一种边坡安全监测方法、系统及终端设备与流程

本发明属于道路安全技术领域，尤其涉及一种边坡安全监测方法、系统及终端设备。

背景技术：

随着高速铁路和高速公路等基本的交通运输设施发展，在建设运输设施的过程中，不可避免的形成了大量的边坡和人工边坡，边坡自形成起，在重力、风化、地震等外界因素扰动下，常常因失稳而发生滑坡或崩塌，造成严重地质灾害。

为保障交通安全畅通和提高运输效率，对交通沿线边坡安全的实时监测就显得尤为重要。目前的道路边坡安全监测内容比较单一，对有些危险不能及时发现，影响边坡安全监测的准确率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种边坡安全监测方法、系统及终端设备，以解决目前边坡安全监测准确率低的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种边坡安全监测方法，应用于边坡安全监测系统，所述监测系统包括：动态解调仪、设置在边坡底部的振动传感器和设置在边坡测斜管内的倾角传感器；所述动态解调仪分别与所述振动传感器和所述倾角传感器相连；

所述监测方法，包括：

获取振动信息和测斜管的偏转角度，其中，所述偏转角度通过所述动态解调仪从所述倾角传感器中获取，所述振动信息通过所述动态解调仪从所述振动传感器中获取；

基于所述振动信息确定是否存在落石以及在存在落石时确定所述落石的位置；

基于所述测斜管的偏转角度确定边坡的位移。

本发明实施例的第二方面提供了一种边坡安全监测系统，包括：动态解调仪、设置在边坡底部的振动传感器、设置在边坡内部测斜管内的倾角传感器和处理器；所述动态解调仪分别与所述振动传感器、所述倾角传感器和处理器相连；

所述处理器用于执行如上所述边坡安全监测方法的步骤。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述边坡安全监测方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述边坡安全监测方法的步骤。

本发明通过从动态解调仪获取振动传感器和倾角传感器信息，并根据获取到的信息不仅能确定是否有落石存在并确定落石的位置，还能确定是否有边坡的位移，并根据是否存在落石和边坡位移情况，确定边坡是否安全，本发明能全面监测边坡的情况，提高了边坡安全监测的准确率，实现边坡安全的多目标、全方位监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一个实施例提供的边坡安全监测方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例提供的测斜管与倾角传感器的位置关系示意图；

图3是本发明的另一个实施例提供的边坡安全监测方法的流程示意图；

图4是本发明的一个实施例提供的边坡安全监测系统的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的一种边坡安全监测方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例所提供的边坡安全监测方法，应用于边坡安全监测系统，所述监测系统包括：动态解调仪、设置在边坡底部的振动传感器和设置在边坡测斜管内的倾角传感器；所述动态解调仪分别与所述振动传感器和所述倾角传感器相连；

所述监测方法，包括：

s101，获取振动信息和测斜管的偏转角度，其中，所述偏转角度通过所述动态解调仪从所述倾角传感器中获取，所述振动信息通过所述动态解调仪从所述振动传感器中获取；

s102，基于所述振动信息确定是否存在落石以及在存在落石时确定所述落石的位置；

s103，基于所述测斜管的偏转角度确定边坡的位移。

在本实施例中，振动信息包括振动传感器的位置信息和所述振动信号对应的时刻等。

在本实施例中，边坡是在道路两旁的斜坡。

在本实施例中，边坡的位移、是否存在落石以及在存在落石时确定所述落石的位置，用于确定边坡是否安全。

如图2所示，在本发明的实施例中，测斜管为预先设置在边坡内的，且测斜管是竖直放置的，倾角传感器设置在测斜管内是均匀设置的，将测斜管均匀分成若干个单元，每个倾角传感器占测斜管的一个单元。

在本发明的实施例中，振动传感器可以是光纤光栅振动传感器。倾角传感器可以是光纤光栅倾角传感器。

在本发明的实施例中，由于测斜管设置在边坡内，且竖直设置，当边坡发生滑移后，测斜管会发生倾斜，导致测斜管产生一个偏转角，封装在测斜管内的倾角传感器感知到测斜管的偏转角，可以确定测斜管的位移，进而可以确定边坡的位移。

在本发明的实施例中，s102具体包括：

若所述振动信息中存在振动信号，则确定存在落石，且检测到所述振动信号的振动传感器对应的位置区域存在落石。

在本实施例中，若检测到振动信号，则要在预先设置的振动传感器信息中先查找检测到振动信号的振动传感器的位置。

在本实施例中，振动传感器的个数可以是一个、两个或三个，甚至更多个，当振动传感器的个数为至少三个时，振动传感器不能设置在同一直线上。

在本实施例中，若所述振动传感器为一个，所述振动传感器检测到振动信号，则有落石坠落，且落石的位置在振动传感器的监测范围内。

若所述振动传感器为两个，所述振动传感器检测到振动信号，则有落石坠落，且落石的位置在两个振动传感器的监测范围重叠部分内。

在振动传感器有一个或两个的时候，只能根据振动信号，确定有落石存在，根据振动传感器的位置大概确定落石的位置。

在本发明的实施例中，s102具体包括：

若检测到振动信号的振动传感器为至少三个，则确定存在落石；

根据检测到振动信号的振动传感器的位置信息和所述振动信号对应的时刻，得到所述落石的位置；

其中，通过

获得落石的位置；

其中，x0、y0为所述落石的位置，t0为所述落石落到所述边坡底部的时刻，x1、y1为第一个振动传感器的坐标，t1为所述第一个振动传感器检测到振动信号的时刻，v为所述振动信号的传输速度，x2、y2为第二个振动传感器的坐标，t2为所述第二个振动传感器检测到振动信号的时刻，x3、y3为第三个振动传感器的坐标，t3为所述第三个振动传感器检测到振动信号的时刻。

在本实施例中，两个振动传感器获得的方程相减得到振动传感器到落石等坠物之间的欧式距离，表示的是平面中以两个振动传感器为焦点的双曲线，双曲线上任意一点都可能是潜在的落石定点，要想确定落石位置，必须要求振动传感器至少三个以上，形成新的双曲线，这些双曲线之间的交点就是落石位置。

在本发明的实施例中，s103具体包括：

根据所述测斜管的偏转角度和预设的倾角传感器的位置信息，计算边坡的位移。

dn＝l*tanθ+dn-1

其中，dn为第n个倾角传感器对应的边坡的位移；l为每个倾角传感器所在的测斜管单元的长度；θ为第n个倾角传感器检测到的第n个倾角传感器所在的测斜管单元的偏转角度；dn-1为第n-1个倾角传感器对应位置的边坡的位移。

在本发明的实施例中，在s103之前还包括：

从预设的倾角传感器的信息中查找与检测到偏转角度相对应的倾角传感器的位置。

在本实施例中，倾角传感器的信息包括：倾角传感器的名称或编号，倾角传感器的位置等信息。

在本发明的实施例中，s103之后还包括：

根据偏转角度和落石位置，发送报警信号。

在本实施例中，若偏转角度大于预设的偏转角度，则说明边坡偏移严重，需要引起注意，发送报警信号以示提醒。

若落石的位置超区预设的安全区域，则说明落石在了危险区域，需要引起注意，发出报警信号，提醒工作人员及时清理。

在本发明的实施例中，s103之后还包括：

根据边坡的位移、偏转角度和倾角传感器所在的测斜管单元的长度，绘制边坡位移和边坡深度的曲线，得出整个边坡的位移情况。

如图3所示，在本发明的实施例中，边坡安全监测系统还包括设置在防护网上的动态应变传感器，动态应变传感器与动态解调仪相连；

所述监测方法，还包括：

s1101，获取所述防护网的静态应变和冲击信号峰值，其中，所述防护网的静态应变和冲击信号峰值通过所述动态解调仪从所述动态应变传感器中获取；

s1102，根据所述静态应变，计算得到防护网荷载；

s1103，根据所述冲击信号峰值和所述静态应变，计算得到所述防护网的冲击应变；

s1104，根据动态应变传感器的坐标和所述动态应变传感器检测到冲击信号的时间，计算并分析得到所述落石的位置。

在本发明的一个实施例中，防护网包括若干个子区域，每个子区域内都设有所述动态解调仪、一个或至少三个所述传感器。

在本发明的一个实施例中，动态用变传感器为电学类应变传感器或光纤类应变传感器。

在本实施例中，电学类应变传感器可以是电阻应变片组成的传感器，光纤类应变传感器可以是光纤光栅应变传感器。

在本发明的一个实施例中，动态解调仪为电学信号解调仪或光学信号解调仪。

在本实施例中，电学信号解调仪可以是动态电阻采集仪，光学信号解调仪可以是动态光纤光栅解调仪。

在本发明的实施例中，s1102具体包括：

其中，ε为所述静态应变，σ为防护网的应力，e为防护网的等效弹性模量，a为防护网的等效截面积，f为所述防护网荷载。

在本实施例中，防护网的拉力随着坠物和落石的增加而增加。

在本发明的实施例中，s1103具体包括：

b＝m-ε

其中，b为所述防护网的冲击应变，m为所述冲击信号峰值，ε为所述静态应变。

在本实施例中，危岩落石冲击作用下的防护网的冲击应变不仅与落石的冲量呈正相关，在落石冲量一定的情况下，防护网的冲击应变与落石的冲量的函数关系还受落石大小、落石与防护网的作用时间以及防护网的刚度等因素影响，防护网的冲击应变与落石的冲量的函数关系可以通过有限元模拟及实验获得。

在本发明的实施例中，s1104具体包括：

若所述动态应变传感器为一个，所述动态应变传感器检测到冲击信号，则有落石坠落；

若所述动态应变传感器为至少三个，根据动态应变传感器的坐标和所述动态应变传感器检测到冲击信号的时刻，计算并分析得到所述落石的位置。

在本实施例中，防护网分为若干个子区域，若每个子区域设置一个动态应变传感器，则哪个区域的动态应变传感器检测到冲击信号，则哪个区域出现落石，能大概确定落石的位置。

在本实施例中，若每个子区域设置至少三个动态应变传感器，则可以根据动态应变传感器获取到的冲击信号，能准确确定落石的位置。

在本发明的一个实施例中，至少有三个动态应变传感器存在时，落石的位置确定方法为：

在二维平面上，落石位置坐标与动态应变传感器的距离为：

两个动态应变传感器获得的方程相减得到动态应变传感器与落石之间的欧式距离：

在平面上，上述式子是以两个动态应变传感器为交点的双曲线，在双曲线上任意一点都有可能是潜在落石定点，要想确定落石准确位置，必须再增加动态应变传感器，形成新的双曲线，这些双曲线之间的交点就是落石的位置。

其中，x0、y0为所述落石的位置，t0为所述落石落到所述防护网的时刻，x1、y1为第一个动态应变传感器的坐标，t1为所述第一个动态应变传感器检测到冲击信号的时刻，v为所述冲击信号的传输速度，x2、y2为第二个动态应变传感器的坐标，t2为所述第二个动态应变传感器检测到冲击信号的时刻，x3、y3为第三个动态应变传感器的坐标，t3为所述第三个动态应变传感器检测到冲击信号的时刻。

在本发明的实施例中，s1104之后，还包括：

s1105，通过分析所述防护网荷载、所述防护网静态应变和所述防护网的冲击应变，发出报警信号。

在本发明的实施例中，s1105具体包括：

若所述防护网荷载大于预设防护网荷载，则发出报警信号。

若当前采集的所述防护网的静态应变小于上一时刻采集的所述防护网的静态应变，防护网破损，则发出报警信号。

若所述防护网的冲击应变大于预设防护网的冲击应变，则发出报警信号。

在本实施例中，若当前采集的所述防护网的静态应变小于上一时刻采集的所述防护网的静态应变，说明防护网已经破损，应力释放，导致动态应变传感器测得的应变减小，则发出报警信号，提醒工作人员及时检查更换防护网。

在本实施例中，若所述防护网荷载大于预设防护网荷载或者所述防护网荷载达到预设防护网荷载的80％，则进行不同等级预警预报，及时清理防护网坠物，防止防护网超载破坏导致灾难事故发生。

在本实施例中，若所述防护网的冲击应变大于预设防护网的冲击应变，进行报警，及时检查防护网状态，防止落石等坠物下落时将防护网穿破。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

实施例2：

如图4所示，本发明的一个实施例提供的边坡安全监测系统100，用于执行图1所对应的实施例中的方法步骤，其包括：动态解调仪140、设置在边坡底部的振动传感器110、设置在边坡测斜管内的倾角传感器130和处理器120；所述动态解调仪140分别与所述振动传感器110、所述倾角传感器130和处理器120相连；

所述处理器120包括数据获取单元、第一落石定位单元和边坡位移单元。

第一数据获取单元，用于获取振动信息和测斜管的偏转角度，其中，所述偏转角度通过所述动态解调仪从所述倾角传感器中获取，所述振动信息通过所述动态解调仪从所述振动传感器中获取；

第一落石定位单元，用于基于所述振动信息确定是否存在落石以及在存在落石时确定所述落石的位置；

边坡位移单元，用于基于所述测斜管的偏转角度确定边坡的位移。

在本发明的实施例中，边坡位移单元包括：

dn＝l*tanθ+dn-1

其中，dn为第n个倾角传感器对应的边坡的位移；l为每个倾角传感器所在的测斜管单元的长度；θ为第n个倾角传感器检测到的第n个倾角传感器所在的测斜管单元的偏转角度；dn-1为第n-1个倾角传感器对应位置的边坡的位移。

在本发明的实施例中，第一落石定位单元包括：

若所述振动信息中存在振动信号，则确定存在落石，且检测到所述振动信号的振动传感器对应的位置区域存在落石。

在本发明的实施例中，第一落石定位单元包括：

若检测到振动信号的振动传感器为至少三个，则确定存在落石；

根据检测到振动信号的振动传感器的位置信息和所述振动信号对应的时刻，得到所述落石的位置；

其中，通过

获得落石的位置；

其中，x0、y0为所述落石的位置，t0为所述落石落到所述边坡底部的时刻，x1、y1为第一个振动传感器的坐标，t1为所述第一个振动传感器检测到振动信号的时刻，v为所述振动信号的传输速度，x2、y2为第二个振动传感器的坐标，t2为所述第二个振动传感器检测到振动信号的时刻，x3、y3为第三个振动传感器的坐标，t3为所述第三个振动传感器检测到振动信号的时刻。

在本发明的实施例中，监测系统还包括设置在防护网上的动态应变传感器150，动态应变传感器150与动态解调仪140相连；

所述处理器还包括：

第二数据获取单元，用于获取所述防护网的静态应变和冲击信号峰值，其中，所述防护网的静态应变和冲击信号峰值通过所述动态解调仪从所述动态应变传感器中获取；

第一计算单元，用于根据所述静态应变，计算得到防护网荷载；

第二计算单元，用于根据所述冲击信号峰值和所述静态应变，计算得到所述防护网的冲击应变；

第二落石定位单元，用于根据动态应变传感器的坐标和所述动态应变传感器检测到冲击信号的时间，计算并分析得到所述落石的位置。

在本发明的实施例中，第一计算单元125包括：

其中，ε为所述静态应变，σ为防护网的应力，e为防护网的等效弹性模量，a为防护网的等效截面积，f为所述防护网荷载。

在本发明的实施例中，第二计算单元126包括：

b＝m-ε

其中，b为所述防护网的冲击应变，m为所述冲击信号峰值，ε为所述静态应变。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即所述边坡安全监测系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述边坡安全监测系统中处理器的具体工作过程，可以参考前述方法实施例1中的对应过程，在此不再赘述。

实施例3：

图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图5所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s103。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现如实施例2中所述的各系统实施例中的处理器的功能，例如图4所示模块110至140的功能。

所述终端设备5是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(pda)、智能电视(smarttv)等。终端设备上一般都安装有操作系统，包括但不限于：windows操作系统、linux操作系统、安卓(android)操作系统、symbian操作系统、windowsmobile操作系统、以及ios操作系统等等。以上详细罗列了终端设备5的具体实例，本领域技术人员可以意识到，终端设备并不限于上述罗列实例。

所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备5还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备5所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

实施例4：

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至步骤s103。或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例2中所述的各系统实施例中的处理器的功能，例如图4所示的模块110至140的功能。

所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，实施例1至4可以任意组合，组合后形成的新的实施例也在本申请的保护范围之内。某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。