专利名称：一种泥石流预警系统及方法
技术领域：
本发明涉及地质监测领域，尤其涉及一种泥石流预警系统及方法。
背景技术：
我国由于地质条件复杂，是泥石流灾害的多发地。泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流一般爆发突然，来势凶猛，可携带巨大的石块，并以高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。泥石流的主要危害是冲毁城镇、企事业单位、工厂、矿山、乡村，造成人畜伤亡，破坏房屋及其他工程设施，破坏农作物、林木及耕地。此外，泥石流有时也会淤塞河道，不但阻断航运，还可能引起水灾。影响泥石流强度的因素较多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量对泥石流成灾程度的影响最为主要。此外，多种人为活动也在多方面加剧这上述因素的作用，促进泥石流的形成。我国从60年代就开始重视泥石的流监测预报，对泥石流形成的基本条件进行了系统研究，提出了泥石流预报时间尺度和泥石流发生的判别依据，开展了泥石流监测观测并建立了泥石流发生的判别模式。在上述理沦研究的基础上，还研制了一系列泥石流监测和预报仪器，它们在泥石流预警中发挥了巨大作用。现有的常用的泥石流预警系统，一般在泥石流沟口接近居民区安装监测点。通常是单一的检测地声或者空气次声，超过设定阈值即报警。如图1所示，泥石流I在形成和运动过程中引发的次声信号通过空气传播，速度远大于泥石流运动速度，先于泥石流到达空气次声监测仪2。通过监测仪安装的空气次声传感器3监测信号，一旦监测仪监测到的次声信号大于设定值，触发报警。但此方案的缺点容易受干扰，空气中有很多的次声信号，如飞机发动机发出的也是次声信号，这些次声无法滤除，引发系统误报。如图2所示，当泥石流从泥石流源I开始运动过程中摩擦、撞击沟床和岸壁而产生振动、并沿岩床方向传递，称之为泥石流地声，该信号具有狭窄的频率范围。当地声监测仪6安装的地声传感器7监测到该频率段的地声信号，并超过设定阈值，触发报警。该方案两个缺点，第一，容易受干扰，如果监测仪附近有开矿、山体人为爆破等作业活动时，也会产生同样的地声声信号通过岩层传播到监测仪。第二，有漏报隐患，当从泥石流源到监测仪的地下岩石断层5出现，泥石流引发的次声信号将会被土壤4吸收，无法到达监测仪地声传感器，监测仪不能及时准确预警，可能造成生命和财产的巨大损失。
发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种泥石流预警系统及方法。所述技术方案如下:
一种泥石流预警系统，包括:地声监测仪、空气次声监测仪和遥测主站；所述地声监测仪，用于监测泥石流引发的地声信号；空气次声监测仪，用于监测泥石流引发的空气次声信号；遥测主站，用于接收地声监测仪和空气次声监测仪所监测的信号，并根据空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间与空气次声信号和地声信号到达监测仪的时间差的关系，判断泥石流次声信号。一种泥石流预警方法，包括:A根据地声信号与空气次声信号的传播速度，得到空气次声信号到达监测仪与地声信号到达监测仪的时间差；B通过地声监测仪发送的地声信号预警信息，遥测主站启动定时；C判断空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间是否与空气次声信号和地声信号到达监测仪之间的时间差相同；相同，执行步骤D，否则，执行步骤E ;D遥测主站监测泥石流发生；E遥测主站监测为干扰信号。本发明提供的技术方案的有益效果是:由互补的地声监测仪和空气次声监测仪、遥测主站构成；通过地声与空气次声在空间距离上的分布，形成时间差，根据时间差精确判断泥石流次声信号，可大大提高泥石流预警精度；本发明具有极高的抗干扰能力，能准确及时预警泥石流发生，保证生命和财产的安全。
图1是现有技术提供的空气次声传感器系统结构示意图；图2是现有技术提供的地声传感器系统结构示意图；图3是泥石流预警系统结构示意图；图4是泥石流预警方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述:参见图3，为泥石流预警系统结构，包括:地声监测仪6、空气次声监测仪2和遥测主站31 ;所述地声监测仪，用于监测泥石流引发的地声信号；空气次声监测仪，用于监测泥石流引发的空气次声信号；遥测主站，用于接收地声监测仪和空气次声监测仪所监测的信号，并根据空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间与空气次声信号和地声信号到达监测仪的时间差的关系，判断泥石流次声信号。上述地声监测仪通过设置的地声传感器7接收并传播地声信号；空气次声监测仪通过设置的空气次声传感器3接收并传播空气次声信号。
上述遥测主站设置在距离地声监测仪和空气次声监测仪相同点处。上述地声监测仪设置在距离泥石流源I处；所述空气次声监测仪设置在泥石流沟口接近居民区32处。地声监测仪设置在距离泥石流源处用于监测泥石流引发的地声信号，此监测点距离泥石流源较近，其地声传感器透过土壤4深入到地下基岩33处，避免了地声信号长距离传输被吸收的可能。空气次声监测仪设置在泥石流沟口接近居民区处用于监测泥石流引发的空气次声信号。上述地声信号和空气次声信号通过无线微波接收两监测仪信息。本实施例还提供了泥石流预警方法，如图4所示，该方法包括如下步骤:步骤401根据地声信号与空气次声信号的传播速度，得到空气次声信号到达监测仪与地声信号到达监测仪的时间差；步骤402通过地声监测仪发送的地声信号预警信息，遥测主站启动定时；步骤403判断空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间是否与空气次声信号和地声信号到达监测仪之间的时间差相同；相同，执行步骤404，否则，执行步骤405 ；步骤404遥测主站监测泥石流发生；步骤405遥测主站监测为干扰信号。上述实施例原理为:地声监测仪设置在距离泥石流源的SI处，泥石流引发的地声信号在岩层中传播速度Vl ;空气次声监测仪设置在距离泥石流S2处，引发的空气次声信号在空气中传播速度V2 ;且V1>V2，当泥石流发生后，引发的地声信号和空气次声信号分别先后到达地声监测仪和空气次声监测仪，其时间差At=S2/V2-Sl/Vl。整个预警系统安装投入使用后，SI和S2固定，Vl和V2固定，故At固定。当地声监测仪监测到地声信号后，且超过阈值，通过无线微波将预警信息发送给遥测主站，遥测主站开始定时，如果在等于At时间间隔接收到空气次声监测仪发出的预警信息，则说明泥石流发生，任何大于或小于At间隔收到的信息都是干扰信号，如此，飞机发动机发出的空气次声信号，或开矿、山体人为爆破等作业活动引起的地声信号，都不能满足触发条件。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种泥石流预警系统，其特征在于，所述系统包括:地声监测仪、空气次声监测仪和遥测主站；所述 地声监测仪，用于监测泥石流引发的地声信号； 空气次声监测仪，用于监测泥石流引发的空气次声信号； 遥测主站，用于接收地声监测仪和空气次声监测仪所监测的信号，并根据空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间与空气次声信号和地声信号到达监测仪的时间差的关系，判断泥石流次声信号。
2.根据权利要求1所述的泥石流预警系统，其特征在于，所述地声监测仪设置在距离泥石流源处；所述空气次声监测仪设置在泥石流沟口接近居民区处。
3.根据权利要求1所述的泥石流预警系统，其特征在于，所述遥测主站设置在距离地声监测仪和空气次声监测仪相同点处。
4.根据权利要求1所述的泥石流预警系统，其特征在于，所述地声监测仪和空气次声监测仪通过无线网络与所述遥测主站连接。
5.一种泥石流预警方法，其特征在于，所述方法包括: A根据地声信号与空气次声信号的传播速度，得到空气次声信号到达监测仪与地声信号到达监测仪的时间差； B通过地声监测仪发送的地声信号预警信息，遥测主站启动定时； C判断空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间是否与空气次声信号和地声信号到达监测仪之间的时间差相同；相同，执行步骤D，否则，执行步骤E ; D遥测主站监测泥石流发生； E遥测主站监测为干扰信号。
6.根据权利要求5所述的泥石流预警方法，其特征在于，所述遥测主站设置在距离地声监测仪和空气次声监测仪相同点处。
全文摘要
本发明公开了一种泥石流预警系统及方法，所述系统包括地声监测仪、空气次声监测仪和遥测主站；所述方法包括根据地声信号与空气次声信号的传播速度，得到空气次声信号到达监测仪与地声信号到达监测仪的时间差；通过地声监测仪发送的地声信号预警信息，遥测主站启动定时；判断空气次声监测仪发送的空气次声信号到达遥测主站的时间是否与空气次声信号和地声信号到达监测仪之间的时间差相同；相同，遥测主站监测泥石流发生；否则遥测主站监测为干扰信号。本发明通过地声与空气次声在空间距离上的分布，形成时间差，根据时间差精确判断泥石流次声信号，大大提高泥石流预警精度；具有极高的抗干扰能力，能准确及时预警泥石流发生，保证生命和财产的安全。
文档编号G08B21/10GK103198620SQ20131011241
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者曾国强, 陈明飞 申请人:成都市西创科技有限公司