[发明专利]一种智能化危岩崩塌落石灾害监测系统及方法

说明书

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。

发明内容

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：