[发明专利]一种基于降雨环境的岩溶洞穴内气压的监测系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于降雨环境的岩溶洞穴内气压的监测系统及方法，用以解决现有技术中降雨环境下洞穴内气压监测不准确的问题。所述监测系统包括：降雨量预判层、传感器层、信号调理层、数据采集层、通讯传输层、数据分析层、供电层；降雨量预判层直接与传感器层相连，包括雨量传感器和阈值判断模块，中间设置信号调理层接口；传感器层、信号调理层、数据采集层依次相连，通过通讯传输层与数据分析层通讯；当降雨环境时，自适应监测存在水流柱体时洞穴内的气压。本发明为岩溶洞穴的发育、形变及失稳破坏做出准确、可靠的预测和预警，精细化地了解岩溶洞穴在降雨环境下的受压变化、水位变化导致的稳定性破坏情况，降低非降雨环境下的监测功耗。

技术领域

本发明属于地质监测领域，具体涉及一种基于降雨环境的岩溶洞穴内气压的监测系统及方法。

背景技术

岩溶山区的大型崩滑灾害体经长期强烈的抬升运动与河流侵蚀，褶皱的两翼及核部山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡倾，下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态，加之下部煤层、铝土矿层的开采，成为大型层状岩质崩滑灾害的高发区，给山区居民生命财产与重大工程安全带来巨大损失。崩滑灾害的发生多数情况下是由于岩溶洞穴中的气压变化引起的。另外，岩溶山区等地质条件下进行地质勘探、资源开采或构建大型建筑物时，需要在岩溶中建设管道辅助设施。大型岩溶管道系统非常复杂，岩溶管道内部的气压变化会造成岩溶管道内部发生结构变化，并引起由岩溶管道造成的崩滑地质灾害。因此，对岩溶洞穴内气压进行实时在线监测，有助于获取岩溶地质条件下崩滑灾害体的活动状态及管道内部气体压力的动态变化，为研判岩溶灾害提供重要的数据支撑。

现有技术中，对于岩溶洞穴内气压的监测方法一般采用固定周期实现对岩溶气压变化的监测。公开号为CN203858057U的中国实用新型专利，公开了一种基于岩溶系统水气压力的岩溶塌陷远程动态实时监测装置，对岩溶系统的水气压力的监测装置，通过无线网络发送的包括传感器系统、数据采集与传输系统和太阳能供电系统的监测端的监测数据到客户端，长期、连续、稳定地监测岩溶塌陷易发区岩溶管道中水气压力的变化，并控制监测采样频率。但是，该装置需要稳定的供电系统，且不间断的监控对装置设备折损、功耗消耗比较大。

发明内容

本发明提出了一种基于降雨环境的岩溶洞穴内气压的监测系统及方法，通过高精度光电雨量传感器，自动计算并识别岩溶周围环境的雨情等级，根据雨情等级自主联致力岩溶洞穴内气压传感器，并自主调整传感器的数据采集、数据上传参数，实时了解降雨环境下洞穴内的气压变化，判别岩溶洞穴的稳定性提供有效的数据支撑。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于降雨环境的岩溶洞穴内气压的监测系统，所述监测系统包括：降雨量预判层、传感器层、信号调理层、数据采集层、通讯传输层、数据分析层、供电层；其中，

所述降雨量预判层直接与传感器层相连，包括雨量传感器和阈值判断模块，雨量传感器和阈值判断模块中间设置信号调理层接口；所述传感器层同时与信号调理层相连，信号调理层与数据采集层相连，数据采集层通过通讯传输层与数据分析层通讯，供电层为降雨量预判层、传感器层、信号调理层、数据采集层及通讯传输层供电；

当非降雨环境时，雨量传感器及阈值判断模块无数据，传感器层、信号调理层、数据采集层和通讯传输层工作在低功耗模式；

当降雨环境时，雨量传感器监测实时雨量，阈值判断模块对雨量进行分级判断，并根据所判断的雨量级别，自适应调整传感器层的工作模式，使传感器层的工作模式与当前雨量级别相适应；同时传感器层联动信号调理层和数据采集层，数据采集层根据接收到的来自信号调理层的调理后的实时监测数据，自适应调整工作模式，进入实时监控和实时传输阶段，将实时采集的监测数据样本上传给数据分析层；数据分析层根据接收到的采集数据，计算存在水流柱体时岩溶洞穴内的气压。

作为本发明的一个优选实施例，传感器层至少包括水位传感器和气压传感器，所述传感器设置在岩溶洞穴现场。