通过弹性变形作用于压电陶瓷层120的表面，压电陶瓷层120通过电连接件130向信号发射器111提供电荷，警报装置200向应急救援人员发出泥石流再次爆发的信号。其中，通过弹性保护壳140的设置，弹性保护壳140能够保护压电陶瓷层120，从而保证实时监控装置100的使用寿命。
52.最重要的是，参照图2至图7，采用具有弹性保护壳140的实时监测装置，工作人员可以准备多个实时监测装置，各个实时监测装置的弹性保护壳140的耐冲击力不同。例如，采用四个实时监测装置，分别为第一监测装置，第二监测装置、第三监测装置与第四监测装置，第一监测装置的弹性保护壳140为第一保护壳141，第二监测装置的弹性保护壳140为第二保护壳142,第三监测装置的弹性保护壳140为第三保护壳143,第四监测装置的弹性保护壳140为第四保护壳144。第一保护壳141的耐冲击力小于第二保护壳142的耐冲击力，第二保护壳142的耐冲击力小于第三保护壳143的耐冲击力，第三保护壳143的耐冲击力小于第四保护壳144的耐冲击力。
53.在泥石流监控时，将上述四个实时监测装置投放于待监测的泥石流的表面。当沟道内爆发小规模的水流时，第二保护壳142、第三保护壳143与第四保护壳144未受到影响，且第一保护壳141受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，提醒应急救援人员上游具有小规模洪水爆发，挡墙风险等级为一般风险，请应急救援人员注意规避。当沟道内爆发小流量、低流速的稀性泥石流时，第三保护壳143与第四保护壳144未受到影响，且第二保护壳142受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为较大风险，请应急救援人员和救援设备快速撤离现场，向周围地区发出泥石流爆发预警；当沟道内爆发较大流量、较高流速的稀性泥石流时，第四保护壳144未受到影响，且第三保护壳143受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为重大风险，请应急救援人员迅速撤离，通知附近车辆进行规避，并上报有关部门；当沟道内爆发大流量、大流速的粘性泥石流时，第四保护壳144受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为特大风险，请应急救援人员迅速撤离泥石流堆积区，并实行交通管制，禁止人员车辆靠近。
54.进一步地，为了实现各个弹性保护壳140的耐冲击力不同，可以采用多种方式，例如，各个弹性保护壳140的材料不同，使得四种弹性保护壳140的耐冲击力不同。或者，各个弹性保护壳140的形状不同，使得四种弹性保护壳140的耐冲击力不同。参照图4至图7，在本技术方案中，第一保护壳141、第二保护壳142、第三保护壳143与第四保护壳144采用不同的形状，第一保护壳141为球形体，第二保护壳142为立方体，第三保护壳143为长方体，第四保护壳144为三棱锥形体。具体分析：泥石流冲击力对实时监控装置100的冲击力f和泥石流容重、流速以及受力体形状系数呈正相关，立方体、长方体、三棱锥形体与球形体的受力体形状系数分别为1.47、1.33、1.00、1.00。在相同容重和流速的泥石流冲击下，受到的冲击力从大到小依次为：立方体》长方体》球形体＝三棱锥形体。球形体的启动方式为滚动，但滚动摩
擦力远小于滑动摩擦力，所以球形体最容易发生启动。立方体、三棱锥形体和长方体的启动方式为滑动，受到的冲击力越大越容易启动(受到的力越大，耐冲击力越弱)，所以立方体较容易启动，长方体较难启动，三棱锥形体最难启动。
55.此外，弹性保护壳140采用立方体、长方体、球形体与三菱锥形体，弹性保护壳140结构较简单，制备成本较低。弹性保护壳140也可以采用其他形状，例如六面体。。
56.在一些实施例中，参照图2、图3至图7，弹性保护壳140包括第一壳体145与第二壳体146，第一壳体145限定有第一槽部，第二壳体146限定有第二槽部，第一槽部与第二槽部在第一壳体145与第二壳体146相装配时形成保护腔；其中，第一壳体145与第二壳体146可拆卸连接，以使压电陶瓷层120的外部能够装配多种耐冲击力不同的弹性保护壳140。
57.进一步地，为实现第一壳体145与第二壳体146之间的可拆卸连接，第一壳体145与第二壳体146可以采用多种连接方式，例如，第一壳体145与第二壳体146螺纹连接，或者第一壳体145与第二壳体146通过螺栓连接，又或者第一壳体145与第二壳体146卡接连接。
58.在一些实施例中，参照图2，时监控装置还包括减震层150，减震层150包裹于监控模组110的外侧，并设置于绝缘层160的内侧，如此，减震层150缓解信号发射器111受到的冲击，其中，减震层150可以采用泡沫，减震层150减震效果好，且成本较低。
59.根据本发明第二方面公开了一种泥石流监控系统，参照图1至图7，包括上述的实时监控装置100、控制系统与警报装置200，实时监控装置100设置有多个，各个实时监控装置100用于监控不同等级的泥石流；控制系统与各个实时监控装置100以及信号发射器111通讯连接；报警装置，控制系统根据信号发射器111发射的信息，控制报警装置提醒救援人员避让泥石流。
60.具体的，当监测泥石流再次爆发时，可以采用多个耐冲击力不同的实时监控装置100，例如，本技术方案采用四个实时监测装置，分别为第一监测装置、第二监测装置、第三监测装置与第四监测装置；其中，当沟道内爆发小规模的水流时，第一监测装置的压电陶瓷层120受挤压向信号发射器111通电，控制系统接收信号发射器111发射的信号，并控制位于抢救区的警报装置200向应急救援人员发出信号，提醒应急救援人员上游具有小规模洪水爆发，挡墙风险等级为一般风险，请应急救援人员注意规避；当沟道内爆发小流量、低流速的稀性泥石流时，第二监测装置的压电陶瓷层120受挤压向信号发射器111通电，控制系统接收信号发射器111发射器的信号，并控制位于抢救区的警报装置200向应急救援人员发出信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为较大风险，请应急救援人员和救援设备快速撤离现场，并向周围地区发出泥石流爆发预警；当沟道内爆发较大流量、较高流速的稀性泥石流时，第三监测装置的压电陶瓷层120受挤压向信号发射器111通电，控制系统接收信号发射器111发射的信号，并控制位于抢救区的警报装置200向应急救援人员发出信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为重大风险，请应急救援人员迅速撤离，通知附近车辆进行规避，并上报有关部门；当沟道内爆发大流量、大流速的粘性泥石流时，第四监测装置的压电陶瓷层120受挤压向信号发射器111通电，控制系统接收信号发射器111发射的信号，并控制位于抢救区的警报装置200向应急救援人员发出信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为特大风险，请应急救援人员迅速撤离泥石流堆积区，并实行交通管制，禁止人员车辆靠近。
61.进一步地，各个所述实时监控装置100的外部设置有弹性保护壳140，且各个所述
弹性保护壳140的耐冲击力不同。例如，采用四个实时监测装置，分别为第一监测装置，第二监测装置、第三监测装置与第四监测装置，第一监测装置的弹性保护壳140为第一保护壳141，第二监测装置的弹性保护壳140为第二保护壳142,第三监测装置的弹性保护壳140为第三保护壳143,第四监测装置的弹性保护壳140为第四保护壳144。第一保护壳141的耐冲击力小于第二保护壳142的耐冲击力，第二保护壳142的耐冲击力小于第三保护壳143的耐冲击力，第三保护壳143的耐冲击力小于第四保护壳144的耐冲击力。
62.在泥石流监控时，将上述四个实时监测装置投放于待监测的泥石流的表面。当沟道内爆发小规模的水流时，第二保护壳142、第三保护壳143与第四保护壳144未受到影响，且第一保护壳141受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，提醒应急救援人员上游具有小规模洪水爆发，当前风险等级为一般风险，请应急救援人员注意规避。当沟道内爆发小流量、低流速的稀性泥石流时，第三保护壳143与第四保护壳144未受到影响，且第二保护壳142受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为较大风险，请应急救援人员和救援设备快速撤离现场，向周围地区发出泥石流爆发预警；当沟道内爆发较大流量、较高流速的稀性泥石流时，第四保护壳144未受到影响，且第三保护壳143受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为重大风险，请应急救援人员迅速撤离，通知附近车辆进行规避，并上报有关部门；当沟道内爆发大流量、大流速的粘性泥石流时，第四保护壳144受挤压作用于压电陶瓷层120的表面，信号发射器111通电向位于抢救区域的警报装置200发射信号，警报装置200提醒应急救援人员当前风险等级为特大风险，请应急救援人员迅速撤离泥石流堆积区，并实行交通管制，禁止人员车辆靠近。
63.在一些实施例中，各个实时监控装置100的内部设置有定位器112；控制系统与定位器112通讯连接，用于监测实时监控装置100的运动速度和位置，并根据实时监控装置100的运动速度判断泥石流的危险等级；其中，警报装置200与控制系统通讯连接，用于向应急救援人员发出泥石流危险等级的信号。具体的，当实时监控装置100的运动速度在v1至v2之间，泥石流的危险等级为一级，为一般风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出一级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v2至v3之间，泥石流的危险等级为二级，为较大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出二级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v3至v4之间，泥石流的危险等级为三级，为重大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出三级危险信号。当实时监控装置100的运动速度在v4至v5之间，泥石流的危险等级为四级，为特大风险，警报装置200通过警报灯或扬声器向应急救援人员发出四级危险信号，其中，v1《v2《v3《v4。
64.在一些实施例中，参照图8，泥石流监控系统还包括投放装置300，所述投放装置300包括无人机310、承托装置320与网兜330，承托装置320包括支架321、承托件322与驱动件323，所述支架321搭载于所述无人机310，所述承托件322滑动设置于所述支架321，所述驱动件323设置于所述支架321，用于驱动所述承托件322滑动；网兜330悬挂于所述承托件322，用于承托所述实时监控装置100。具体说明：无人机310无法直接挂载实时监控装置100，首先将投放装置300固定在无人机310起落架上，将实时监测装置放置于网兜330内，然
后将包裹有实时监测装置的网兜330挂载在电动投放装置300上，从而达到能够利用无人机310投放实时监测装置的目的。
65.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。