專(zhuān)利名稱(chēng)：一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)由于地質(zhì)條件復(fù)雜，是泥石流災(zāi)害的多發(fā)地。泥石流是介于流水與滑坡之間的一種地質(zhì)作用，典型的泥石流由懸浮著粗大固體碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥漿組成。在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下，大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就形成了泥石流。泥石流一般爆發(fā)突然，來(lái)勢(shì)兇猛，可攜帶巨大的石塊，并以高速前進(jìn)，具有強(qiáng)大的能量，因而破壞性極大。泥石流的主要危害是沖毀城鎮(zhèn)、企事業(yè)單位、工廠、礦山、鄉(xiāng)村，造成人畜傷亡，破壞房屋及其他工程設(shè)施，破壞農(nóng)作物、林木及耕地。此外，泥石流有時(shí)也會(huì)淤塞河道，不但阻斷航運(yùn)，還可能引起水災(zāi)。影響泥石流強(qiáng)度的因素較多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量對(duì)泥石流成災(zāi)程度的影響最為主要。此外，多種人為活動(dòng)也在多方面加劇這上述因素的作用，促進(jìn)泥石流的形成。我國(guó)從60年代就開(kāi)始重視泥石的流監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)泥石流形成的基本條件進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了泥石流預(yù)報(bào)時(shí)間尺度和泥石流發(fā)生的判別依據(jù)，開(kāi)展了泥石流監(jiān)測(cè)觀測(cè)并建立了泥石流發(fā)生的判別模式。在上述理淪研究的基礎(chǔ)上，還研制了一系列泥石流監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)儀器，它們?cè)谀嗍黝A(yù)警中發(fā)揮了巨大作用。現(xiàn)有的常用的泥石流預(yù)警系統(tǒng)，一般在泥石流溝口接近居民區(qū)安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通常是單一的檢測(cè)地聲或者空氣次聲，超過(guò)設(shè)定閾值即報(bào)警。如圖1所示，泥石流I在形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引發(fā)的次聲信號(hào)通過(guò)空氣傳播，速度遠(yuǎn)大于泥石流運(yùn)動(dòng)速度，先于泥石流到達(dá)空氣次聲監(jiān)測(cè)儀2。通過(guò)監(jiān)測(cè)儀安裝的空氣次聲傳感器3監(jiān)測(cè)信號(hào)，一旦監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到的次聲信號(hào)大于設(shè)定值，觸發(fā)報(bào)警。但此方案的缺點(diǎn)容易受干擾，空氣中有很多的次聲信號(hào)，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的也是次聲信號(hào)，這些次聲無(wú)法濾除，引發(fā)系統(tǒng)誤報(bào)。如圖2所示，當(dāng)泥石流從泥石流源I開(kāi)始運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦、撞擊溝床和岸壁而產(chǎn)生振動(dòng)、并沿巖床方向傳遞，稱(chēng)之為泥石流地聲，該信號(hào)具有狹窄的頻率范圍。當(dāng)?shù)芈暠O(jiān)測(cè)儀6安裝的地聲傳感器7監(jiān)測(cè)到該頻率段的地聲信號(hào)，并超過(guò)設(shè)定閾值，觸發(fā)報(bào)警。該方案兩個(gè)缺點(diǎn)，第一，容易受干擾，如果監(jiān)測(cè)儀附近有開(kāi)礦、山體人為爆破等作業(yè)活動(dòng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生同樣的地聲聲信號(hào)通過(guò)巖層傳播到監(jiān)測(cè)儀。第二，有漏報(bào)隱患，當(dāng)從泥石流源到監(jiān)測(cè)儀的地下巖石斷層5出現(xiàn)，泥石流引發(fā)的次聲信號(hào)將會(huì)被土壤4吸收，無(wú)法到達(dá)監(jiān)測(cè)儀地聲傳感器，監(jiān)測(cè)儀不能及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警，可能造成生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明提供了一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)及方法。所述技術(shù)方案如下:
一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)，包括:地聲監(jiān)測(cè)儀、空氣次聲監(jiān)測(cè)儀和遙測(cè)主站；所述地聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的地聲信號(hào)；空氣次聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的空氣次聲信號(hào)；遙測(cè)主站，用于接收地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀所監(jiān)測(cè)的信號(hào)，并根據(jù)空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差的關(guān)系，判斷泥石流次聲信號(hào)。一種泥石流預(yù)警方法，包括:A根據(jù)地聲信號(hào)與空氣次聲信號(hào)的傳播速度，得到空氣次聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀與地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差；B通過(guò)地聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的地聲信號(hào)預(yù)警信息，遙測(cè)主站啟動(dòng)定時(shí)；C判斷空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間是否與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀之間的時(shí)間差相同；相同，執(zhí)行步驟D，否則，執(zhí)行步驟E ;D遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)泥石流發(fā)生；E遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)為干擾信號(hào)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:由互補(bǔ)的地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀、遙測(cè)主站構(gòu)成；通過(guò)地聲與空氣次聲在空間距離上的分布，形成時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差精確判斷泥石流次聲信號(hào)，可大大提高泥石流預(yù)警精度；本發(fā)明具有極高的抗干擾能力，能準(zhǔn)確及時(shí)預(yù)警泥石流發(fā)生，保證生命和財(cái)產(chǎn)的安全。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的空氣次聲傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的地聲傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是泥石流預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是泥石流預(yù)警方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述:參見(jiàn)圖3，為泥石流預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括:地聲監(jiān)測(cè)儀6、空氣次聲監(jiān)測(cè)儀2和遙測(cè)主站31 ;所述地聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的地聲信號(hào)；空氣次聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的空氣次聲信號(hào)；遙測(cè)主站，用于接收地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀所監(jiān)測(cè)的信號(hào)，并根據(jù)空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差的關(guān)系，判斷泥石流次聲信號(hào)。上述地聲監(jiān)測(cè)儀通過(guò)設(shè)置的地聲傳感器7接收并傳播地聲信號(hào)；空氣次聲監(jiān)測(cè)儀通過(guò)設(shè)置的空氣次聲傳感器3接收并傳播空氣次聲信號(hào)。
上述遙測(cè)主站設(shè)置在距離地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀相同點(diǎn)處。上述地聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在距離泥石流源I處；所述空氣次聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在泥石流溝口接近居民區(qū)32處。地聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在距離泥石流源處用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的地聲信號(hào)，此監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離泥石流源較近，其地聲傳感器透過(guò)土壤4深入到地下基巖33處，避免了地聲信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸被吸收的可能。空氣次聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在泥石流溝口接近居民區(qū)處用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的空氣次聲信號(hào)。上述地聲信號(hào)和空氣次聲信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)微波接收兩監(jiān)測(cè)儀信息。本實(shí)施例還提供了泥石流預(yù)警方法，如圖4所示，該方法包括如下步驟:步驟401根據(jù)地聲信號(hào)與空氣次聲信號(hào)的傳播速度，得到空氣次聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀與地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差；步驟402通過(guò)地聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的地聲信號(hào)預(yù)警信息，遙測(cè)主站啟動(dòng)定時(shí)；步驟403判斷空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間是否與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀之間的時(shí)間差相同；相同，執(zhí)行步驟404，否則，執(zhí)行步驟405 ；步驟404遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)泥石流發(fā)生；步驟405遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)為干擾信號(hào)。上述實(shí)施例原理為:地聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在距離泥石流源的SI處，泥石流引發(fā)的地聲信號(hào)在巖層中傳播速度Vl ;空氣次聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在距離泥石流S2處，引發(fā)的空氣次聲信號(hào)在空氣中傳播速度V2 ;且V1>V2，當(dāng)泥石流發(fā)生后，引發(fā)的地聲信號(hào)和空氣次聲信號(hào)分別先后到達(dá)地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀，其時(shí)間差A(yù)t=S2/V2-Sl/Vl。整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)安裝投入使用后，SI和S2固定，Vl和V2固定，故At固定。當(dāng)?shù)芈暠O(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到地聲信號(hào)后，且超過(guò)閾值，通過(guò)無(wú)線(xiàn)微波將預(yù)警信息發(fā)送給遙測(cè)主站，遙測(cè)主站開(kāi)始定時(shí)，如果在等于At時(shí)間間隔接收到空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)出的預(yù)警信息，則說(shuō)明泥石流發(fā)生，任何大于或小于At間隔收到的信息都是干擾信號(hào)，如此，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的空氣次聲信號(hào)，或開(kāi)礦、山體人為爆破等作業(yè)活動(dòng)引起的地聲信號(hào)，都不能滿(mǎn)足觸發(fā)條件。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:地聲監(jiān)測(cè)儀、空氣次聲監(jiān)測(cè)儀和遙測(cè)主站；所述 地聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的地聲信號(hào)； 空氣次聲監(jiān)測(cè)儀，用于監(jiān)測(cè)泥石流引發(fā)的空氣次聲信號(hào)； 遙測(cè)主站，用于接收地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀所監(jiān)測(cè)的信號(hào)，并根據(jù)空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差的關(guān)系，判斷泥石流次聲信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述地聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在距離泥石流源處；所述空氣次聲監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在泥石流溝口接近居民區(qū)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述遙測(cè)主站設(shè)置在距離地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀相同點(diǎn)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與所述遙測(cè)主站連接。
5.一種泥石流預(yù)警方法，其特征在于，所述方法包括: A根據(jù)地聲信號(hào)與空氣次聲信號(hào)的傳播速度，得到空氣次聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀與地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差； B通過(guò)地聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的地聲信號(hào)預(yù)警信息，遙測(cè)主站啟動(dòng)定時(shí)； C判斷空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間是否與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀之間的時(shí)間差相同；相同，執(zhí)行步驟D，否則，執(zhí)行步驟E ; D遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)泥石流發(fā)生； E遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)為干擾信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的泥石流預(yù)警方法，其特征在于，所述遙測(cè)主站設(shè)置在距離地聲監(jiān)測(cè)儀和空氣次聲監(jiān)測(cè)儀相同點(diǎn)處。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種泥石流預(yù)警系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括地聲監(jiān)測(cè)儀、空氣次聲監(jiān)測(cè)儀和遙測(cè)主站；所述方法包括根據(jù)地聲信號(hào)與空氣次聲信號(hào)的傳播速度，得到空氣次聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀與地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀的時(shí)間差；通過(guò)地聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的地聲信號(hào)預(yù)警信息，遙測(cè)主站啟動(dòng)定時(shí)；判斷空氣次聲監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的空氣次聲信號(hào)到達(dá)遙測(cè)主站的時(shí)間是否與空氣次聲信號(hào)和地聲信號(hào)到達(dá)監(jiān)測(cè)儀之間的時(shí)間差相同；相同，遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)泥石流發(fā)生；否則遙測(cè)主站監(jiān)測(cè)為干擾信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)地聲與空氣次聲在空間距離上的分布，形成時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差精確判斷泥石流次聲信號(hào)，大大提高泥石流預(yù)警精度；具有極高的抗干擾能力，能準(zhǔn)確及時(shí)預(yù)警泥石流發(fā)生，保證生命和財(cái)產(chǎn)的安全。
文檔編號(hào)G08B21/10GK103198620SQ20131011241
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者曾國(guó)強(qiáng), 陳明飛 申請(qǐng)人:成都市西創(chuàng)科技有限公司