一種基于tdr技術(shù)的滑坡監(jiān)測裝置及滑坡監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測裝置及滑坡監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國山區(qū)面積廣大，地形復雜，使得地質(zhì)災害頻繁發(fā)生，其中滑坡災害是我國地質(zhì)災害的主要形式，特別是在山區(qū)較多的西南、中南等地以及西北、東南沿海等部分地區(qū)，滑坡災害時有發(fā)生，因此做好滑坡的監(jiān)測預警工作有著重大的社會和經(jīng)濟意義。
[0003]現(xiàn)有的滑坡監(jiān)測手段一般有以下幾種:(I)GPS法:該方法利用距離、坐標及角度的新值與其初始值之差來體現(xiàn)滑坡體的滑動。具有可進行連續(xù)監(jiān)測、自動化程度高、作業(yè)方便、低投資等優(yōu)點，但是該方法在應(yīng)用中同時存在衛(wèi)星信號易被遮擋，接收機價格昂貴等缺點；(2)近景攝影測量法:該方法使用近景攝影儀來觀測滑坡體的三維坐標，具有操作方便，省時省力等優(yōu)點，但其精度低，且容易受氣候影響，不適用于緩慢變化的滑坡。此外，還有大地精密測量法等其他監(jiān)測方法，但是這些方法大都存在著或施工量大，或精度低，或是價格昂貴等缺陷，限制了它們進一步的應(yīng)用。
[0004]近些年TDR技術(shù)被應(yīng)用到滑坡監(jiān)測中，該方法進行滑坡監(jiān)測時，監(jiān)測系統(tǒng)向埋設(shè)在監(jiān)測孔內(nèi)的測試電纜發(fā)射脈沖信號，當出現(xiàn)滑坡時，土體或巖石擠壓電纜變形，在變形處脈沖信號將發(fā)生反射，通過分析反射信號，可推算出滑坡面的深度和滑移量。該方法具有監(jiān)測時間短、可遙測、安全性高，效率優(yōu)等優(yōu)點。但是目前，國內(nèi)還沒有相應(yīng)的測試裝置，而國外對于該技術(shù)的應(yīng)用，如Campbell Scientific的TDR100、Tektronix的1502C/CS系列等監(jiān)測儀器，除了價格昂貴外，還需購買與儀器配套的相關(guān)設(shè)備。而一般的TDR測試裝置只能測試電纜的斷點和短路點，即在實際中只能測出滑坡面的深度，而對于滑坡的滑移量卻無法進一步測得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種能夠同時測出滑坡面的深度和滑移量，并且測量結(jié)果精確，能夠提升測量效率，降低監(jiān)測成本的基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測裝置及滑坡監(jiān)測方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測裝置采用的技術(shù)方案，包括垂直扦插在待測位置地層當中的同軸電纜，同軸電纜裸露在地面上的接頭與TDR監(jiān)測平臺連接；所述的TDR監(jiān)測平臺包括:
[0007]用于向同軸電纜發(fā)送脈沖信號的脈沖發(fā)生模塊；
[0008]用于接收同軸電纜反射電壓信號的數(shù)據(jù)采集模塊；
[0009]用于控制數(shù)據(jù)采集模塊采集時間的時鐘控制模塊；
[0010]用于存儲數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)的存儲器；
[0011]用于將數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)傳輸至PC的通訊模塊；
[0012]用于對PC獲取的數(shù)據(jù)重組處理，形成相應(yīng)波形的上位機；
[0013]所述的脈沖發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘控制模塊、存儲器以及通訊模塊連接主控制器，脈沖發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘控制模塊、存儲器、通訊模塊以及主控制器通過電源管理模塊連接蓄電池。
[0014]所述脈沖發(fā)生模塊包括窄脈沖發(fā)生器及用于脈沖信號整形的高速比較器。
[0015]所述主控制器采用FPGA芯片。
[0016]所述數(shù)據(jù)采集模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
[0017]所述存儲器為同步動態(tài)隨機存儲器。
[0018]所述時鐘控制模塊包括可編程延時芯片。
[0019]所述通訊模塊包括USB2.0芯片。
[0020]本發(fā)明基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測方法采用的技術(shù)方案，包括以下步驟:
[0021]第一步，在待測位置地層垂直打孔，并將同軸電纜放置進孔中；
[0022]第二步，向孔內(nèi)同軸電纜周圍填埋砂楽，使同軸電纜與待測位置地層緊密結(jié)合；
[0023]第三步，將同軸電纜裸露在地上的接頭與TDR監(jiān)測平臺連接；
[0024]第四步，通過TDR監(jiān)測平臺向同軸電纜發(fā)送脈沖信號，然后觀測TDR監(jiān)測平臺反射電壓信號的數(shù)據(jù)及波形:若待測位置地層發(fā)生滑坡，則同軸電纜發(fā)生形變，其阻抗值也會發(fā)生變化，同軸電纜中傳播的脈沖信號將發(fā)生反射，根據(jù)脈沖返回的時間及幅值計算出同軸電纜發(fā)生形變的位置及形變量大小，以此得出待測位置地層滑坡面的深度和滑移量，并根據(jù)同軸電纜形變量的變化趨勢，計算出滑坡體的穩(wěn)定程度。
[0025]所述的第一步在待測位置邊坡上垂直打孔。
[0026]所述的TDR監(jiān)測平臺向同軸電纜發(fā)送窄脈沖信號，脈沖上升時間為1ns，采樣頻率為 20GHz ο
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測裝置通過對垂直扦插在待測位置地層當中的同軸電纜發(fā)送脈沖信號，根據(jù)同軸電纜反射的電壓信號判斷待測位置是否發(fā)生滑坡，通過反射電壓信號的時間及幅值，能夠計算出同軸電纜發(fā)生形變的位置及形變量大小，以此得出待測位置地層滑坡面的深度和滑移量，并根據(jù)同軸電纜形變量的變化趨勢，推斷出滑坡體的穩(wěn)定程度，從而在發(fā)生整體滑坡之前發(fā)出預警，防止滑坡災害的發(fā)生。本發(fā)明外型小巧，易于攜帶，最后的監(jiān)測數(shù)據(jù)以波形展示，結(jié)果反應(yīng)比較直觀，易于操作，本發(fā)明硬件電路相對其他同類產(chǎn)品更為簡單，生產(chǎn)制造成本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測方法通過在待測位置地層垂直打孔，將同軸電纜放置進孔中，向孔內(nèi)同軸電纜周圍填埋砂漿，使同軸電纜與待測位置地層緊密結(jié)合，若待測位置地層發(fā)生滑坡，則同軸電纜會發(fā)生形變，通過將同軸電纜與TDR監(jiān)測平臺連接，根據(jù)同軸電纜是否有脈沖返回，能夠直觀清楚的看出待測位置地層是否發(fā)生滑坡，根據(jù)脈沖返回的時間及幅值能夠計算出待測位置地層滑坡面的深度和滑移量，并根據(jù)同軸電纜形變量的變化趨勢，推斷出滑坡體的穩(wěn)定程度。本發(fā)明監(jiān)測方法簡單易行，測量結(jié)果精確，能夠提升測量效率，降低監(jiān)測成本。
[0029]進一步的，本發(fā)明TDR監(jiān)測平臺向同軸電纜發(fā)送窄脈沖信號，脈沖上升時間為1ns，采樣頻率為20GHz，窄脈沖的上升時間越短，窄脈沖在同軸電纜變形處反射的信號越明顯，測量精度就越高。
【附圖說明】
[0030]圖1本發(fā)明滑坡監(jiān)測裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0031]圖2本發(fā)明滑坡監(jiān)測裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3本發(fā)明滑坡監(jiān)測裝置上位機工作流程框圖；
[0033]附圖中:1-同軸電纜；I1-TDR監(jiān)測平臺；1_脈沖發(fā)生模塊；2-數(shù)據(jù)采集模塊；3-時鐘控制模塊；4_存儲器；5_通訊模塊；6_上位機；7_主控制器；8_電源管理模塊；9-蓄電池。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0035]參見圖1，本發(fā)明滑坡監(jiān)測裝置包括垂直扦插在待測位置地層當中的同軸電纜I，同軸電纜I裸露在地面上的接頭與TDR監(jiān)測平臺II連接；
[0036]TDR監(jiān)測平臺II包括:用于向同軸電纜I發(fā)送脈沖信號的脈沖發(fā)生模塊I ;用于接收同軸電纜I反射電壓信號的數(shù)據(jù)采集模塊2 ;用于控制數(shù)據(jù)采集模塊2采集時間的時鐘控制模塊3 ;用于存儲數(shù)據(jù)采集模塊2采集數(shù)據(jù)的存儲器4 ;用于將數(shù)據(jù)采集模塊2采集數(shù)據(jù)傳輸至PC的通訊模塊5 ;用于對PC獲取的數(shù)據(jù)重組處理，形成相應(yīng)波形的上位機6。
[0037]其中，脈沖發(fā)生模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、時鐘控制模塊3、存儲器4以及通訊模塊5連接主控制器7，主控制器7控制脈沖發(fā)生模塊I向同軸電纜I發(fā)送脈沖信號，并通過時鐘控制模塊3控制數(shù)據(jù)采集模塊2步進延時采樣。
[0038]此外，主控制器7與數(shù)據(jù)采集模塊2、存儲器4以及通訊模塊5進行雙向通信。脈沖發(fā)生模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、時鐘控制模塊3、存儲器4、通訊模塊5以及主控制器7通過電源管理模塊8連接蓄電池9。
[0039]脈沖發(fā)生模塊I包括窄脈沖發(fā)生器以及用于窄脈沖信號整形的高速比較器，窄脈沖發(fā)生器采用組合邏輯電路，高速比