一种落石监测系统及方法与流程

1.本发明涉及斜坡地质灾害监测技术领域，具体涉及一种落石监测系统及方法。


背景技术：

2.落石灾害是斜坡地质灾害的一种，易发于山区岩质边坡，具有发生突然、破坏力大的特点，对下方各类构建筑物、人员安全威胁极大，无法提前预测落石可能发生的时间及地点，很难做到防患于未然， 传统方法是采用工程措施来防止落石的发生，但对于那些施工难度大、成本高或一旦发生落石则会导致严重后果的地段，仅靠工程防护措施便显得势单力薄，安全系数不高，双层拦网做法，只能挡住近处落石，远处落石落入轨道的情况无法判断，而且单纯的预警功能并不能给落石滚落下方的威胁对象给出具体的保护措施依据。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是现有技术没有根据落石运动特征进行监测实现预警和防护的方法，目的在于提供一种落石监测系统及方法，实现无接触监测落石地质灾害并进行实时预警，对落石运动特征监测，为后续确定处治方案提供依据。
4.本发明通过下述技术方案实现：本发明提供一种落石监测系统，包括无线监控网模块、控制系统模块和监控中心，其中，无线监控网模块位于落石必经路径下方，包括若干道无线监控网，每道无线监控网有一个相机设备；所述相机设备用于获取落石影像；所述无线监控网用于监控落石；所述控制系统模块用于控制相机设备启动、获取相机设备的落石影像和采集无线监控网的监控数据，根据采集到的无线监控网的监控数据计算落石数据，并将落石数据、落石影像上传到监控中心；所述监控中心根据对控制系统模块上传的落石数据和落石影像进行分析，并根据分析结果指导落石路径下方受威胁对象布置防护措施。
5.现有技术中对于落石灾害的监测采用的是在检测到有落石灾害时进行预警，从而直接对落石可能经过的路径下方受威胁对象进行警报，但并没有提供落石的具体数据给落石下方受威胁对象，如落石质量（体积）、落石速度等特征指标，因此无法指导人员布置相应的防护措施。本方案在落石必经路径下方设置无线监控网，并设置相应的相机设备，相机设备使用普通的相机即可；根据无线监控网的无线信号被经过的物体阻拦所产生的时程差，控制系统模块利用内置软件对采集到的时程差进行计算，得到落石体积并估计落石质量。
6.进一步优化，每道无线监控网包括若干组无线感应器，所述无线感应器竖向布置在无线监控网两侧。
7.进一步优化，无线感应器包括无线发射器和无线接收器，每一组无线感应器中的无线发射器和无线接收器在无线监控网两侧相互对应。
8.进一步优化，所述无线感应器等间距布置在无线监控网两侧，每一侧无线监控网
的相邻无线感应器之间的间距范围为10-25cm，如果无线发射器和无线接收器形成的无线信号竖向间距设置的过大，可能检测不到一些体积不规则且竖向高度不大的落石，但设置的太近当一些小物体如虫、树叶等经过时也会触发警报，导致误报。
9.进一步优化，所述无线感应器包括激光对射感应器、红外对射感应器、微波对射感应器中的任意一种。
10.进一步优化，为了减少误报且能够采集到足够的数据对落石体积、速度进行计算，无线监控网的道数大于等于两道。
11.基于上述的落石监测系统，提出一种落石监测方法，包括以下步骤：步骤s1、控制系统模块获取无线监控网的监控数据，并根据所述监控数据向相机设备发出开启相机设备的控制指令；步骤s2、控制系统模块控制相机设备开启并发出警报进行预警，存储相机设备获取到的落石影像；步骤s3、控制系统模块根据采集到的无线监控网的监控数据计算落石数据，所述落石数据包括落石运动速度、落石体积、落石质量，并将落石数据、获取到的落石影像上传到监控中心；步骤s4、监控中心根据上传的落石影像、落石数据进行分析对比，判断落石是否发生解体，并根据分析结果指导落石滚落路径下方受威胁对象布置防护措施。
12.进一步优化，所述无线监控网包括第一道无线监控网和第二道无线监控网。
13.进一步地，步骤s3中，在控制系统中计算落石数据的方法为：接收落石侵入第一道无线监控网的时间t1和各组感应器获取的距离d1、d2，计算落石在各组感应器位置的实体厚度d1=|d1-d2|/2，根据落石在各组感应器位置的实体厚度，利用控制系统的内置软件计算出落石侵入第一道无线监控网时的落石体积，并估算对应的落石质量；接收落石侵入第二道无线监控网的时间t2和各组感应器获取的距离，利用各组感应器获取的距离求差之后绝对值的一半，计算落石在各组感应器位置的实体厚度；根据落石在各组感应器位置的实体厚度，利用控制系统的内置软件计算出落石侵入第二道无线监控网时的落石体积，并估算对应的落石质量；同时根据落石经过两道无线监控网的时间差t2-t1，计算落石速度。
14.进一步地，判断落石是否发生解体的方法为：监控中心对比上传的落石影像，判断落石是否发生解体；同时监控中心对比落石侵入第一道无线监控网时和侵入第二道无线监控网时的落石体积或落石质量，判断落石是否发生解体。
15.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明实施例提供一种落石监测系统及方法，可以实现无接触且实时对可能发生落石灾害的区域进行监控预警，并且能估算落石体积、速度等关键特征指标，根据关键特征指标，指导落石滚落下方受威胁对象设置相应的保护措施，保护建筑物和人员安全，技术方法实现难度低，系统易于布置且成本低。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明系统整体结构框图；图2为本发明监测系统运行示意图；图3为本发明无线监控网布置立面示意图；图4为本发明无线监控网布置剖面示意图；图5为本发明无线监控系统测定落石体积示意图。
17.附图标记及对应的零部件名称：1-第一道无线监控网，2-第二道无线监控网，3-立柱，4-无线信号，41-无线发射信号，42-无线接收信号，5-无线感应器，6-相机设备。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
19.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
20.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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保护范围的限制。
22.实施例1如图1所示，本实施例1为一种落石监测系统，包括无线监控网模块、控制系统模块和监控中心，其中，无线监控网模块位于落石必经路径下方，包括若干道无线监控网，每道无线监控网有一个相机设备；相机设备用于获取落石影像；无线监控网用于监控落石；控制系统模块用于控制相机设备启动、获取相机设备的落石影像和采集无线监控网的监控数据，根据采集到的无线监控网的监控数据计算落石数据，并将落石数据、落石影像上传到监控中心；监控中心根据对控制系统模块上传的落石数据和落石影像进行分析，并根据分析
结果指导落石路径下方受威胁对象布置防护措施。
23.每道无线监控网包括若干组无线感应器，本实施例中无线感应器可以为激光对射感应器、红外对射感应器、微波对射感应器中的任意一种，根据不同的无线感应器发出的无线信号形成不同的无线监控网，无线感应器竖向等间距布置在无线监控网两侧，每一侧无线监控网的相邻无线感应器之间的间距范围为10-25cm，本实施采用相邻间距为20cm，无线感应器包括无线发射器和无线接收器，每一组无线感应器中的无线发射器和无线接收器在无线监控网两侧相互对应，如果无线发射器和无线接收器形成的无线信号竖向间距设置的过大，可能检测不到一些体积不规则且竖向高度不大的落石，如果设置的太近，一些小物体如虫、树叶等经过时也会触发警报，导致误报。为了减少误报，并且能够采集到足够的数据对落石体积、速度进行计算，无线监控网的道数大于等于两道，并且设置当物体仅通过第一道无线监控网或者逆向经过两道无线控监控网（逆向指先经过第二道无线监控网再经过第一道无线监控网）时，控制系统会正常启动相机设备，但此时不会触发警报，减少了误报，并且控制系统模块内置有算法根据采集到的不同无线监控网的监控数据计算落石体积，估算落石质量，同时根据落石先后穿越布置的若干道无线监控网的时间差，计算落石速度，并将相机拍摄的落石影像、控制系统模块计算得到的落石体积、落石质量和落石速度上传至监控中心；监控中心对上传的落石影像进行对比，判断落石下落过程中是否有发生解体，根据落石运动速度、落石体积、落石是否发生解体等指标为落石滚落下方威胁对象设置相应的保护措施提供依据。
24.实施例2如图3、图4所示，基于实施例1的落石监测系统，提出一种落石监测方法，在本实施例中无线监控网包括第一道无线监控网1和第二道无线监控网2，每道无线监控网为横向间距为l的两根竖向立柱3，竖向立柱3之间的间距l需要根据实际的地质情况进行设置，设置规则为落石下落方向在竖向立柱3的之间，为了保证一定范围内的落石均能够从竖向立柱3之间穿过，则l至少需要设置为50m。沿立柱3的竖向等间距布置有若干组无线感应器5，每组无线感应器竖向间距为20cm，本系统的供电可采用外接电源或自建太阳能进行供电。如图2所示，当系统运行时，两道无线监控网的无线感应器5中的无线发射器与无线接收器正常运行，当有落石侵入第一道无线监控网1时，记录此刻的时间为t1，无线信号4被遮挡，无线感应器5的无线发射信号41与无线接收信号42时程发生变化，测定距离小于两倍立柱3间距，随即触发控制系统模块；控制系统模块触发后，向相机设备6发送开启相机设备的控制指令，相机设备开启并进行拍照，获得落石影像，在相机设备6开启的同时向落石下方威胁对象发出警报进行预警，控制系统模块获取落石影像并采用内置算法计算落石体积，估算落石质量，将计算结果和落石影像上传到监控中心；具体地来说，上述计算落石体积的方法如图5所示，假设监控网左右两侧某一组无线感应器根据各自的无线接收器和无线发射器获取的距离分别为d1、d2，则落石在该组感应器位置的实体厚度d1为|d1-d2|/2，由于无线感应器在竖向上按一定距离等间距布置，则一道无线监控网可以获取等间距若干条实体厚度剖线，相当于给落石照了一个ct剖面，根据上述的方法计算落石在第一道无线监控网中落石在各组感应器位置的实体厚度，根据落石在各组感应器位置的实体厚度，控制系统根据内置软件可计算出落石侵入第一道无线监控网时的落石体积，并估算对应的落石质量。
25.当落石继续滚落穿越第一道无线监控网1，侵入第二道无线监控网2时，记录此刻时间为t2，第二道无线监控网内的控制系统模块同步启动相机设备进行拍照并向落石下方威胁对象发出警报，第二道无线监控网的处理过程和第一道无线监控网一样，第二道无线监控网的控制系统模块获取相机设备拍摄的落石影像并根据上述落石体积计算方法，利用第二道无线监控网中各组感应器获取的距离求差之后绝对值的一半，计算落石在各组感应器位置的实体厚度，根据落石在各组感应器位置的实体厚度，采用内置算法计算落石侵入第二道无线监控网时的落石体积，并估算对应的落石质量，同时根据落石经过两道无线监控网的时间差t2-t1，计算落石速度，将计算结果和落石影像上传到监控中心，监控中心对上传的落石影像进行对比，同时比较第一道无线监控网和第二道无线监控网估算的落石体积、落石质量、落石速度，判断落石下落过程中是否有发生解体，多种方式进行综合判断落石是否解体，避免行走动物侵入导致误报警，根据前后图像比对，能清楚快速的得知侵入无线监控网的是否为崩塌落石（避免行走动物侵入造成误报警），监控中心根据落石运动速度、落石体积、落石是否发生解体等指标为落石滚落下方威胁对象设置相应的保护措施提供依据。
26.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。