一种山体地质灾害监测告警系统的制作方法

1.本技术涉及地质灾害监测技术的领域，尤其是涉及一种山体地质灾害监测告警系统。


背景技术：

2.目前，我国一些水力资源丰富的地区，通常会设置有多个水力发电站。当然，由于地质环境复杂，有一些水力发电站依山而建。然而，山体受各种因素影响很容易发生滑坡、崩塌和落石等地质灾害。若在山体发生滑坡、崩塌或落石时，水力发电站的工作人员不能及时疏散，则会造成重大的经济损失。


技术实现要素：

3.为了便于实现在地质灾害发生前及时疏散工作人员，本技术提供了一种山体地质灾害监测告警系统。
4.本技术提供的一种山体地质灾害监测告警系统采用如下的技术方案：
5.一种山体地质灾害监测告警系统，包括：
6.设置于山体坡面上的形变监测单元、倾斜监测单元、雨量监测单元、控制模块、报警单元和供电模块；
7.所述形变监测单元用于监测形变量，输出形变监测信号；
8.所述倾斜监测单元用于监测倾斜角度，输出倾斜监测信号；
9.所述雨量监测单元用于监测降雨时的降雨量，输出雨量监测信号；
10.所述控制模块分别连接所述形变监测单元、所述倾斜监测单元和所述雨量监测单元，用于在接收到形变监测信号反映的形变量超过形变警戒值时，或在接收到倾斜监测信号反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，输出报警信号，所述形变警戒值和所述倾斜警戒值受所述雨量监测信号所反映的雨量值影响；
11.所述报警单元连接所述控制模块，用于在接收到报警信号时报警；
12.所述供电模块分别连接所述形变监测单元、所述倾斜监测单元、所述雨量监测单元、控制模块和报警单元，用于提供电能。
13.通过采用上述技术方案，根据形变监测单元、倾斜监测单元和雨量监测单元采集的数据能够预测山体的活动趋势，当形变监测信号反映的形变量和倾斜监测信号反映的倾斜角度中任一数值超过其相应的形变警戒值和倾斜警戒值时，则认为山体即将出现滑坡、崩塌和落石等地质灾害现象。本技术的控制模块配合了一定的算法，以便于实现通过报警单元进行报警及时通知水电站的工作人员尽快疏散的功能，进而使得在山体滑坡、崩塌或落石时尽可能减少人员伤亡和经济损失。
14.可选的，所述形变监测单元、所述倾斜监测单元和所述雨量监测单元分别设置有多个，多个所述形变监测单元、所述倾斜监测单元和所述雨量监测单元分布在山体坡面的不同位置。
15.通过采用上述技术方案，能够更准确地预测山体发生滑坡、崩塌和落石的具体位置。
16.可选的，所述形变监测单元包括微形变监测雷达和gnss。
17.可选的，所述微形变监测雷达设置于山体上监测点密集的位置，所述gnss设置于山体上监测点零散的位置。
18.可选的，所述控制模块包括处理单元和控制单元；
19.所述处理单元分别连接形变监测单元、倾斜监测单元和雨量监测单元用于校验所述形变监测信号所反映的形变量、倾斜监测信号所反映的倾斜角度和雨量监测信号所反映的降雨量，以输出经过校验的形变监测信号、倾斜监测信号和雨量监测信号；
20.所述控制单元，连接处理单元，用于在接收到形变监测信号反映的形变量超过形变警戒值时，或在接收到倾斜监测信号反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，输出报警信号。
21.通过采用上述技术方案，能够有效避免采集的数据中存在野值，使得控制单元出现误判的情况。
22.可选的，所述供电模块包括蓄电池、太阳能电池板、太阳能充放电控制器、温度监测单元和备用电源；
23.所述太阳能电池板用于接收太阳能，并转化输出电能；
24.所述蓄电池连接所述太阳能电池板，用于提供电能；
25.所述太阳能充放电控制器分别连接所述蓄电池和所述太阳能电池板，用于管理所述蓄电池的充放电过程，对蓄电池进行低压、过充保护；
26.所述温度监测单元用于监测所述蓄电池的温度，输出温度监测信号；
27.所述备用电源分别连接形变监测单元、倾斜监测单元、雨量监测单元和控制模块，用于在蓄电池损坏时启动并提供电能。
28.可选的，还包括远程监控终端和移动终端；
29.所述控制模块还用于上传所述形变监测信号、倾斜监测信号、雨量监测信号和报警信号至云服务器；
30.所述远程监控终端，用于从所述云服务器获取形变监测信号、倾斜监测信号、雨量监测信号和报警信号，并用于显示；
31.所述移动终端，用于从所述云服务器获取报警信号并输出。
32.通过采用上述技术方案，工作人员能够通过远程监控终端和移动终端进行了解报警情况。
33.可选的，所述控制模块与所述形变监测单元、所述倾斜监测单元、所述雨量监测单元和报警单元之间均为移动通讯。
34.可选的，所述倾斜监测单元为倾角加速度计。
35.可选的，所述雨量监测单元为雨量计。
36.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
37.根据形变监测单元、倾斜监测单元和雨量监测单元采集的数据能够预测山体的活动趋势，当形变监测信号反映的形变量和倾斜监测信号反映的倾斜角度中任一数值超过其相应的形变警戒值和倾斜警戒值时，则认为山体即将出现滑坡、崩塌和落石等地质灾害现象。本技术的控制模块配合了一定的算法，以便于实现通过报警单元进行报警及时通知水
电站的工作人员尽快疏散的功能，进而使得在山体滑坡、崩塌或落石时尽可能减少人员伤亡和经济损失。
附图说明
38.图1是本技术实施例的山体地质灾害监测告警系统的系统示意图。
39.图2是本技术实施例的山体地质灾害监测告警系统的电路结构图。
40.附图标记说明：1、形变监测单元；2、倾斜监测单元；3、雨量监测单元；4、控制模块；41、处理单元；411、作差电路；412、检波电路；413、比较电路；4131、阻值预设子电路；414、单片机；42、控制单元；5、声光报警器；6、远程监控终端；7、供电模块； 71、蓄电池；72、太阳能电池板；73、太阳能充放电控制器；8、移动终端；9、温度监测单元；10、备用电源。
具体实施方式
41.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
42.本技术实施例公开一种山体地质灾害监测告警系统。参照图1，山体地质灾害监测告警系统包括设置于山体坡面上的形变监测单元1、倾斜监测单元2、雨量监测单元3、控制模块4、报警单元和供电模块7，以对山体的活动趋势进行采集和预测，并在山体即将发生滑坡、崩塌或落石等地质灾害时，通过声光报警器5及时报警，使得工作人员疏散，进而降低人员伤亡和经济损失。
43.形变监测单元1用于监测山体的形变量，输出形变监测信号。具体来说，形变监测单元1主要通过监测位移量来实现对山体形变量的监测。对于一个形变监测单元1而言，其设置位置即是其监测点。形变监测单元1能够对其监测点三轴的位移量进行检测。在本技术中，形变监测单元1优选为微形变监测雷达和gnss两种，并设置于被测山体的坡面上。
44.其中，微形变监测雷达通过结合步进频率连续波技术、合成孔径雷达技术和干涉测量技术，实现了对监测区域的二维影像的获取和对相位变化量的提取。微形变监测雷达包括一个雷达和十二个角反射器。十二个角反射器为贴片式角反射器，分布于待测山体坡面的不同位置。雷达则设置于待测山体的底部。当雷达连续发射一组电磁波时，电磁波接触到这些角反射器时，经角反射器反射形成强回波。雷达通过捕获强回波实现测距，进而监测这十二个角反射器点对应的监测点的位移量。
45.gnss是全球导航卫星系统，主要利用载波相位差分原理即rtk。其原理具体为：将位于基准站上的gps接收机观测的卫星数据，通过数据通信链即无线电台实时发送出去。而位于附近的移动站gps接收机在对卫星观测的同时，也接收来自基准站的电台信号。通过对所收到的信号进行实时处理即进行差分消除相同误差项，给出移动站的三维坐标，并估其精度。rtk技术能够实时提供观测点的三维坐标，并达到cm级的高精度。进一步的，通过根据每个gnss监测点不同时刻的三维坐标，即可判断gnss监测点的形变量。
46.值得说明的是，由于微形变监测雷达中的雷达成本较高，并且雷达能够搭配多个角反射器对待测山体的多个待测点进行监测，故比较适用于待测山体上待测点位比较密集的区域。而gnss不易安装，并且每个gnss都需要配置一个太阳能供电系统。即并不用适于在
待测山体上待测点位比较密集的区域。相反的，gnss更适用于只有个别待测点的位置。故，在布设微形变监测雷达和gnss时要根据待测点的位置做适应性设计。
47.倾斜监测单元2用于监测山体的倾斜角度，输出倾斜监测信号。倾斜监测单元2设置有多个，并且分别设置于待测山体的不同位置上。倾斜监测单元2优选为倾角加速度计。当然，也可选用其他具有测量倾斜角度功能的仪器。
48.雨量监测单元3用于监测降雨时的降雨量，输出雨量监测信号。雨量监测单元3同样也设置有多个，并且分别设置于待测山体的不同位置上。雨量监测单元3优选为雨量计，具体为翻斗式雨量计和压电式雨量计两种。
49.其中，翻斗式雨量计的工作原理为：
50.雨水从翻斗式雨量计的上承座进入其贮水器，落入水漏斗，再通过漏斗口流入翻斗桶。当蓄水量达到一定高度时，翻斗会失去平衡而翻倒。每次铲斗被翻倒时，开关就连接到电路上，向记录器发送一个脉冲信号，以持续测量。
51.压电式雨量计的工作原理为：
52.雨滴落在传感器上，作用在传感器表面。在雨滴的冲击激励下，壳体会产生微小的机械振动。压电陶瓷板在振动的机械应力作用下，电极之间产生电压差，并将电信号输出。雨滴冲击的冲击力越大，振动幅值越大，传感器元件输出电压幅值越大。
53.由于倾角加速度计和雨量计已为相关领域的成熟技术，故本技术实施例中不再对其工作原理做详细介绍。
54.控制模块4分别连接多个形变监测单元1、倾斜监测单元2和雨量监测单元3，用于接收多个形变监测信号、倾斜监测信号和雨量监测信号，并用于在接收到形变监测信号所反映的形变量超过形变警戒值时，或在接收到倾斜监测信号所反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，输出报警信号。
55.控制模块4包括处理单元41和控制单元42。
56.其中，处理单元41分别连接多个形变监测单元1、倾斜监测单元2和雨量监测单元 3，用于校验所述形变监测信号所反映的形变量、倾斜监测信号所反映的倾斜角度和雨量监测信号所反映的降雨量，以输出经过校验的形变监测信号、倾斜监测信号和雨量监测信号。
57.处理单元41包括用于校验形变监测信号的形变量校验子单元和用于校验倾斜监测信号的倾斜角度校验子单元。其中，形变量校验子单元和倾斜角度校验子单元的连接方式及工作原理相同，故本技术以其中一个为例进行介绍。
58.形变量校验子单元包括作差电路411、检波电路412、比较电路413和单片机414。
59.作差电路411包括减法运算器n1。减法运算器n1的反相输入端连接形变监测单元1，以接收当前时刻的形变监测信号，同相输入端连接形变监测单元1，以接收前一时刻的形变监测信号。减法运算器n1用于计算前一时刻的形变监测信号所反映的形变量与当前时刻的形变监测信号所反映的形变量的差值并输出。当然，由于形变监测信号是数字量信号，无法直接被减法运算器n1处理，故在减法运算器n1的输入端与形变监测单元之间还设有数模转换器，以用于将数字量的形变监测信号转换为模拟量的形变监测信号。数模转换器为相关领域技术人员的常规技术手段，因此，此处不对数模转换器做进一步说明。
60.检波电路412连接减法运算器n1的输出端，用于识别减法运算器n1输出的差值的数值大小。检波电路412为相关领域技术人员的常规技术手段，本技术不再做详细介绍。
61.比较电路413连接检波电路412，用于将差值的数值大小和预设值进行比较，以对当前时刻的形变监测信号进行校验。若差值的数值小于预设值，则说明当前时刻的形变监测信号所反映的形变量是有效数值。反之，若差值的数值大于预设值，则说明当前时刻的形变监测信号所反映的形变量是无效数值。
62.比较电路413包括比较器n2和阻值预设子电路4131。
63.阻值预设子电路4131用于输出反映上述预设值的阻值预设信号。阻值预设子电路 4131包括固定电阻r1和滑动变阻器r2。固定电阻r1和滑动变阻器r2串接于电源，固定电阻r1靠近电源正极设置，固定电阻r1和滑动变阻器r2的公共端输出上述阻值预设信号。通过调节滑动变阻器r2的电阻值大小，能够直接改变阻值预设信号的大小，滑动变阻器r2 的电阻值越大，电阻预设信号越大。
64.比较器n2的同相输入端连接阻值预设子电路4131，用于接入反映为预设值的阻值预设信号。比较器n2的反相输入端连接检波电路的输出端，用于接收差值的数值。比较器 n2用于将差值的数值大小和预设值进行比较，以对当前时刻的形变监测信号进行校验。若差值的数值小于预设值，则比较器n2输出高电平信号。若差值的数值大于预设值，则比较器n2输出低电平信号。
65.单片机414连接比较器n2的输出端，用于在接收到高电平信号时输出当前时刻的形变监测信号，以此实现对形变监测信号的校验。
66.当然，在其他实施例中，可以采用mcu、单片机、fpga等处理器芯片，配合载入的程序，实现对形变监测信号的校验功能。
67.控制单元42连接处理单元41，用于在接收到形变监测信号反映的形变量超过形变警戒值时，或在接收到倾斜监测信号所反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，输出报警信号。
68.进一步的，控制单元42在接收到多个形变监测信号时，将每一个形变监测信号所反映的形变量都与形变警戒值逐一进行比较，并且当其中任意一个形变监测信号所反映的形变量超过形变警戒值时，控制单元42都输出报警信号，否则，控制单元42不输出报警信号。相应的，当任意一个倾斜监测信号所反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，控制单元42都输出报警信号，否则，控制单元42不输出报警信号。
69.其中，当任意一个形变监测信号所反映的形变量超过形变警戒值时，或任意一个倾斜监测信号所反映的倾斜角度超过倾斜警戒值时，即说明相应的监测点即将发生山体滑坡、崩塌或落石灾害。
70.可以理解的是，强降雨是山体滑坡、崩塌的一个重要诱因之一，所以，形变警戒值和倾斜警戒值都受雨量监测信号所反映的雨量值影响。具体来说，当雨量监测信号所反映的雨量值未超过雨量警戒值时，若形变监测信号所反映的形变量达到形变警戒值，或倾斜监测信号所反映的倾斜角度达到倾斜警戒值，则输出报警信号。当雨量监测信号所反映的雨量值超过雨量警戒值时，若形变监测信号所反映的形变量低于形变警戒值且处于形变警戒值可允许的数值范围内，或倾斜监测信号所反映的倾斜角度低于倾斜警戒值且处于倾斜警戒值可允许的数值范围内，则输出报警信号。优选的，形变警戒值可允许的数值范围为0.95*形变警戒值可允许的数值范围～形变警戒值，倾斜警戒值可允许的数值范围为0.95*倾斜警戒值～倾斜警戒值。
71.值得说明的是，当任意一个形变监测信号所反映的形变量或倾斜监测信号所反映
的倾斜角度超过相对应的警戒值后，在控制单元42输出报警信号前，都需要对异常数据进行验证，以避免误判的情况。
72.优选的，本技术实施例中的控制单元42为控制器。其中，形变警戒值和倾斜警戒值为各自稳定值的10倍，雨量警戒值为35mm/h。其中，稳定值为倾角加速度计和雨量计稳定运行时的数值。当然，形变警戒值、倾斜警戒值和雨量警戒值皆可根据实际情况做适应性调整。为了实现上述的功能，控制器中还配置有相应的算法。本技术只涉及对各个设备连接方式的改进，能够提供实现预测山体发生滑坡、崩塌或落石等地质灾害并报警的基础。
73.为了便于信号的传输，本技术实施例的控制模块4与形变监测单元1、倾斜监测单元 2和雨量监测单元3之间均为移动通讯。具体的，可通过控制模块4、形变监测单元1、倾斜监测单元2和雨量监测单元3各自所配置的通讯模块进行移动通讯。
74.报警单元连接控制模块4，用于接收报警信号，并用于在接收到报警信号时报警。在本技术中，报警单元优选为声光报警器5。声光报警器5设置于待测山体附近的水电站处。当声光报警器5接收到报警信号时进行报警，以及时通知水电站的工作人员进行疏散。当然，报警单元与控制模块4之间也是通过移动通讯的方式实现信号的传输。
75.可以了解的是，除了控制单元42能够输出报警信号以控制声光报警器5进行现场报警外，还可以通过其他方式进行报警。
76.具体来说，本技术还包括远程监控终端6和多个移动终端8。
77.控制单元42还用于上传形变监测信号、倾斜监测信号、雨量监测信号和报警信号至云服务器。
78.远程监控终端6，用于从云服务器获取形变监测信号、倾斜监测信号、雨量监测信号和报警信号，并用于显示。
79.具体的，远程监控终端6包括处理器和显示装置。其中，处理器用于从云服务器中获取形变监测信号、倾斜监测信号、雨量监测信号和报警信号，并用于处理和分析形变监测信号所反映的形变量、倾斜监测信号所反映的倾斜度、雨量监测信号所反映的雨量值和报警信号所反映的报警信息，并输出分析结果。
80.显示装置连接处理器，用于显示分析结果。当控制单元42控制声光报警器5报警时，显示装置上也能够显示报警信息和报警地点。
81.移动终端8，用于从云服务器获取报警信号并输出。具体来说，报警信号可以以短信的形式、智能语音电话的形式或其他形式推送，使得使用移动终端8的工作人员能够及时获知报警信息。当然，推送报警信息的频次可根据实际情况进行适应性调整。
82.供电模块7分别连接报警单元、控制模块4和多个形变监测单元1、倾斜监测单元2 和雨量监测单元3，用于提供电能。
83.具体的，供电模块7包括蓄电池71、太阳能电池板72、太阳能充放电控制器73、温度监测单元9和备用电源10。
84.其中，太阳能电池板72用于接收太阳能，并转化输出电能。
85.蓄电池71连接太阳能电池板72、报警单元、控制模块4和多个形变监测单元1、倾斜监测单元2和雨量监测单元3，用于提供电能。
86.太阳能充放电控制器73分别连接蓄电池71和太阳能电池板72，用于管理所述蓄电池的充放电过程，对蓄电池进行低压、过充保护。太阳能充放电控制器73为相关领域技术人
员的常规技术手段，并且本技术不涉及对其功能的改进，故不再对其作进一步介绍。
87.温度监测单元9用于监测蓄电池71的温度，输出温度监测信号，进而便于对蓄电池 71的发热情况进行监控。
88.备用电源10分别连接形变监测单元1、倾斜监测单元2、雨量监测单元3和控制模块4，用于在蓄电池71损坏时启动，以为形变监测单元1、倾斜监测单元2、雨量监测单元 3和控制模块4供电。
89.本技术实施例一种山体地质灾害监测告警系统的实施原理为：通过将多个形变监测单元1、倾斜监测单元2和雨量监测单元3分布在待测山体的不同位置上，以监测待测山体不同位置的形变量、倾斜角度和降雨量。根据预设的形变警戒值、倾斜警戒值和雨量警戒值，能够预测待测山体是否将发生滑坡、崩塌或落石等灾害，并能够控制声光报警器5进行报警以通知工作人员提前疏散，进而能够降低山体发生滑坡、崩塌或落石等灾害时的人员伤亡情况，同时减少经济损失。
90.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。