[發明專利]一種基于次聲波的泥石流監測與報警系統

在審

• 申請號: 201510313268.5
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104900013A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 官洪運;張慧;路昊
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及泥石流監測技術領域，特別是涉及一種基于次聲波的泥石流監測與報警系統。

背景技術

泥石流是一種山區常見的地質災害，在山谷深壑、地形險峻的地區，由降水(包括冰川、積雪融化水、暴雨等)將土質松軟且含有沙礫的山體稀釋后形成，運動過程中夾雜著大量泥沙以及石塊等固體物質的特殊洪流。泥石流具有暴發突然、來勢兇猛、迅速的特征，并經常伴有滑坡、洪水和崩塌的多重破壞作用，破壞力巨大，嚴重威脅著水利水電、礦山、山區交通等工程設施和山區當地群眾的生命財產安全。近幾年來，世界各地頻繁地發生大型泥石流災害，致使數千人失蹤及喪生，給當地居民的生命財產造成巨大的損害。

目前對泥石流的監測手段主要是采用視頻監測，或者采用人工巡回監測。這種傳統的監測方式，不僅很難保證其效率和準確性，而且對發生在地形險要的山區，人工值守的方式缺乏監測者的人身安全保障。因此，研究和設計一種新型泥石流監測系統，對提前做出泥石流災害監測，減少泥石流造成的損失有著重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于次聲波的泥石流監測與報警系統，對泥石流災害的發生進行實時的監測，并實施報警。

本發明的發明人發現，當孕育泥石流災害或者發生泥石流時巖石層會因發生斷裂、摩擦和擠壓等現象而產生一種蘊含重要地質信息的次聲信號——次聲波。泥石流次聲信號具有頻率低(約為0～20Hz)，波長長，容易發生衍射，在傳播過程中遇到障礙物很難被阻擋等特性。泥石流次聲信號在空氣中不易被吸收，傳播過程中衰減很小，能傳很遠的距離，而且它具有極強的穿透能力，頻率高的聲信號用一張普通的厚紙就可以將它隔住，但是對泥石流次聲信號，就是普通的墻壁也很難隔住它。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于次聲波的泥石流監測與報警系統，包括次聲傳感器、信號處理電路、數據采集卡和計算機，所述次聲傳感器用于采集泥石流次聲信號；所述信號處理電路用于對采集到的泥石流次聲信號進行放大處理和濾波處理；所述信號采集卡將經過信號處理后的泥石流次聲信號進行模數轉換并將轉換后的結果傳輸到計算機中；所述計算機采用HHT方法對信號進行時頻域分析，并計算出信號的功率譜，得出信號能量，進而進行泥石流災害的判定。

所述計算機進行泥石流災害的判定時，以背景噪聲次聲段信號的最高頻譜能量值作為一個參考能量，并據此定一個高于此參考能量的閾值，當采集到的次聲段信號頻譜能量最高值超過所述閾值時，就進行一次觸發，然后重置能量，計算下一次的信號能量，再進行判定，以此類推，計算出一定時間內的觸發次數從而對泥石流災害進行判定，并判斷是否啟動報警系統。

所述次聲傳感器為B&K公司的4189型號傳感器。

所述數據采集卡為NI9234數據采集卡。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明針對泥石流災害發生時產生的次聲波的機理進行了深入研究，對采集到的次聲波信號特征采用Hilbert-Hang變換(HHT)，其對非線性及非平穩信號有較好的分析和處理效果，可將泥石流產生的次聲波和背景噪聲進行了有效的分離。本發明將次聲波傳感器采集到的泥石流次聲信號，經過數據采集卡轉換為數字信號送入計算機，使用MATLAB軟件和HHT等數字信號處理方法，依據次聲波信號的特征進行數據的處理和分析，最終依據設定的閾值，來對泥石流災害的發生進行實時的監測，并實施報警。

附圖說明

圖1是本發明的系統總體框圖；

圖2是背景噪聲頻譜圖；

圖3是混凝土攪拌機工作時采集到的信號頻譜圖；

圖4是數據采集模塊顯示的信號波形圖；

圖5是HHT變換以后的次聲信號時頻圖；

圖6是災害判定流程圖；

圖7是背景噪聲功率譜圖；

圖8是實驗中采集到的信號功率譜圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。