專利名稱：一種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷達監(jiān)測技術領域，具體涉及一種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置。
背景技術：
目前還沒有一種較為有效的措施對山體滑坡進行監(jiān)測，有些監(jiān)測點采用雙電網(wǎng)監(jiān)測技術。在較容易發(fā)生山體滑坡地段架設金屬防護網(wǎng)，防護網(wǎng)上面敷設兩根絕緣導線，當發(fā)生山體滑坡時，會有石塊或大面積泥土滑落到防護網(wǎng)上，當落物重量超過防護網(wǎng)的承受能力時，會切斷導線產(chǎn)生報警信息。該技術不會誤報，只要有橫截面大于雙電網(wǎng)的網(wǎng)格，質量·大于電網(wǎng)導線的承受能力的物體落在防護網(wǎng)上，就會產(chǎn)生報警。但是，這種雙電網(wǎng)監(jiān)測技術主要存在以下幾個問題第一，對網(wǎng)格橫截面和電網(wǎng)導線的承受能力有一定要求，當落物重量小于電網(wǎng)導線的承受能力時，電網(wǎng)不會被壓斷，因此不會產(chǎn)生報警信息。這種方法反應速度慢，電網(wǎng)線一般距離鐵路較近，報警后被保護對象往往來不及作出響應。另外，對于滑坡落石等在防護網(wǎng)上的積累情況無法通過監(jiān)測信息上傳。電網(wǎng)被壓斷后，需要重新更換維護，會增加工程量；第二，電網(wǎng)監(jiān)測屬于接觸式監(jiān)測方案，需要在監(jiān)測坡體上安裝現(xiàn)場監(jiān)測設備，當發(fā)生山體滑坡后，監(jiān)測裝置易損壞，而近期還有可能出現(xiàn)新的滑坡事件，需要繼續(xù)對目標山體進行監(jiān)測，即電網(wǎng)監(jiān)測不具備重復使用性。另外，金屬網(wǎng)自身也存在一定的安全隱患，有一定的使用壽命，一旦損壞可能會對鐵路行車安全造成危害。第三，無法上報滑坡過程中的一些實時參量，對落石、泥土等進行實時的定位跟蹤，也無法判斷滑坡的面積。還有一些試驗點利用光纖光柵檢測技術實現(xiàn)監(jiān)測點的實時監(jiān)測，該技術根據(jù)應力發(fā)生變化時，光纖光柵反射光的峰值波長漂移的原理，通過對波長漂移量的度量就可以實現(xiàn)對應力的感測。光纖光柵檢測技術受地形、成本限制，應用具有一定的局限性。大面積滑坡容易造成光纖損壞，不易維護，且施工初期工程量較大?？傊?，接觸式監(jiān)測方案在造成侵限時才能上報告警，無法監(jiān)測侵限過程中的一些實時參量，無法做到事前預警。

實用新型內容針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，以提高監(jiān)測精度，滿足使用的可靠性，實現(xiàn)對目標物進行動態(tài)監(jiān)測，使其具有報警響應速度更快、上報更及時，并可以遙控測量等功能。為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案為—種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，包括現(xiàn)場控制器、監(jiān)測雷達、電源、旋轉支架和信號電纜/光纖；其中監(jiān)測雷達固定在旋轉支架上，用于監(jiān)測現(xiàn)場滑坡導致的異物侵限情況，將含有速度和距離信息的數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場控制器；電源為監(jiān)測雷達供電；[0010]現(xiàn)場控制器與監(jiān)測雷達之間采用信號電纜/光纖電連接，對監(jiān)測雷達天線的發(fā)射與接收功能進行設置以及對天線的編組形式進行控制，并對監(jiān)測雷達傳送來的信息進行綜合分析處理，提供侵限報警并上傳至監(jiān)測點附近基站監(jiān)控中心。所述的監(jiān)測雷達包括兩幅天線，編組成一發(fā)一收或一發(fā)兩收兩種形式。所述的現(xiàn)場控制器嵌入在監(jiān)測雷達內部或作為獨立模塊單獨設置。所述的旋轉支架為三維旋轉支架，包括手動云臺和底座支架，可以調節(jié)雷達相對于山體及鐵軌的照射角度。還包括與監(jiān)測雷達相配合使用的角反射器，所述的角反射器設置在山坡上。所述的現(xiàn)場控制器為裝有滑坡監(jiān)測報警分析軟件的現(xiàn)場控制器。有益效果本實用新型的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，具有的突出優(yōu)點包括·(I)監(jiān)測滑坡事件可靠性提高，滿足鐵路行業(yè)的高可靠性要求。本實用新型主要應用于鐵路沿線的山體、隧道口上方等較易發(fā)生滑坡的監(jiān)測點處，利用天線的不同編組形式以及差分干涉技術使監(jiān)測更加精確，對監(jiān)測范圍內的滑坡、落石等事件進行實時狀態(tài)監(jiān)測并報警。(2)能夠對目標物進行動態(tài)監(jiān)測。對監(jiān)測范圍內的落石、滑坡等的運動方向、運動速度進行實時動態(tài)監(jiān)測。另外，通過對整個目標進行分解并解析各分單元的位移信息，得到整個目標的位移量。(3)提高了遠程監(jiān)測精度，監(jiān)測更加靈活。雷達裝置安裝靈活，不受各種地形影響，尤其是一些施工人員很難到達的地區(qū)，監(jiān)測現(xiàn)場無須靠近或進入監(jiān)測區(qū)域。監(jiān)測距離遠，最遠監(jiān)測距離可達500m ;范圍廣，雷達波束覆蓋范圍50mX60m (長X寬)；精度高，直徑O. 5m以上的落石、滑落泥土等物體都可以監(jiān)測到，并且，可以根據(jù)反射強度估計滑坡面積或落石的大小。雷達可確保24小時不間斷監(jiān)測，保證連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，可以提前報警。(4)報警響應速度更快、上報更及時。一旦發(fā)現(xiàn)有山體滑坡或落石運動等異常情況及時告警，報警反應時間達到毫秒級，有提前報警功能。(5)具備對現(xiàn)場裝置進行查詢設置的功能。可遙控測量，無需操作人員在現(xiàn)場守候，有異物侵限發(fā)生時，裝置會自動上報告警信息至監(jiān)控中心，并發(fā)出聲光報警提示?？梢詥訄D像監(jiān)控裝置，對現(xiàn)場進行實時圖像輔助監(jiān)控，保證報警信息可靠。另外，可以通過遠程查詢和控制功能，實現(xiàn)對現(xiàn)場裝置的信息查詢和參數(shù)設置。此外，該監(jiān)測方式屬于非接觸式監(jiān)測，一般安裝在易發(fā)生異物侵限的鐵路沿線路段，連接線纜鋪設簡單，工程安裝維護方便。尤其減少了派遣人員進入已發(fā)生滑坡災害區(qū)域進行安裝調試的工作量，有別于接觸式監(jiān)測中報警受落物重量影響的監(jiān)測方法。發(fā)生異物侵限后，雷達監(jiān)測裝置不易損壞，可以重復使用，降低維護成本。裝置內部為模塊化結構、夕卜觀結構簡潔美觀，生產(chǎn)制造標準化，操作使用方便。綠色環(huán)保、對環(huán)境等不會造成任何影響。

圖I是用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置的設計原理圖；圖2是監(jiān)測雷達天線設計示意圖；圖3是監(jiān)測雷達發(fā)射接收信號示意圖；圖4是裝置采集一次數(shù)據(jù)的軟件分析過程示意圖；[0027]圖5是軟件進行逐塊比較分析的詳細流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型做進一步的解釋。如圖I和圖2所示，用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，包括現(xiàn)場控制器、監(jiān)測雷達、電源、旋轉支架和信號電纜/光纖，監(jiān)測雷達固定在旋轉支架上，并由電源為其供電，與現(xiàn)場控制器通過信號電纜光纖連接。監(jiān)測雷達用于監(jiān)測現(xiàn)場滑坡導致的異物侵限情況，將含有速度和距離信息的數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場控制器，現(xiàn)場控制器用于對監(jiān)測雷達天線的發(fā)射與接收功能進行設置以及對天線的編組形式進行控制，對監(jiān)測雷達傳送來的信息進行綜合分析處理，提供侵限報警并上傳至監(jiān)測點附近基站監(jiān)控中心。監(jiān)測雷達包括兩幅天線，編組成一發(fā)一收或一發(fā)兩收兩種形式。現(xiàn)場控制器嵌入在監(jiān)測雷達內部或作為獨立模塊單獨設置。旋轉支架為三維旋轉支架，包括手動云臺和底座支架，可以調節(jié)雷達相對于山體及鐵軌的照射角度。在監(jiān)測雷達上留信號電纜接口，與上一級監(jiān)控單元連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時上傳，電源提供五路不同的電壓輸出，通過10芯航空插頭接口與雷達電源接口連接，保證其·正常工作。該裝置，優(yōu)選在現(xiàn)場控制器裝有滑坡監(jiān)測報警分析軟件，優(yōu)選在山坡上安裝角反射器，可以增強反射強度，測試結果會更加精確。本實用新型的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，通過雷達測速測距實現(xiàn)目標物位移等信息的精確監(jiān)測和上報。利用干涉測量技術來保證對目標物位移變化情況的精確測量，該技術主要是通過估計不同時間回波信號的相位差來實現(xiàn)對目標的探測。如圖3所示，雷達裝置發(fā)射雷達波后，經(jīng)過雷達的第一次發(fā)射和接收雷達波，確定了目標物該時刻所在的位置和相位信息；再經(jīng)過一次發(fā)射和接收雷達波，確定移動目標物體第二時刻的位置和相位信息，通過其相位差確定精確的位移變化。山體滑坡監(jiān)測通常需要對多個目標進行監(jiān)測，借助步進頻率連續(xù)波技術可以實現(xiàn)對不同目標的移動情況進行監(jiān)測。在掃描時間內發(fā)射出一組電磁波，電磁波由N個頻率遞增的脈沖串組成，保證電磁波的長距離傳輸。步進頻率連續(xù)波技術還為雷達提供了很高的距離向分辨率。在雷達的監(jiān)測區(qū)域內，將沿徑向每一固定距離分割成一個單元，兩個目標之間的相對距離大于或等于這一距離時，系統(tǒng)就可以區(qū)分并獨立的的探測出兩個目標。天線編組成一發(fā)一收形式時，雷達僅具有一維探測能力，就是說當目標與雷達之間距離不同時，雷達可以區(qū)分出不同的目標。當多個目標與雷達距離相同時，系統(tǒng)測量可能會產(chǎn)生誤差，在這種需要雷達區(qū)分多個目標的情況下，考慮使用一發(fā)雙收天線編組形式，實現(xiàn)多目標的二維監(jiān)測?；卤O(jiān)測還需要準確地知道目標的運動速度，利用多普勒效應所產(chǎn)生的頻率偏移，可以達到準確測速的目的。如果在山坡上設置角反射器，可以增強反射強度，測試結果會更加精確。可以采用常用的軟件編輯語言來完成滑坡監(jiān)測報警分析軟件的開發(fā)和完成，但其應該主要完成三項工作第一，現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境背景的先期生成以及周期性的更新，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)與環(huán)境背景在時間上的一致性；第二，自動對比當前雷達監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息和前期狀態(tài)的差別，分析得出移動變化平面趨勢圖；第三，結合監(jiān)測到的距離、速度及滑坡面積大小等數(shù)據(jù)信息，分析預測侵限發(fā)生將要影響的地域范圍和時間段、侵限等級，以供上一級監(jiān)控中心參考。圖4為裝置采集一次數(shù)據(jù)的軟件分析過程，在收集監(jiān)測區(qū)域背景信息的前提下，先將所監(jiān)測區(qū)域均勻分為幾塊，按照一定的次序逐塊比較位移信息，比較結束后匯總整個區(qū)域的位移信息，若發(fā)生位移，則將告警信息上報。圖5為軟件進行逐塊比較分析的詳細流程圖，先將所監(jiān)測區(qū)域按照要求劃分為幾個小塊區(qū)域，再依次逐塊比較目標是否有位移。比較每一塊與先前采集的背景數(shù)據(jù)是否相同，若不同，則記錄一次并上報有位移發(fā)生；若相同，則繼續(xù)比較下一塊。具體在比較的同時會判斷是否比較完畢，若沒有，會繼續(xù)比較下一塊直至比較結束，最后匯總統(tǒng)計信息后上報。軟件還可以將雷達得到的位移圖通過不同的顏色直接投影到所監(jiān)測滑坡山體的背景圖上。該項功能能夠很好的將山體的位移信息和山體的位置相結合，更加直觀地顯示大位移量區(qū)域的位置，便于對各種危險區(qū)域做出災害預報，極大的減少或避免災害對人民生命財產(chǎn)造成的損失。在數(shù)據(jù)的采集過程中，軟件會實時的顯示整個區(qū)域的位移信息。任意點擊一塊區(qū)域單元，該單元的位移信息就可以很直觀的顯示出來。操作人員還可以遠程對設備進行控制，無需總守在設備旁進行管理，更加有利于保證長時間的監(jiān)測。處理軟件分析數(shù)據(jù)中的位移信息，并將每一個單元的信息進行整合，生成文本格式的位移信息。本實用新型的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，是一個基于差分干涉技術的高級遠程監(jiān)控裝置，配備有兩幅天線，根據(jù)實際需要可以編組成一發(fā)一收、一發(fā)雙收等形式，對接收到的回波信號進行差分干涉，可對易發(fā)生微小位移變化的物體進行精確的監(jiān)測，得到被測物每部分的位移變化量，分析所監(jiān)測目標物的位移變化情況。該裝置應用在易出現(xiàn)滑坡、泥石流等地區(qū)，能夠監(jiān)測到直徑O. 5m的石塊等落物和Im2面積的物體Icm的位移，可以對目標物提供連續(xù)、全面的監(jiān)測。本實用新型主要用于對所監(jiān)測物體的動態(tài)運動做二維位移監(jiān)測。通過不同的顏色表示不同的位移量，并通過軟件處理實時的顯示整個區(qū)域的位移信息。操作人員還可以遠程對設備進行控制，保證設備的正常監(jiān)測。另外，可以實現(xiàn)對監(jiān)測范圍內的落石等的運動方向、運動速度進行實時監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，結合山體的地形信息及山體與鐵軌之間的距離等信息，分析發(fā)生滑坡并侵限的可能性，并可以提前報警。本實用新型的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，具有的突出優(yōu)點是高的監(jiān)測精度及強的可靠性。利用天線的不同編組形式以及差分干涉技術使監(jiān)測更加精確。對監(jiān)測范圍內的落石等的運動方向、運動速度進行實時監(jiān)測，結合山體的地形信息及山體與鐵軌之間的距離等信息，分析發(fā)生滑坡并侵限的可能性，并可以提前報警。還可以根據(jù)反射強度估計滑坡面積或落石的大小。具有探測范圍廣、反應速度快等特點，可以保證鐵路行車安全。雷達監(jiān)測不受白天、黑夜以及霧、云和雨的影響，并有一定的穿透能力，監(jiān)測具有全天候、全天時的特點。監(jiān)測方式屬于非接觸式監(jiān)測，一般安裝在易發(fā)生異物侵限的鐵路沿線路段，連接線纜鋪設簡單，工程安裝維護方便。尤其減少了派遣人員進入已發(fā)生滑坡災害區(qū)域進行安裝調試的工作量，有別于接觸式監(jiān)測中報警受落物重量影響的監(jiān)測方法。發(fā)生異物侵限后，雷達監(jiān)測裝置不易損壞，可以重復使用，降低維護成本。工藝設計合理、內部為模塊化結構、夕卜觀結構簡潔美觀，生產(chǎn)制造標準化，操作使用方便。綠色環(huán)保、對環(huán)境等不會造成任何影響。
權利要求1.一種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，其特征在于包括現(xiàn)場控制器、監(jiān)測雷達、電源、旋轉支架和信號電纜/光纖；其中 監(jiān)測雷達固定在旋轉支架上，用于監(jiān)測現(xiàn)場滑坡導致的異物侵限情況，將含有速度和距離信息的數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場控制器； 電源為監(jiān)測雷達供電； 現(xiàn)場控制器與監(jiān)測雷達之間采用信號電纜/光纖電連接，對監(jiān)測雷達天線的發(fā)射與接收功能進行設置以及對天線的編組形式進行控制，并對監(jiān)測雷達傳送來的信息進行綜合分析處理，提供侵限報警并上傳至監(jiān)測點附近基站監(jiān)控中心。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，其特征在于所述的監(jiān)測雷達包括兩幅天線，編組成一發(fā)一收或一發(fā)兩收兩種形式。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，其特征在于所述的現(xiàn)場控制器嵌入在監(jiān)測雷達內部或作為獨立模塊單獨設置。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，其特征在于所述的旋轉支架為三維旋轉支架，包括手動云臺和底座支架。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，其特征在于還包括與監(jiān)測雷達相配合使用的角反射器，所述的角反射器設置在山坡上。
專利摘要本實用新型公開了一種用于山體滑坡監(jiān)測的雷達裝置，包括現(xiàn)場控制器、監(jiān)測雷達、電源、旋轉支架和信號電纜/光纖；所述的監(jiān)測雷達固定在旋轉支架上；所述的電源為監(jiān)測雷達供電；所述的監(jiān)測雷達與現(xiàn)場控制器之間通過信號電纜光纖連接，對雷達設備進行控制；所述的監(jiān)測雷達用于監(jiān)測現(xiàn)場滑坡導致的異物侵限情況，將含有速度和距離信息的數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場控制器；所述的現(xiàn)場控制器用于對監(jiān)測雷達天線的發(fā)射與接收功能進行設置以及對天線的編組形式進行控制，對監(jiān)測雷達傳送來的信息進行綜合分析處理，提供侵限報警并上傳至監(jiān)測點附近基站監(jiān)控中心。該雷達裝置具有的優(yōu)點包括監(jiān)測滑坡事件可靠性提高，滿足鐵路行業(yè)的高可靠性要求。能夠對目標物進行動態(tài)監(jiān)測。提高了遠程監(jiān)測精度，監(jiān)測更加靈活。報警響應速度更快、上報更及時。具備對現(xiàn)場裝置進行查詢設置的功能。
文檔編號G01S13/88GK202735512SQ20122023099
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權日2012年5月22日
發(fā)明者蔡虎, 何潞 申請人:南京泰通科技有限公司