一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置和分级预警方法

摘要

本发明公开了一种用于边坡防护网的缓冲消能报警装置及落石灾害分级预警方法。本发明中的缓冲消能报警装置主要包括弹簧式消能和警报触发器、供电模块、警报控制模块，及与之相连的现场警报发布模块和警报信息远程无线传输模块；其中弹簧式消能和警报触发器感知落石灾害，传递信号至警报控制模块，通过现场警报发布模块及信息无线传输模块将警报信息发送至现场及远程数据控制中心；供电模块为整个装置提供稳定电源支持。本发明还公开了一种利用上述装置对较大能量落石进行分级预警的方法。利用本发明中的装置及方法可以有效准确地实现落石灾害的监测预警，警报发布机制可靠，最大限度避免和减少道路边坡崩塌落石灾害所带来的危害。

说明书

技术领域

本发明涉及地质灾害安全防护和监测预警技术领域，具体尤其是一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置和分级预警方法。

背景技术

落石是指边坡岩石块体因某种原因从地质体表面失稳后经过下落、回弹、跳跃、滚动或滑动等运动方式沿着坡面向下快速运动，最后在较平缓的地带或障碍物附近静止下来的一个动力演化过程。落石是山区常见地质灾害，其突发性强、预测困难，给人民生命财产造成极大威胁。

目前，对落石灾害的有效防控方法主要为设置防护网和危岩体监测预警。其中，防护网应对落石灾害施工简单，较为环保，但由于落石能量较大，拦截过程中经常击穿防护网或防护网整体扯落，导致防护失效。目前尚未有行之有效的方法改进防护网的缓冲性能，实现对大能量落石冲击的监测预警。

另外，危岩体的监测预警多为采用相关仪器设备等对变形情况、岩体断裂声音、岩土体应力等进行监测，但由于地质条件的复杂性，各灾害点情况各异等原因，通常难以准确预测灾害的发生并发出可靠预警。准确预测灾害的发生为世界性难题，预测难度较大，但如果做到对已发灾害的及时预警，同样能够起到防灾减灾的作用。目前，对于落石灾害的分级预警还没有及时、可靠的方法和手段。

对落石灾害的有效防控方法就是做好防护和监测预警。目前做法是对危岩体加装主动防护网，对落石采用被动防护网等。防护网应对落石的方法具有施工相对简便，较为环保等优点，但由于落石一般位处高陡，拦截过程中对防护网冲击力巨大，落石经常击穿防护网或将防护网整体扯落，导致防护失效。改进防护网的缓冲性能，对大能量的落石冲击进行监测和预警，具有重要意义。

以往对崩塌落石的监测，主要集中在对危岩体的监测上。主要监测方法有：

1、对危岩体变形情况的监测。主要方法包括采用卫星定位监测危岩体绝对位移；裂缝计、激光测距仪等监测危岩体相对位移；倾斜仪监测危岩体的倾斜或深部位移；或采用卷尺、全站仪、图像识别，乃至遥感或近景摄影等方法监测危岩体变形。

2、对岩体破裂声音的监测。主要方法有地声发射仪、地音探测仪等采集岩体变形破裂产生的声波信号，进而分析判断危岩体变形情况。

3、对岩土体应力的监测。主要采用压力计等设备监测地表地下岩土体应力变化情况。

4、其他监测方法。如采用视频识别等方法监测崩塌发生后岩土体运动状况来达到对崩塌灾害的监测预警。

上述方法一般都能较为精确的测定危岩体变形情况，但由于地质条件的复杂性，各灾害点情况各异等原因，通常都难以准确预测灾害的发生并发出可靠预警。

对于地质灾害的预测，目前仍是世界性难题。主要原因有：

1、灾害点地质条件复杂，几何结构唯一，每个灾害点的情况都与其他点不一样，因此某个点的灾害预测经验不能直接用于其他灾害点，具体点的灾害预测必须经过分析、计算和验证；

2、灾害点的地质条件，尤其是地下部分，难以完全调查清楚，给岩土体稳定分析和灾害的预测增加了极大难度；

3、岩土体失稳机理目前尚未完全掌握；

4、监测技术和方法还不足以准确获得岩土体稳定分析所需的所有参数。

虽然对灾害预测难度大，但如果当岩土体已经失稳后，对已经发生的灾害进行及时的预警，通知车辆行人及时避让，也同样能起到防灾减灾的作用。灾害的预警需要解决的基本问题通常包括：灾害发生的时间、灾害的强度、预警的及时性等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置和分级预警方法，在用套筒弹簧提高落石防护网缓冲能力的同时，增加了针对冲击能量大的落石的现场和远程实时报警功能，确保路上车辆行人能够及时知晓有滚石危险，保证车辆行人的安全。该装置既可以对未塌落的危岩体进行监测，又可以对已发生的大能量落石进行灾害分级预警，克服了现有防护网没有预警功能的不足，安装简单、不易损坏，低功耗、维护方便，尤其是预警功能直观、可靠、及时，可在所有防护网上安装，实现对现有防护网的功能升级，最大限度避免或减小落石灾害带来的危害。

一方面，本发明实施例提供了一种落石灾害的弹簧式消能报警装置，包括弹簧式消能和警报触发器、供电模块、警报控制模块、远程无线传输模块、现场警报发布模块及远程数据控制中心。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置，包括弹簧式消能和警报触发器、供电模块、警报控制模块，及与之相连的现场警报发布模块和警报信息远程无线传输模块，信息无线传输模块将警报信息发送至远程数据控制中心。

作为优选，所述的弹簧式消能和警报触发器，主要用于接受落石灾害信号，具体包括，

一个装在套筒中的弹簧，用于受到钢绳拉力时产生压缩，带动连接杆上的磁钢移动；多个干簧管开关，用于在连接杆上磁钢移动到附近时，接通电源供电。干簧管数量根据报警级别数量确定。

作为优选，所述的供电模块包括并联设置的太阳能供电模块、风能供电模块和市电供电模块，用于全系统电源供应。

作为优选，所述警报控制模块包括根据弹簧式消能和警报触发器接通的电信号，控制打开现场警报发送模块中的不同类型的警报装置，以及将需要发送的警报信息指令传递给无线传输模块。

作为优选，所述现场警报发布模块包括闪烁光警报、蜂鸣器警报、信息板或情报板等警报方式，用于根据警报控制模块指令，分别开启不同的警报器。

作为优选，所述远程警报信息传输模块包括并联设置的GPRS传输模块、CDMA传输模块、WIFI传输模块和LORA传输模块等。其中GPRS传输模块和CDMA传输模块等用于将警报信息相关数据发送到远程数据监控中心。

另一方面，本发明中的一种上述落石灾害消能报警装置落石灾害的分级预警方法，包括以下步骤：

系统上电，在落石冲击防护网时，连接所述弹簧式消能报警触发装置(1)，接通不同警报级别电路。

A、系统上电，在落石冲击防护网时，弹簧式消能报警触发装置(1)的钢绳随之拉伸，导致套筒里面的弹簧受力压缩，进而带动连接杆上的磁钢移动。当磁钢移动到干簧管附近时，接通不同位置的干簧管连接的电路，实现将磁钢位移距离与预设的警报级别对应。

所述B、警报控制模块(3)根据弹簧式消能报警触发装置(1)接通的不同电路，确定无线传输模块(4)发送警报的类别，和现场警报发布模块(5)发布的警报类型，分别发送指令。

所述C、无线传输模块(4)根据警报控制模块(3)的指令，向远程数据控制中心实时发送警报信息。

所述D、现场警报发布模块(5)根据警报控制模块(3)的指令，打开相应的闪烁光报警器、蜂鸣器报警装置或信息板等警报装置。

作为优选，“连接所述弹簧式消能报警触发装置”的具体步骤为：

所述弹簧式消能报警触发装置被连接，钢绳随之拉伸，套筒内弹簧受力压缩带动连接杆上的磁钢移动。当磁钢移动到干簧管附近时，接通不同位置的干簧管连接的电路，实现将磁钢位移距离与预设的警报级别对应。

作为优选，“磁钢位移距离与预设的警报级别对应”的具体步骤为：

步骤A中，将警报级别与磁钢位移距离对应，包括以下步骤：

A1、根据防护网防护能力和报警级别划分需求，确定每级报警的冲击能量级别。其判据可按下列公式得出：

E

其中，E为套筒式弹簧能承受的最大防护能力；E

A2、根据不同级别警报所对应的冲击能量值，确定磁钢位移距离，计算公式如下：

L

其中，L

A3、根据不同级别警报所对应的L

从上述描述可知，本发明提供了一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置及灾害预警方法。本发明实现了对现有防护网的功能升级，解决了现有落石防护网没有预警功能，对落石缓冲消能能力不足、容易损坏及维护不便等缺点，警报发布机制可靠，缓冲消能效果好，最大限度地避免或减小落石灾害带来的危害。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明的装置可安装在边坡落石主动或被动防护网上，对边坡冲击能量较大的落石进行预警，并对落石冲击能量实现缓冲消能。本发明改进了现有落石防护网没有预警功能，以及对落石缓冲消能能力不足、容易损坏、维护不便等缺点，警报发布机制可靠，缓冲消能效果好，安装维护方便，不易损坏，可重复使用。本发明还提供了对落石灾害进行现场和远程分级别预警的方法，可最大限度避免和减少道路边坡崩塌落石灾害带来的危害。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式的硬件结构示意图。

附图中标记为图中，：1、套筒式弹簧消能报警触发装置；2、供电模块；3、警报控制模块；4、无线传输模块；5、现场警报发布模块；6、远程数据控制中心。

图2是本发明中套筒式弹簧消能报警装置结构示意图。

附图中标记为：图中，1、弹簧拉伸杆；2、弹簧挡块；3、弹簧套筒；4、弹簧；5、磁钢；6、干簧管开关；7、磁钢拉杆。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

参照附图1，图1示例性的示出了一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置的主要结构。如图1所示，本实施例中弹簧式消能警报装置，包括弹簧式消能报警触发装置(1)，供电模块(2)，警报控制模块(3)，并由(3)警报控制模块将识别结果通过无线传输模块(4)，现场警报发布模块，向远程数据控制中心(6)发送警报信息，以及通过现场警报发布模块(5)在现场发布闪烁光、警报声等不同级别灾害预警信号。

弹簧式消能警报触发装置(1)与警报控制模块(3)连接，警报控制模块(3)根据触发装置(1)连接的不同电路，通过无线传输模块(4)向远程数据控制中心(6)发送警报信息，并通过现场警报发布模块(5)在现场发布闪烁光、警报声等不同级别灾害预警信号。供电模块(2)为整个系统提供稳定电力。

具体地，本实施例中为保证电源稳定及环保节能，供电模块设有太阳能供电模块、风能供电模块及市电供电模块。

进一步地，本实施例中无线传输模块(4)并联设置的GPRS传输模块、CDMA传输模块、蓝牙传输模块、WIFI传输模块、LORA传输模块等。用于根据指令将各种警报信息发送给远程数据控制中心(6)。

进一步地，本实施例中现场警报发布模块(5)设置现场闪烁光警报输出模块、蜂鸣器警报输出模块和信息板情报板等警报输出模块，保障灾害预警信息地有效发布。

参照附图2，本实施例中的弹簧式消能警报触发装置主要包括：弹簧式拉伸杆1、弹簧挡块2、弹簧套筒3、弹簧4、磁钢5、干簧管开关6及磁钢拉杆7。

具体地，本实施例中，弹簧式拉杆1、弹簧挡块2、弹簧套筒3及弹簧4组合成为套筒式弹簧，用于防护网受冲击时的通过压缩缓冲消能，并带动磁钢拉杆7移动。

进一步地，本实施例中磁钢5设置在弹簧连接杆上，用于打开干簧管开关6。

进一步地，本实施例中干簧管开关6设置在在弹簧压缩的不同位置，标记压缩距离和不同级别的冲击能量，并与磁钢5配合，接通相应的电源。

参见附图2，所述的弹簧式消能报警触发装置(1)包括：套筒式弹簧，用于防护网受冲击时的通过压缩缓冲消能，并带动磁钢连接杆移动；磁钢，设置在弹簧连接杆上，用于打开干簧管开关；干簧管开关，设置在弹簧压缩的不同位置，标记压缩距离和不同级别的冲击能量，并与磁钢配合，接通相应的电源。

所述的无线传输模块(4)包括并联设置的GPRS传输模块、CDMA传输模块、蓝牙传输模块、WIFI传输模块、LORA传输模块等。用于根据指令将各种警报信息发送给远程数据控制中心(6)。

所述的现场警报发布模块(5)包括现场闪烁光警报输出模块、蜂鸣器警报输出模块和信息板情报板等警报输出模块。

基于与弹簧式消能报警装置实施例相同地技术构思，本发明实施例还提供了一种落石灾害分级报警方法。下面对该落石灾害分级报警方法进行具体说明。

本实施例中落石灾害分级预警方法用于弹簧式消能报警装置，该方法可以包括步骤S1、步骤S2、步骤S3以及步骤S4。参照图1，一种上述的用于落石灾害的弹簧式消能报警装置的分级报警方法，包括以下步骤：

A、步骤S1，连接系统，打开供电模块电源进行系统上电，在落石冲击防护网时，弹簧式消能报警触发装置(1)的钢绳随之拉伸，导致套筒里面的弹簧受力压缩，进而带动连接杆上的磁钢移动。当磁钢移动到干簧管附近时，接通不同位置的干簧管连接的电路，实现将磁钢位移距离与预设的警报级别对应。

本实施例中步骤S1可以包括步骤S11，步骤S12以及步骤S13。

步骤S11，根据下式(1)确定每级报警的冲击能量级别：

E

其中，E为套筒式弹簧能承受的最大防护能力；E

步骤S12，根据公式(1)、(2)确定磁钢位移距离：

L

其中，L

步骤S13，根据不同级别警报所对应的Li值，确定干簧管设置位置。当磁钢移动到相应干簧管位置时，接通不同位置的干簧管连接的电路，实现将磁钢位移距离与预设的警报级别对应。

B、步骤S2，利用警报控制模块(3)根据弹簧式消能报警触发装置(1)接通的不同电路，确定无线传输模块(4)发送警报的类别，和现场警报发布模块(5)发布的警报类型，分别发送指令。

步骤S3，C、无线传输模块(4)根据警报控制模块(3)的指令，向远程数据控制中心实时发送警报信息。

D、步骤S4，现场警报发布模块(5)根据警报控制模块(3)的指令，打开相应的闪烁光报警器、蜂鸣器报警装置或信息板等警报装置。

A1、根据防护网防护能力和报警级别划分需求，确定每级报警的冲击能量级别。其判据可按下列公式得出：

E

其中，E为套筒式弹簧能承受的最大防护能力；E

A2、根据不同级别警报所对应的冲击能量值，确定磁钢位移距离，计算公式如下：

L

其中，L

A3、根据不同级别警报所对应的Li值，确定干簧管设置位置。当磁钢移动到相应干簧管位置时，接通不同位置的干簧管连接的电路，实现将磁钢位移距离与预设的警报级别对应。

从上述描述可知，本发明提供了一种用于落石灾害的弹簧式消能报警装置及灾害预警方法。本发明实现了对现有防护网的功能升级，解决了现有落石防护网没有预警功能，对落石缓冲消能能力不足、容易损坏及维护不便等缺点，警报发布机制可靠，缓冲消能效果好，最大限度地避免或减小落石灾害带来的危害。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在位列在权利要求中的元件或步骤。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方法。在不偏离本发明的原理的前提下，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。