地声在泥石流预测方面的应用

1、地声在泥石流预测方面的应用 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途光纤传感器在滑坡泥石流预测方面的应用摘要：应用地声传感器和数据采集仪，经地声传感器监测到的声波变成电信号送入数据采集仪.数据采集仪接GPRS模块，声波信号通过GPRS网络传到监测中心，在现场采集了多阵泥石流地声信号，并对数据进行了初步分析处理，根据地声频率的变化进行泥石流的预警。关键词:地声、泥石流、预测、GPRS我国泥石流灾害的概况泥石流常常具有暴发突然、来势凶猛、迅速的特点。并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用,其危害程度往往比单一的滑坡、崩塌和洪水的危害更为广泛和严重。它对人类的危害具体表现在如下四个方面:(1)对居

2、民点的危害:泥石流最常见的危害之一是冲进乡村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所、设施.淹没人畜，毁坏土地，甚至造成村毁人亡的灾难。（2)对公路、铁路及桥梁的危害：泥石流可直接埋没车站、铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断,还可引起正在运行的火车、汽车颠覆，造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河流，引起河道大幅度变迁，间接毁坏公路、铁路及其他构筑物,甚至迫使道路改线，造成巨大经济损失。我国泥石流常发地区分布泥石流运动的物理实质2)形成泥石流的基本条件泥石流的形成必须同时具备以下3个条件：陡峻的地形地貌、丰富的松散物质、短时间内有大量的水源。（1）地形地貌条件：地形上，山高沟

3、深、地势陡峻，沟床纵坡降大，沟谷形状便于水流汇集.沟谷上游地形多为三面环山,一面出口的瓢状或漏斗状，周围山高坡陡，植被生长不良，有利于水和松散土石的集中；沟谷中游地形多为峡谷，沟底纵向坡降大,使泥石流能够向下游快速流动；沟谷下游出山口的地方地形开阔平坦，泥石流物质出山口后能够堆积下来。(2）松散物质来源条件：沟谷斜坡表层岩层结构疏松软弱、易于风化、节理发育，有厚度较大的松散土石堆积物,可为泥石流形成提供丰富的固体物质来源；人类工程活动，如滥伐森林造成水土流失，采矿堆弃在沟谷的弃渣堆土等，往往也为泥石流提供大量的物质来源。（3)水源条件:水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的重要激发条件和动力

4、来源。泥石流的水源有暴雨、冰雪融水和水库（池）溃决下泄水体等。3）泥石流发生的时间规律泥石流的发生时间具有如下三个规律:（1）季节性：泥石流的暴发主要受连续降雨、暴雨、尤其是特大暴雨等集中降雨的激发。因此,泥石流发生的时间规律与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性。一般发生于多雨的夏秋季节。因集中降雨的时间的差异而有所不同.四川、云南等西南地区的降雨多集中在6-9月，因此、西南地区的泥石流多发生在69月；而西北地区降雨多集中在6、7、8三个月，尤其是7、8两个月降雨集中,暴雨强度大，因此西北地区的泥石流多发生在7、8两个月.(2）周期性：泥石流的发生受雨、洪、地震的影响,而雨洪、地震总是周

5、期性地出现。因此,泥石流的发生和发展也具有一定的周期性，且其活动周期与雨洪、地震的活动周期大体一致。当雨洪、地震两者的活动周期相叠加时,常常形成一个泥石流活动周期的高潮。（3）泥石流的发生，一般是在一次降雨的高峰期，或是在连续降雨稍后。4）泥石流主要类型按流域的沟谷地貌形态可分为沟谷型泥石流和坡面型泥石流。沟谷型：沿沟谷形成，流域呈现狭长状，规模大。山坡型：为坡面地形，沟短坡陡,规模小。图-5。沟谷型泥石流图6.坡面型泥石流【原理简述】1光纤光栅结构及传感应用图1 光纤光栅示意图Bragg光纤光栅 纤芯入射光反射光 光纤包层光纤光栅是利用光纤材料的光折变效应，用紫外激光向光纤纤芯内由侧面写入，

6、形成折射率周期变化的光栅结构（图1）。当一束入射光照入光纤时,这种折射率周期变化的光纤光栅，将反射满足(1）式相位匹配条件的入射光波： (1）式中l B 称为Bragg 波长, L为光栅周期， 为光纤材料的有效折射率。如果光纤光栅的长度为L ,由耦合波方程可以计算出反射率R为：图2为一个布喇格光纤光栅反射谱和透射谱.其峰值反射率Rm 为： （2) 图2 Bragg光纤光栅透射谱和反射谱反射的半值全宽度（FWHM)，即反射谱的线宽值为 （3）当光栅周围的应变或者温度T发生变化时,将导致光栅周期或纤芯折射率发生变化，从而产生光栅 Bragg 信号的波长位移 ，通过监测 Bragg 波长偏移情况,即

7、可获得光栅周围的应变或者温度的变化情况,因而光纤光栅可用以如：压力、形变、位移、电流、电压、振动、速度、加速度、流量、温度等多种物理量的传感和测量CWDM 技术简介 DWDM（密集波分复用）无疑是当今光纤应用领域的首选技术，但其昂贵的价格令不少手头不够宽裕的运营商颇为踌躇。为了能够以较低的成本享用波分复用技术,CWDM（稀疏波分复用）应运而生。 稀疏波分复用，顾名思义,是密集波分复用的近亲,CWDM 和 DWDM 的区别主要有二点:一是 CWDM 载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用 5 到6 个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来;二是 CWDM 调制激光采用非冷却

8、激光，而DWDM 采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐,非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高.CWDM 避开了这一难点, 因而大幅降低了成本， 整个 CWDM 系统成本只有 DWDM 的 30。CWDM 是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机.CWDM 用很低的成本提供了很高的接入带宽，适用于点对点、以太网、SONET 环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合，如大楼内或大楼之间的

9、网络通信。尤其值得一提的是 CWDM 与 PON（无源光网络）的搭配使用。PON 是一种廉价的、一点对多点的光纤通信方式，通过与 CWDM 相结合，每个单独波长信道都可作为 PON 的虚拟光链路，实现中心节点与多个分布节点的宽带数据传输。 CWDM 是成本与性能折衷的产物，不可避免地存在一些性能上的局限。业内专家指出，CWDM 目前尚存在以下 4 点不足:一、CWDM 在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；二、复用器、复用解调器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是 DMDM 相应设备的简单改型；三、CWDM 不适用于城域网，城域网节点间距离较短，运营商用在 CWDM

10、 设备扩容上的钱完全可以用来埋设更多的光缆，得到更好的效果；四、CWDM 还未形成标准。2)。数据采集仪简介数据采集仪主要完成数据采集、滤波、模数转换和与GPRS通信向上位机发送数据的功能，数据采集仪可安装在测量现场，也可在偏远地区,考虑供电等问题，要求功耗小.所以数据采集仪选用低功耗的单片机作为核心模块.本文选用MSP430作为数据采集仪的处理器.MSP430系列单片机是美国德州仪器公司近几年开发的新一代16位单片机，该单片机在设计上打破常规，采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电压、超低功耗，非常适合各种功率要求低的应用。它有多个系列和型号，分别以一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成

11、。由于其功能丰富因而又称之为混合型单片机.典型应用是智能家庭仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋广泛。MSP430系列单片机具有以下一些共同特点：低电压、超低功耗；强大的处理能力；丰富的片上外围模块；方便高效的开发环境；适应工业级运行环境；多种时钟模块；型号种类多.3).GPRS技术概述及数据传输方式与网络结构目前可用于远程监测数据传输的方式有卫星通信、公用电话通信(PSTN)、GSM网、GPRS网和Internet。卫星通信初期投资和运行费用都很高,不能广泛使用;PSTN建立连接和传输数据慢；GSM网用短消息方式传输测量数据，在采样数据量大时，运行费用高Inte

12、rnet是有线的，不便于在偏远地区使用，最佳选择是GPRS网。无线移动通信网络的发展,特别是GPRS的出现为工业自动化设备的通信提供了新的手段，通过GPRS服务，设备可采用互联网的标准方式与在互联网上的服务器交换数据.GPRS的基础是以IP包的形式进行数据的传输，GPRS无线终端接入GPRS网络的方法与普通有线MODEM类似,都采用建立PPP(Point-toPointProtoeol)连接方式。PPP协议是一种被广泛采用的串行点对点链路上传输数据报的方法,包括LCP，PAPIPCP，NCP等。GPRSMODEM通过PPP协议获得动态分配的IP地址.连接建立后，在PPP协议的基础上通过数据传输

13、协议，如TCP，UDP等实现与互联网上其他计算机的数据通信。图2为基于GP1LS技术的测控系统网络典型应用示意图。GPRS传输方式:数据采集仪通过RS232接口把数据送入GSMGPRS无线通信控制终端,GSMGPRS无线通信控制终端首先将数据打包成TCPIP数据包，再转换成GPRS数据包，通过无线链路传送到无线数据交换中心（MDEC).MDEC再剥离GPRS数据包并通过GGSN网关将TCPBP数据包传送到Internet，再由Internet传送到通信控制计算机,通信控制计算机通过Socket套接字接受TCPBP数据包,并把它还原成原始数据。当数据由无线数传监控中心到远程终端方向时,情况是类似的.4)。系统软件设计软件包括上位机和下位机的软件谢十,下位机主要是单片机的软件设计，包括信号的采集和进行模数转换、滤波.以及对GPRSMO