CN105761437B - 一种景区山体灾害远程监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种景区山体灾害远程监测系统，包括振动监测单元、数据采集单元、现场报警单元和控制中心单元，所述振动监测单元包括若干个通过光纤依次连接的光纤光栅传感器，所述振动监测单元的一端设置宽带光源，所述振动监测单元的另一端通过所述光纤与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元、控制中心单元和现场报警单元依次连接，所述振动监测单元缠绕设置在山体上，还提供了一种景区山体灾害远程监测方法，通过光纤传感技术对山体各区域振动情况进行监测。本发明结构简单，可以对山体滑坡、落石等灾害进行全方位监测，并能对灾害发生地区及下方的游人进行提醒，应对落石等灾害可以提前反应，减少人员伤亡。

Description

一种景区山体灾害远程监测系统及方法

技术领域

本发明涉及山地灾害监测技术领域，具体涉及一种景区山体灾害远程监测系统及方法。

背景技术

山体灾害包括很多种类，如洪水、滑坡、落石、山林火灾等，对于人类的生产生活造成巨大的损失，但是人类与山体的联系非常密切，对于山体灾害并不能远离，因此需要对山体的灾害进行监测报警，来降低财产损失和人员伤亡。特别是针对旅游景点的山体来说，大多面对的山体灾害是泥石流、滑坡和落石，而对于山洪和山林火灾并不常见，因此对于泥石流、滑坡和落石的监测是景区山体灾害监测的重点。

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。滑坡和泥石流较为相似，滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。两者都是携带大量泥土砂石向山下冲击，严重时能冲毁房屋，危急游人的生命安全，带有山体的景区通过种植大量植被防止该类灾害的发生，但是仍有小几率发生泥石流和滑坡灾害，造成人员伤亡。

落石是指山体上有松动的大型石块滚落，对线路上的建筑和人员造成伤害，造成落石的原因有很多，如石块底部造成腐蚀导致石块脱离山体从而滚落，或游人无意触碰导致石块滚落，都会对石头滚落线路上的人员造成伤害。2015年某景区发生落石，造成多人死伤可见落石对游人的危险性。但是目前景区针对落石大多采用警告牌的形式，对游人起到警示作用，但是因为落石的突发性以及不确定性使得警告牌毫无作用，无法对落石情况起到监测作用，不能保障游人的生命安全。

申请号为201410036419.2的发明公开了一种山洪泥石流地质灾害监控预警装置及方法。监控预警装置由1 ～ n 个编号的野外传感装置和一个终端报警装置组成，野外传感装置按离终端报警装置的距离由远到近依次顺序编列，终端报警装置对野外传感装置进行传输控制和信号采集。野外传感装置的传感器为多传感器组合，终端报警装置以无线通信接力传输方式采集野外传感装置的信号并进行控制，根据需要对野外传感装置的传感控制器中的通电控制模块进行间断供电控制，按照接力传输无线通信方式与野外传感装置进行传输控制。该装置能够对山洪泥石流进行监测，但是野外传感装置包括功能较多，结构复杂造价昂贵，而且主要是针对山洪泥石流监测，无法满足景区山体灾害监测的要求。

申请号为201510042319.5的发明公开了一种山地灾害监测预测及预警系统，其特征在于：该系统包括数据采集系统、数据传输系统、数据处理中心、预警系统；数据采集系统用于采集相关数据信息并通过数据传输系统传输至数据处理中心，数据处理中心将传来的数据进行分析处理及入库，预警系统根据数据处理中心的处理结果判断是否进行预警操作。该发明可以做到对景区山体灾害的监测，但是结构复杂，布线困难且监测精度较低。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种景区山体灾害远程监测系统及方法，结构简单，可以对山体滑坡、落石等灾害进行全方位监测，并能对灾害发生地区及下方的游人进行提醒，应对落石等灾害可以提前反应，减少人员伤亡。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种景区山体灾害远程监测系统，包括振动监测单元、数据采集单元、现场报警单元和控制中心单元，所述振动监测单元包括若干个通过光纤依次连接的光纤光栅传感器，所述振动监测单元的一端设置宽带光源，所述振动监测单元的另一端通过所述光纤与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元、控制中心单元和现场报警单元依次连接，所述振动监测单元缠绕设置在山体上。

进一步的，所述振动监测单元设置在所述山体的地面下方30cm。

进一步的，所述光纤光栅传感器采用光纤光栅加速度传感器，所述光纤光栅传感器设置在传振硬板上，所述传振硬板底部设置刺突。

进一步的，所述传振硬板的一侧设置导能机构。

进一步的，所述导能机构包括导能铝线。

进一步的，所述光纤上设置线路伸缩器，所述线路伸缩器包括盒体，所述盒体两端设置进口和出口，所述盒体内部设置横板，所述横板上排列设置若干个穿孔，所述横板两侧在所述穿孔之间设置弹簧，所述弹簧顶端设置顶头，所述光纤呈S型穿过所述穿孔并被对应的所述顶头撑起。

进一步的，所述顶头包括圆弧形的弯管，所述光纤穿过所述弯管。

进一步的，所述数据采集单元包括光纤光栅网络分析仪，所述控制中心单元包括工业控制计算机。

进一步的，所述现场报警单元包括对应所述光纤光栅传感器设置在所述山体上的报警器、控制器、GPRS模块和电源，所述电源包括风光互补发电设备或电池。

一种景区山体灾害远程监测方法，包括如下步骤：

1）将若干个光纤光栅传感器通过光纤依次连接，并由下而上缠绕山体埋入地面；

2）在光纤的输入端连接宽带光源，光纤的输出端连接光纤光栅网络分析仪；

3）将光纤光栅网络分析仪与控制中心单元的工业控制计算机信号连接；

4）宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，工业控制计算机对接收到的电信号进行处理，计算出相应的波长值，从而计算出对应的光纤光栅传感器监测到的振动信息；

5）对振动信息进行分析，当出现某个光纤光栅传感器监测到振动，并之后的半分钟内在山体该位置的下方的光纤光栅传感器监测到振动，则判断出现落石、泥石流、或洪水灾害；

6）控制中心单元发送报警信息至对应的现场报警单元，提示发生灾害地带或灾害地带下方的游人进行躲避。

本发明提供了一种景区山体灾害远程监测系统，特别针对的是土石混合材质的景区山体，该类山体容易发生落石、滑坡现象，对游人造成伤害。振动监测单元通过宽带光源发出光信号在光纤内传播，当光在传递至光纤光栅传感器受到震动时，波长会发生变化，实现对振动信息的监测，数据采集单元可将光信号转换为电信号，并将数据发送至控制中心单元，对监测数据进行处理计算出是否监测到振动和具体位置。振动监测单元缠绕设置在山体上，由下而上或由上而下，大致成锥形螺旋结构，具体结构根据山体形状而改变，上层和下层光纤光栅传感器的水平高度差可以在20～100米之间，高度差越小造价越高，但是监测精度也越高。现场报警单元是对应每个光纤光栅传感器设置在现场，可以接收控制中心单元的报警信息，当山体某点监测到灾害信息时，可以启动该点及下方的现场报警单元，对游人起到提醒作用，减少损失。

为了对振动监测单元进行保护，将其掩埋在地面以下30厘米深度，还能减少空气内传播的振动对其造成的影响。纤光栅传感器采用光纤光栅加速度传感器，光纤光栅加速度传感器大多是通过质量块来对微小振动进行采集，并将振动传递至光纤光栅，引起波长变换，对振动采集更加精准。传振硬板可以提高振动能量的收集，能够采集到微小振动，导能机构对上层和下层的光纤光栅传感器之间的空白地带进行振动能量传递，能够延伸光纤光栅传感器的监测范围，利于控制成本。线路伸缩器对振动监测单元进行保护，当遇到滑坡时可以对光纤起到缓冲作用，避免本大量泥土冲击导致光纤或光纤光栅传感器断裂，也可以在四季温度变化时进行热胀冷缩补偿。

本发明还提供了一种景区山体灾害远程监测方法，光纤光栅传感器监测到振动信息，当某个传感器监测到振动后，若30秒内该位置下方的传感器也监测到振动信息，说明有物体在山体的该位置滚落，意味着出现落石、滑坡等灾害，此时控制中心单元将报警信息发送至对应地点的现场报警单元，提醒发生灾害地点及下方的游人进行躲避。

本发明的有益效果是：

1、采用通讯光纤为测点元件和传输介质，结构简单，具有抗腐蚀，耐潮湿的优点，测量精确，长期工作稳定可靠，并且不需要提供电能便可实现对山体的全方位高精度监测，实用性很高；

2、通过导能机构可以将距离光纤光栅传感器较远的振动传递至传振硬板，能够减少光纤和传感器的使用数量，利于降低成本，加快施工进程；

3、线路伸缩器对振动监测单元进行保护，当遇到滑坡时可以对光纤起到缓冲作用，避免本大量泥土冲击导致光纤或光纤光栅传感器断裂，也可以在四季温度变化时进行热胀冷缩补偿；

4、可以对山体滑坡、落石等灾害进行全方位监测，并能对灾害发生地区及下方的游人进行提醒，应对落石等灾害可以提前反应，减少人员伤亡。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明景区山体灾害远程监测系统的系统结构图；

图2是本发明振动监测单元的结构示意图；

图3是本发明振动监测单元和现场报警单元的结构示意图；

图4是本发明线路伸缩器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1至图3所示：本实施例提供了一种景区山体灾害远程监测系统，包括振动监测单元1、数据采集单元2、现场报警单元3和控制中心单元4，所述振动监测单元1包括若干个通过光纤5依次连接的光纤光栅传感器6，所述振动监测单元1的一端设置宽带光源7，所述振动监测单元1的另一端通过所述光纤5与所述数据采集单元2连接，所述数据采集单元2、控制中心单元4和现场报警单元3依次连接，所述振动监测单元1缠绕设置在山体8上。

本发明特别针对的是土石混合材质的景区山体，该类山体容易发生落石、滑坡现象，对游人造成伤害。振动监测单元通过宽带光源发出光信号在光纤内传播，当光在传递至光纤光栅传感器受到震动时，波长会发生变化，实现对振动信息的监测，数据采集单元可将光信号转换为电信号，并将数据发送至控制中心单元，对监测数据进行处理计算出是否监测到振动和具体位置。振动监测单元缠绕设置在山体上，由下而上或由上而下，大致成锥形螺旋结构，具体结构根据山体形状而改变，上层和下层光纤光栅传感器的水平高度差可以在20～100米之间，高度差越小造价越高，但是监测精度也越高。现场报警单元是对应每个光纤光栅传感器设置在现场，可以接收控制中心单元的报警信息，当山体某点监测到灾害信息时，可以启动该点及下方的现场报警单元，对游人起到提醒作用，减少损失。

所述振动监测单元1设置在所述山体8的地面下方30cm，振动监测单元主要对滑坡、落石等重型物体冲击或滑过地面的振动进行监测，对小型振动直接过滤，因此设置在地面之下便可，还可以防止游客或落石对其造成破坏，保护设备安全，但是也不能埋入地面过深，对地面的振动监测效果会变弱，因此30cm的深度便可。

所述光纤光栅传感器6采用光纤光栅加速度传感器，所述光纤光栅传感器6设置在传振硬板9上，所述传振硬板9底部设置刺突10。光纤光栅加速度传感器通过质量块来对微小振动进行采集，并将振动传递至光纤光栅，引起波长变换，对振动采集更加精准。传振硬板可采用不锈钢板其它材质的硬板材，对光纤光栅传感器起到基础的作用，提高振动的传递效率，刺突增大与山体的接触面积，能够接收更多的振动能量，对振动的监测更加精准。

所述传振硬板9的一侧设置导能机构11，振动监测单元缠绕设置在山体上，为了减少投资考虑，每层光纤光栅传感器的间距较大，对中间部位的振动监测效果会变弱，通过导能机构可以将中间部位的振动能量收集并传递到传振硬板，可以在减少投资的基础上保证山体振动监测的全面覆盖性。该情况下每个光纤光栅传感器监测到的振动信息包括其埋入的地点以及导能机构覆盖的区域，监测的范围很大，可以节省大量成本。

所述导能机构11包括导能铝线，导能机构需要具有可塑性，但是也需要具备对振动能量良好的传递性，因此软橡胶等不易使用，可以考虑铜、铝等金属，考虑到价格推荐使用铝线，铝线可以传递振动，将远离光纤光栅传感器区域的振动传递至传振硬板上，经济型和实用性都很好。

实施例二

如图1、图2和图4所示：本实施例还提供了一种景区山体灾害远程监测系统，包括振动监测单元1、数据采集单元2、现场报警单元3和控制中心单元4，所述振动监测单元1包括若干个通过光纤5依次连接的光纤光栅传感器6，所述振动监测单元1的一端设置宽带光源7，所述振动监测单元1的另一端通过所述光纤5与所述数据采集单元2连接，所述数据采集单元2、控制中心单元4和现场报警单元3依次连接，所述振动监测单元1缠绕设置在山体8上。

所述光纤5上设置线路伸缩器12，所述线路伸缩器12包括盒体13，所述盒体13两端设置进口14和出口15，所述盒体13内部设置横板16，所述横板16上排列设置若干个穿孔17，所述横板16两侧在所述穿孔17之间设置弹簧18，所述弹簧18顶端设置顶头19，所述光纤5呈S型穿过所述穿孔17并被对应的所述顶头19撑起。在发生滑坡时大量泥土会对光纤进行冲击，若没有缓冲的机构，光纤容易发生断裂，导致整条线路的报废。线路伸缩器内光纤被弹簧支撑呈现S型形状，当光纤两端受到拉力时，拉力会作用到弹簧上对弹簧进行挤压，S型光纤会被释放，对光纤起到适当的缓冲作用，当光纤不受拉力或者夏季光纤受热伸长时弹簧会对光纤起到收缩的作用，能够自动对光纤进行伸缩调整，保证设备运行的稳定性。

所述顶头19包括圆弧形的弯管20，所述光纤5穿过所述弯管20。顶头是对光纤起到支撑作用，但是光纤虽有一定的柔韧性，弯折时却容易断裂，因此顶头通过弯管对光纤进行支撑并固定，防止光线从顶头脱落，起不到调节的作用。弯管的曲率半径优选大于4cm，保证光纤转折处不会被过分弯折，导致光纤断裂，保证设备使用的安稳性。弯管内壁设置石墨层或其它润滑层，减少光纤与弯管内壁的墨仓，使得调节更加灵敏，对光纤的保护更加到位。

实施例三

如图1和图3所示：本实施例还提供了一种景区山体灾害远程监测系统，包括振动监测单元1、数据采集单元2、现场报警单元3和控制中心单元4，所述振动监测单元1包括若干个通过光纤5依次连接的光纤光栅传感器6，所述振动监测单元1的一端设置宽带光源7，所述振动监测单元1的另一端通过所述光纤5与所述数据采集单元2连接，所述数据采集单元2、控制中心单元4和现场报警单元3依次连接，所述振动监测单元1缠绕设置在山体8上。

所述数据采集单元2包括光纤光栅网络分析仪，所述控制中心单元4包括工业控制计算机。光纤光栅网络分析仪检测到波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，同时传送给控制中心单元。工业控制计算机对监测数据进行处理计算出是否监测到振动和具体位置，并在监测到灾害时将报警信息通过无线的方式发射出去。

所述现场报警单元3包括对应所述光纤光栅传感器6设置在所述山体8上的报警器21、控制器22、GPRS模块23和电源24，所述电源24包括风光互补发电设备或电池。GPRS模块接收控制中心单元发来的报警信息，并发送至控制器，控制器发送指令控制报警器响应，对周围游客进行提醒。现场报警单元不采用线路供电，通过风光互补发电设备进行自取能或者采用电池进行供电，减少设备投入。

实施例四

本实施例还提供了一种景区山体灾害远程监测方法，包括如下步骤：

1）将若干个光纤光栅传感器通过光纤依次连接，并由下而上缠绕山体埋入地面；

2）在光纤的输入端连接宽带光源，光纤的输出端连接光纤光栅网络分析仪；

3）将光纤光栅网络分析仪与控制中心单元的工业控制计算机信号连接；

4）宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，工业控制计算机对接收到的电信号进行处理，计算出相应的波长值，从而计算出对应的光纤光栅传感器监测到的振动信息；

5）对振动信息进行分析，当出现某个光纤光栅传感器监测到振动，并之后的半分钟内在山体该位置的下方的光纤光栅传感器监测到振动，则判断出现落石、泥石流、或洪水灾害；

6）控制中心单元发送报警信息至对应的现场报警单元，提示发生灾害地带或灾害地带下方的游人进行躲避。

光纤光栅传感器监测到振动信息，当某个传感器监测到振动后，若30秒内该位置下方的传感器也监测到振动信息，说明有物体在山体的该位置滚落，意味着出现落石、滑坡等灾害，此时控制中心单元将报警信息发送至对应地点的现场报警单元，提醒发生灾害地点及下方的游人进行躲避。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：包括振动监测单元、数据采集单元、现场报警单元和控制中心单元，所述振动监测单元包括若干个通过光纤依次连接的光纤光栅传感器，所述振动监测单元的一端设置宽带光源，所述振动监测单元的另一端通过所述光纤与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元、控制中心单元和现场报警单元依次连接，所述振动监测单元缠绕设置在山体上；所述光纤上设置线路伸缩器，所述线路伸缩器包括盒体，所述盒体两端设置进口和出口，所述盒体内部设置横板，所述横板上排列设置若干个穿孔，所述横板两侧在所述穿孔之间设置弹簧，所述弹簧顶端设置顶头，所述光纤呈S型穿过所述穿孔并被对应的所述顶头撑起，所述数据采集单元包括光纤光栅网络分析仪，所述控制中心单元包括工业控制计算机。

2.如权利要求1所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述振动监测单元设置在所述山体的地面下方30cm。

3.如权利要求1所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器采用光纤光栅加速度传感器，所述光纤光栅传感器设置在传振硬板上，所述传振硬板底部设置刺突。

4.如权利要求3所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述传振硬板的一侧设置导能机构。

5.如权利要求4所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述导能机构包括导能铝线。

6.如权利要求1所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述顶头包括圆弧形的弯管，所述光纤穿过所述弯管。

7.如权利要求1所述的景区山体灾害远程监测系统，其特征在于：所述现场报警单元包括对应所述光纤光栅传感器设置在所述山体上的报警器、控制器、GPRS模块和电源，所述电源包括风光互补发电设备或电池。

8.一种景区山体灾害远程监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将若干个光纤光栅传感器通过光纤依次连接，并由下而上缠绕山体埋入地面；

2）在光纤的输入端连接宽带光源，光纤的输出端连接权利要求1至7任意一项所述的监测系统的光纤光栅网络分析仪；

3）将光纤光栅网络分析仪与控制中心单元的工业控制计算机信号连接；

4）宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，工业控制计算机对接收到的电信号进行处理，计算出相应的波长值，从而计算出对应的光纤光栅传感器监测到的振动信息；

5）对振动信息进行分析，当出现某个光纤光栅传感器监测到振动，并之后的半分钟内在山体上光纤光栅传感器监测到振动位置的下方的光纤光栅传感器监测到振动，则判断出现落石、泥石流、或洪水灾害；

6）控制中心单元发送报警信息至对应的现场报警单元，提示发生灾害地带或灾害地带下方的游人进行躲避。