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(fù)雜，使得地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，其中滑坡災(zāi)害是我國地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害時有發(fā)生，因此做好滑坡的監(jiān)測預(yù)警工作有著重大的社會和經(jīng)濟(jì)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(biāo)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(jìn)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(diǎn)，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(jī)價格昂貴等缺點(diǎn)；(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(biāo)，具有操作方便，省時省力等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(diǎn)。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(diǎn)和短路點(diǎn)，即在實(shí)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(jìn)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(shí)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(dāng)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(jī)；
[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(jī)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(jìn)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(jì)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(jì)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(dāng)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(jì)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(yù)警，防止滑坡災(zāi)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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jī)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(jī)；7_主控制器；8_電源管理模塊；9-蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)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(dāng)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(jī)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(jìn)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(jìn)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