專利名稱：多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種預警裝置，具體的說是一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置。
背景技術：
泥石流的預警工作在前蘇聯(lián)、美國、日本等國已開展有幾十年的時間。20世紀70 年代中期，前蘇聯(lián)提出了泥石流的時間預報、空間預報、規(guī)模和特征值預報的概念；70年代末期，前蘇聯(lián)哈薩克斯坦科學院通過切莫爾干人工試驗成功研制了世界第一部泥石流警報器，日本利用降雨的實際觀測和模型實驗方法探討了不同條件下的泥石流預警方法。90年代美國為監(jiān)測菲律賓皮納圖博火山泥石流而設置的5套報警儀器均成功發(fā)回信息，為避免人員傷亡做出了貢獻。美國國家氣象局(NWS)和美國地質調查局(USGS)從1986年至1995 年在舊金山海灣地區(qū)合作進行了泥石流災害早期預警系統(tǒng)的試運行工作。該系統(tǒng)把降雨的預報和觀測結果與降雨的經驗臨界值結合起來分析降雨型泥石流的觸動時間。從1995 年開始，在降雨定量評價和預報方面取得了顯著的進步，比較成功地開發(fā)出泥石流預報災害的模型。隨著GIS的發(fā)展，降雨預報和災害模型在空間和時間上的聯(lián)系更加緊密。不幸的是，美國發(fā)生的幾次泥石流災害事件，還是造成了人類生命和財產的損失。2005年，美國地質調查局和美國內政部以第1283號通函形式發(fā)布了 “Ν0ΑΑ—USGS泥石流預警系統(tǒng)”報告，該報告是由美國國家海洋與大氣管理局、美國地質調查共同成立的泥石流研究小組對最先進的降水預報系統(tǒng)和泥石流災害評估基礎上完成的，提出了建立泥石流預警系統(tǒng)示范工程，并在最近發(fā)生過火災的加利福尼亞州南部地區(qū)和重點研究區(qū)建立了泥石流預警系統(tǒng)的示范工程，這是目前國際上最全面、先進的泥石流早期預警系統(tǒng)。我國學者自80年代開展了預警的綜合研究，探討了區(qū)域泥石流發(fā)生的臨界雨量作為預報、警報依據的方法；在泥石流預警儀器的研制上，也取得了重大成果，開發(fā)出了以下幾種監(jiān)測預警的方法①接觸型泥石流報警傳感器其工作原理是通過量測傳感器(安裝在泥石流斷面?zhèn)缺诘呐栊伟疾劾?被泥石流體淹沒之前的高電位和傳感器被泥石流體淹沒后溝通的電流從變壓器流經限流電阻、傳感器、泥石流體、接地極又回到變壓器的回路電壓，借助于其之間的差異，來判別傳感器是否被淹沒，從而確定和發(fā)報泥石流是否發(fā)生及發(fā)生的規(guī)模；②超聲波泥位報警考慮到泥石流流深能直觀地反映泥石流規(guī)模大小和可能危害的程度，利用回聲測距的原理，測得傳感器斷面的泥石流流深來判定泥石流發(fā)生的規(guī)模；③遙測地聲警報泥石流運動過程中摩擦、撞擊溝床和岸壁而產生振動，并沿溝床方向傳遞，稱之為泥石流地聲。其信號具有一狹窄的頻率范圍，且其卓越頻率較其它頻率成分(環(huán)境噪聲)至少高出20分貝。另外，地聲信號的強度與泥石流規(guī)模成正。利用泥石流地聲的這些特點，即可通過信號接收與轉換，對泥石流實施報警，報警裝置自收到泥石流地聲信號開始報警，泥石流停歇，信號消失，因而從原理上消除了錯報.漏報的可能。此外，近年來我國學者已注意到新技術新方法在泥石流預測預報中的應用，使用遙感技術、灰色系統(tǒng)理論、專家系統(tǒng)判別技術、信息處理技術、計算機仿真和人工神經網絡方法等進行泥石流預測預報。盡管泥石流監(jiān)測預報已經取得了顯著的成果，但還遠不能滿足減災工作的要求。 這主要表現在以下三個方面(1)泥石流預報存在著不確定性。這是泥石流監(jiān)測預報的基本理論問題，也是預報的方法論問題。由于泥石流發(fā)生背景的復雜性以及對其形成機理和匯流規(guī)律的理解還不是十分清楚，激發(fā)泥石流的雨量和雨強尚不能準確定量。另外，泥石流預報精度也只能限定在氣象部門對降雨天氣過程有了明確預報結論的前提之下。因而，泥石流預報的準確程度不能超過暴雨預報的準確率。暴雨出現是隨機事件，暴雨預報也具有概率性。在此前提下做出的泥石流發(fā)生預報也具有隨機性。泥石流監(jiān)測預報精度的提高除依賴于天氣預報精度的提高外，還有賴于泥石流形成條件與形成機理研究的深化。泥石流預報的非確定性，為泥石流預報提出了新的課題。( 預報模式推廣尚有難度。相對精確的泥石流預報模式，大多是建立在長系列觀測資料基礎之上的。如前述蔣家淘模式和甘洛試驗區(qū)模式，這些多為黑箱式經驗性模式，沒有包含泥石流形成背景條件與機理的信息。由于泥石流形成背景條件因溝而異，在不同地區(qū)差異更大，將這些模型用于缺乏觀測資料的溝谷勢必存在一定難度?；谟嬎銠C和新方法應用的泥石流預測方法，是一種有益的嘗試和探索，是對傳統(tǒng)預測預報方法的補充。但基本上也屬于“黑箱式”的思維(如神經網絡)，加上泥石流現象本身的復雜性，所建立的方法離可靠地解決實際減災問題還有一定距離。從根本上講，建立基于泥石流發(fā)生機理的預測預報理論和方法仍是今后泥石流研究的主要課題。(3)監(jiān)測預報尚未涉及災害損失。泥石流在運動過程中具有大沖大淤的特性，沿途山坡和溝道中的松散固體物質往往加入到泥石流中，使得泥石流的規(guī)模和破壞力很難預測。盡管遙測泥位計和超聲波警報器可以對泥石流發(fā)生規(guī)模做出監(jiān)測和預報，但由于尚沒有對泥石流成災機理進行系統(tǒng)研究，預測預報模式與方法中較少考慮危險區(qū)社會經濟和土地利用狀況，迄今還缺少泥石流成災規(guī)模和災害損失的預報
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，該裝置可以根據泥石流泥位閾值，準確地對不同等級的泥石流進行預警。為實現上述目的，本實用新型采用如下具體技術方案一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，所述預警裝置包括若干斷線、監(jiān)測采集點及監(jiān)測站點；所述斷線兩端固定于泥石流溝道的斷面兩側壁并與所述監(jiān)測采集點形成閉合電路；所述監(jiān)測采集點包括一 GPRS數據采集模塊，所述數據采集模塊和監(jiān)測站點無線連接。所述泥石流溝道的斷面泥位特征值1.461m處設有一級預警斷線；泥位特征值1. ^ !!處設有二級預警斷線；泥位特征值1. 105m處設有三級預警斷線；泥位特征值 0. 961m處設有四級預警斷線。所述GPRS數據采集模塊包括信號檢測部分和無線信號發(fā)射部分，當所述斷線閉合回路發(fā)生中斷時，GPRS數據采集模塊中的信號檢測部分就會檢測到該信號的變化，進而
4通過GPRS數據采集模塊21中的無線信號發(fā)射部分將檢測結果發(fā)給所述監(jiān)測站點。所述監(jiān)測采集點還設有太陽能板。所述泥石流溝道斷面兩側壁上設有固定孔，所述固定孔內置膨脹螺絲，所述斷線固定于所述膨脹螺絲上。所述斷線為1芯電線，電壓IV，內芯規(guī)格3. 5mm2以上。所述監(jiān)測站點還包括服務器和報警裝置。所述泥石流溝道包括形成區(qū)、通流區(qū)和堆積區(qū)，所述斷線位于所述通流區(qū)的泥石流溝道斷面。所述斷線位于所述通流區(qū)接近形成區(qū)一側的泥石流溝道斷面上。本實用新型的有益效果可以準確、實時地監(jiān)測泥石流狀態(tài)，反應泥石流的發(fā)生情況，并及時報警，為山洪泥石流災害分級監(jiān)測預警提供了科學依據。本實用新型的可實施性和突出實質性特點以及積極效果可通過以下實例得以體現，但不限制其范圍。

圖1為本實用新型多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置結構示意圖；圖2為本實用新型斷線安裝位置示意圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，所述預警裝置包括若干斷線1、監(jiān)測采集點2及監(jiān)測站點3 ；所述斷線1兩端固定于泥石流溝道的斷面4兩側壁并與所述監(jiān)測采集點2形成閉合電路；所述監(jiān)測采集點2包括一 GPRS數據采集模塊21，所述數據采集模塊21和監(jiān)測站點3無線連接。如圖1所示，所述泥石流溝道斷面4泥位特征值1. 461m處設有一級預警斷線；泥位特征值1. ^ !!處設有二級預警斷線；泥位特征值1. 105m處設有三級預警斷線；泥位特征值0. 961m處設有四級預警斷線。GPRS數據采集模塊21包括信號檢測部分和無線信號發(fā)射部分，當上述斷線的閉合回路發(fā)生中斷時，GPRS數據采集模塊中的信號檢測部分就會檢測出與斷線1相連的端子臺信號的變化，進而通過GPRS數據采集模塊21中的無線信號發(fā)射部分將這一狀態(tài)發(fā)給所述監(jiān)測站點。所述監(jiān)測采集點2還設有太陽能板22。所述泥石流溝道的斷面4兩側壁上設有固定孔，所述固定孔內置膨脹螺絲，所述斷線固定于所述膨脹螺絲上。所述斷線1為1芯電線，電壓IV，內芯規(guī)格3. 5mm2以上。所述泥石流溝道5包括形成區(qū)51、通流區(qū)52和堆積區(qū)53，所述斷線1位于所述通流區(qū)52接近形成區(qū)51 —側的泥石流溝道斷面上。監(jiān)測站點3包括服務器和報警裝置；服務器通過無線方式接收GPRS數據采集模塊發(fā)射的信號。本實施例中GPRS數據采集模塊的型號為索愛Q64，提供單位是西南交通大學；[0036]數據采集模塊是西南交通大學提供，主要是通過編程在計算機中實現；報警裝置型號為JSK-030D1，提供單位是日本國土防災技術研究所。本實用新型是以泥石流泥位特征值的計算為基礎的，現以四川省寧南縣以史家溝泥石流為例說明本實用新型的實現過程(1)泥位閾值計算第一步應用洪峰流量的推求公式計算得到史家溝的不同設計頻率下的洪峰流量值；第二步通過計算可計算容重2. 0 t/m3條件下的泥石流流量；第三步依據泥石流混合相流速計算公式可以得到泥石流的流速；第四步泥石流泥位計算由于泥石流流量的計算是在設計頻率下完成的，泥位特征值也要考慮四種設計頻率，即十年一遇(P=10%)、二十年一遇(P=5%)、五十年一遇(P=2%)和百年一遇(P=l%)的泥位特征值。當泥石流容重為2. 0t/m3時，史家溝的泥位特征值范圍為0. 96nTl. 42m ；因此據此就可以確定不同設計頻率下的泥位特征值所對應的報警級別，并可以確定相應的淹沒成災范圍。即百年一遇的設計頻率下的泥位特征值(1.461m)代表一級預警標準；五十年一遇的設計頻率下的泥位特征值(1. 283m)代表二級預警標準；二十年一遇的設計頻率下的泥位特征值(1. 105m)代表三級預警標準；十年一遇的設計頻率下的泥位特征值(0. 961m)代表四級預警標準。(2)選取監(jiān)測斷線安裝位置天然的泥石流溝道，根據其功能可以分為三個區(qū)①形成區(qū)它是泥石流的水源和固體松散物質匯集區(qū)；②流通區(qū)該區(qū)泥石流溝道很陡，是泥石流的加速運動與侵蝕區(qū)；③堆積區(qū)堆積區(qū)泥石流溝道變緩，泥石流慢慢減速直至停止堆積，由于該區(qū)域是人們主要的生產生活區(qū)，因此是泥石流主要威脅的區(qū)域，同樣也是本裝置保護的對象。根據泥石流的分區(qū)特點，我們在流通區(qū)選取典型的溝道斷面進行斷線監(jiān)測裝置的布設，如圖2所示。(3)多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置安裝過程及工作原理首先是斷線的選擇問題，泥石流斷線要求顏色醒目的1芯電線，電壓要求IV，內芯規(guī)格3. 5mm2以上。斷線安裝，根據計算求出的不同設計頻率下的泥位特征值，在選取的泥石流溝道典型斷面兩側按照相應的高度打孔并嵌入膨脹螺絲，這樣就可以將符合要求的斷線安置在預設的溝道內。多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置的工作原理當斷線安裝好后與監(jiān)測采集點形成閉合回路，并通過太陽能板對其提供微電流，溝道中有泥石流發(fā)生時，就可以根據泥位的高度來判斷是否會對下游產生影響，泥位較低時不會觸及斷線設置的高度，當有較大的泥石流發(fā)生時面積可以很據被切斷的線路發(fā)出相應級別的泥石流預警，通過GPRS無線發(fā)射裝置將信號傳輸到監(jiān)測站點，站點內的計算機對信號進行處理后可以確定出泥石流的危險等級，最后使用報警裝置發(fā)出相應級別的預警，這對于保護泥石流影響區(qū)內的人民群眾至關重要，同時也為超聲波泥位計的安裝提供了科學依據。
權利要求1.一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述預警裝置包括若干斷線、監(jiān)測采集點及監(jiān)測站點；所述斷線兩端固定于泥石流溝道的斷面兩側壁并與所述監(jiān)測采集點形成閉合電路；所述監(jiān)測采集點包括一 GPRS數據采集模塊，所述數據采集模塊和監(jiān)測站點無線連接。
2.根據權利要求1所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述泥石流溝道的斷面泥位特征值1. 461m處設有一級預警斷線；泥位特征值1. 283m處設有二級預警斷線；泥位特征值1. 105m處設有三級預警斷線；泥位特征值0. 961m處設有四級預警斷線。
3.根據權利要求2所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述GPRS數據采集模塊包括信號檢測部分和無線信號發(fā)射部分，所述斷線閉合回路發(fā)生中斷時，GPRS 數據采集模塊中的信號檢測部分就會檢測出這一信號的變化，通過所述GPRS數據采集模塊中的無線信號發(fā)射部分將信號發(fā)送至所述監(jiān)測站點。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述監(jiān)測采集點還設有太陽能板。
5.根據權利要求4所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述泥石流溝道的斷面兩側壁上設有固定孔，所述固定孔內置膨脹螺絲，所述斷線固定于所述膨脹螺絲上。
6.根據權利要求5所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述斷線為1 芯電線，電壓IV，內芯規(guī)格3. 5mm2以上。
7.根據權利要求6所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述監(jiān)測站點還包括服務器和報警裝置。
8.根據權利要求7所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述泥石流溝道包括形成區(qū)、通流區(qū)和堆積區(qū)，所述斷線位于所述通流區(qū)的泥石流溝道斷面。
9.根據權利要求8所述的多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，其特征在于，所述斷線位于所述通流區(qū)接近形成區(qū)一側的泥石流溝道斷面上。
專利摘要本實用新型公開了一種多通道泥石流斷線監(jiān)測預警裝置，所述預警裝置包括若干斷線、監(jiān)測采集點及監(jiān)測站點；所述斷線兩端固定于泥石流溝道的斷面兩側壁并與所述監(jiān)測采集點形成閉合電路；所述監(jiān)測采集點包括一GPRS數據采集模塊，所述數據采集模塊和監(jiān)測站點無線連接。本實用新型針對我國普遍存在的非均質泥石流，通過嚴密的理論推導求出泥石流泥位閾值，具有高度的科學性及實踐性，同時泥位閾值的計算對于泥石流淹沒成災范圍的劃定很有意義，該實用新型為山洪泥石流災害分級監(jiān)測預警系統(tǒng)的建立提供了科學依據。
文檔編號G08B21/10GK202120410SQ201120212660
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者舒安平 申請人:北京師范大學