本發(fā)明涉及一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)及方法，通過(guò)長(zhǎng)期定時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)堤壩等水工建筑物的電場(chǎng)變化情況，尋找其因內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的安全隱患。

背景技術(shù)：

目前對(duì)于堤壩等水工建筑物的安全監(jiān)測(cè)主要通過(guò)監(jiān)測(cè)堤壩等水工建筑物的形變、滲流、壓力、溫度等的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

采用以上方法對(duì)堤壩安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)主要通過(guò)布設(shè)在堤壩周邊或堤壩內(nèi)部的傳感器來(lái)獲取堤壩的變化，從而實(shí)現(xiàn)堤壩的安全監(jiān)測(cè)。若采用在堤壩周邊布置測(cè)量堤壩變化的傳感器，則需要當(dāng)?shù)虊伪砻姘l(fā)生變化時(shí)，才能監(jiān)測(cè)到堤壩的安全隱患，而一旦堤壩表面發(fā)生變化，堤壩內(nèi)部可能已經(jīng)發(fā)生非常明顯的變化，堤壩的危險(xiǎn)性已經(jīng)很高，可能導(dǎo)致留給治理安全隱患的時(shí)間很短，因此該方法的預(yù)見(jiàn)性不強(qiáng)。若采用在堤壩建設(shè)時(shí)預(yù)埋測(cè)量堤壩變化的傳感器，則由于傳感器的加入，有可能改變堤壩的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，且一旦傳感器出現(xiàn)故障，則無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果對(duì)于已建設(shè)好的堤壩，要在堤壩內(nèi)部安裝傳感器，則需要對(duì)堤壩進(jìn)行鉆孔等破壞性作業(yè)，造成堤壩的結(jié)構(gòu)破壞。故目前常用的堤壩安全監(jiān)測(cè)手段和方法均存在一些問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前已有的堤壩安全監(jiān)測(cè)手段和方法所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)損的、長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的、可預(yù)見(jiàn)性強(qiáng)的、低成本的堤壩安全的三維電法監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明提出一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器、電法供電電極和測(cè)量電極、電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)。

電法供電電極、測(cè)量電極和電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)按照一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法安裝在堤壩上及周邊；電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器長(zhǎng)期按照一定時(shí)間間隔獲取堤壩的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)局域網(wǎng)把所獲取的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)連接有顯示屏和報(bào)警裝置；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把所獲取的所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于包括以下過(guò)程：

1)電法供電電極、測(cè)量電極和電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)按照一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法安裝在堤壩上及周邊；電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器長(zhǎng)期按照一定時(shí)間間隔獲取堤壩的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并上傳到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；

2)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)比以前和當(dāng)前的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堤壩的電場(chǎng)分布變化情況，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，監(jiān)測(cè)電場(chǎng)分布情況，并通過(guò)顯示屏和警示燈給予警示；

3)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把所獲取的所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；

4)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)所有的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理和解譯后，對(duì)堤壩的安全狀況進(jìn)行精細(xì)判斷。

電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器能實(shí)現(xiàn)電法供電、測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的功能；電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)安裝在堤壩上的電法供電電極、測(cè)量電極和電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)期、定時(shí)、動(dòng)態(tài)獲取堤壩的電場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。電法供電電極和測(cè)量電極、電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)采用一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法的規(guī)則布置；電法供電電極和測(cè)量電極、電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)具有防腐蝕功能，能長(zhǎng)期穩(wěn)定與堤壩良好接觸。

一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法具體步驟如下：

a、平行于堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測(cè)的x方向，垂直于堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測(cè)的y方向，其中x方向與y方向相互垂直，且均為水平方向；

b、根據(jù)堤壩監(jiān)測(cè)要求，確定堤壩的x方向與y方向的長(zhǎng)度，并確定堤壩x方向測(cè)量點(diǎn)間距c和y方向測(cè)量點(diǎn)間距d的數(shù)值，從而確定堤壩網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值；

c、基于堤壩特征、地形地貌起伏特征，采用一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xc,yc)計(jì)算規(guī)則，確定一字形三維電法監(jiān)測(cè)所有供電點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xc,yc)，并布置供電點(diǎn)；

d、基于堤壩的地形地貌起伏特征，整個(gè)堤壩內(nèi)按照勘探要求及x方向測(cè)量點(diǎn)間距c、y方向測(cè)量點(diǎn)間距d、網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值，確定一字形三維電法監(jiān)測(cè)所有測(cè)量點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)和實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xp,yp)，布置完整的三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)；

e、采用電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器給上述選定的一字形三維電法監(jiān)測(cè)的每個(gè)供電點(diǎn)分別供電，對(duì)整個(gè)堤壩內(nèi)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，獲取到每個(gè)供電點(diǎn)供電時(shí)堤壩所有測(cè)量點(diǎn)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

f、把所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整合為一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，獲取整個(gè)堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)成果，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)。

一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法具體步驟(b)中堤壩網(wǎng)格參數(shù)a和b的數(shù)值的確定規(guī)則如下：

設(shè)堤壩x方向長(zhǎng)l米，y方向?qū)抦米，堤壩內(nèi)x方向測(cè)量點(diǎn)間距為c米，y方向測(cè)量點(diǎn)間距為d米，以整個(gè)堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，則整個(gè)堤壩x方向和y方向的網(wǎng)格參數(shù)a和b計(jì)算過(guò)程如下：設(shè)

一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法具體步驟(c)中的一字形電法勘探供電點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)(x,y)和實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xc,yc)計(jì)算規(guī)則如下：

設(shè)該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-a,-b)，右上角坐標(biāo)為(a,b)，則一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電點(diǎn)位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xc,yc)設(shè)置為：

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤2a(2)

其中公式(2)中的x、a均為整數(shù)；

根據(jù)以上規(guī)則，得出以整個(gè)堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電點(diǎn)位置的實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xc,yc)公式如下：

(xc,yc)＝(x×c,y×d)＝(x×c,0)(3)

其中公式(3)中的x、y為公式(2)的計(jì)算結(jié)果。

一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法具體步驟(d)中的一字形三維電法監(jiān)測(cè)所有測(cè)量點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)和實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xp,yp)確定規(guī)則如下：

設(shè)該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-a,-b)，右上角坐標(biāo)為(a,b)，則一字形三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)設(shè)置為：

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤a,|y|≤b(4)

其中公式(4)中的x、y、a、b均為整數(shù)；

根據(jù)以上規(guī)則，得出以整個(gè)堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，一字形三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xp,yp)公式如下：

(xc,yc)＝(x×c,y×d)|x|≤a,|y|≤b(5)

其中公式(5)中的x、y為公式(4)的計(jì)算結(jié)果。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)通過(guò)局域網(wǎng)獲取電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器所獲取的所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)多次電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的場(chǎng)值比對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別堤壩的運(yùn)行狀況，一旦電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)與安全有關(guān)的異常情況，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的顯示屏和警示燈給予警示，并能把獲取的所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以便進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的精細(xì)數(shù)據(jù)處理，提取出電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，對(duì)堤壩運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)判斷。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行后期電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精細(xì)處理和解譯，提取出數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，給堤壩的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估。

本發(fā)明提出的一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)及方法，由于無(wú)需對(duì)堤壩進(jìn)行鉆孔等工程作業(yè)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)堤壩的無(wú)損檢測(cè)；由于采用長(zhǎng)期對(duì)堤壩的安全狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)堤壩安全監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期化和動(dòng)態(tài)化，提高其監(jiān)測(cè)效果和精度；由于本系統(tǒng)及方法能通過(guò)對(duì)堤壩長(zhǎng)期的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行對(duì)比，獲取堤壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期變化情況，從而實(shí)現(xiàn)可預(yù)見(jiàn)性監(jiān)測(cè)；由于采用一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)堤壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的低成本三維電法監(jiān)測(cè)。故本觀測(cè)系統(tǒng)及方法能實(shí)現(xiàn)堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的無(wú)損的、長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的，且可預(yù)見(jiàn)性強(qiáng)，成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)的方法流程圖；

圖2為一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖；

圖3為堤壩安全監(jiān)測(cè)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)方法布置示意圖；

圖4為一種用于堤壩安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的電法觀測(cè)系統(tǒng)布置示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1、圖2、圖3對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

假設(shè)需要用本發(fā)明提出的電法觀測(cè)系統(tǒng)和方法對(duì)某堤壩安全開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

平行于該堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測(cè)的x方向，垂直于該堤壩走向設(shè)定一字形三維電法監(jiān)測(cè)的y方向，其中x方向與y方向相互垂直，且均為水平方向。

設(shè)堤壩x方向長(zhǎng)l＝200米，y方向?qū)抦＝40米，堤壩x方向測(cè)量點(diǎn)間距為c＝20米，y方向測(cè)量點(diǎn)間距為d＝20米，以整個(gè)堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，則整個(gè)堤壩x方向和y方向的網(wǎng)格參數(shù)a和b計(jì)算過(guò)程如下，根據(jù)公式(1)

可以得出a＝5，b＝1。

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，該堤壩的網(wǎng)格左下角坐標(biāo)為(-5,-1)，右上角坐標(biāo)為(5,1)，根據(jù)公式(2)

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤2a(2)

可以得出該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電點(diǎn)位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xc,yc)為

(xc,yc)＝(x,0)；|x|≤10(6)

公式(6)中的x為整數(shù)。

根據(jù)公式(3)

(xc,yc)＝(x×c,y×d)＝(x×c,0)(3)

可以得出以該堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電點(diǎn)位置的實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)(xc,yc)為：

(xc,yc)＝(x×20,y×20)＝(x×20,0)(7)

其中公式(7)中的x、y為公式(6)的計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和公式(4)

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤a,|y|≤b(4)

可以得出該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的網(wǎng)格坐標(biāo)(xp,yp)為：

(xp,yp)＝(x,y)；|x|≤5,|y|≤1(8)

其中公式(8)中的x、y、a、b為公式(6)和(7)的計(jì)算結(jié)果，且均為整數(shù)。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和公式(5)

(xc,yc)＝(x×c,y×d)|x|≤a,|y|≤b(5)

可以得出以該堤壩的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，一字形三維電法監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的實(shí)際相對(duì)坐標(biāo)((xp,yp))為：

(xc,yc)＝(x×20,y×20)|x|≤5,|y|≤1(9)

其中公式(9)中的x、y為公式(8)的計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，按照電法監(jiān)測(cè)要求，在堤壩上布置好電法供電電極、測(cè)量電極和電法信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)，并采用電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器給上述選定的一字形三維電法監(jiān)測(cè)供電線(xiàn)上的供電點(diǎn)(如圖3中的a-10)供電，對(duì)整個(gè)堤壩內(nèi)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)所有測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，再改變供電點(diǎn)的位置(如圖3中的a-9、a-8、a-7、……a8、a9、a10)，對(duì)整個(gè)堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)所有測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，直至完成所有供電點(diǎn)供電時(shí)的所有測(cè)量點(diǎn)的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，從而獲取到每個(gè)供電點(diǎn)供電時(shí)堤壩所有測(cè)量點(diǎn)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；把所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，獲取整個(gè)堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)成果，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)目的。

按照設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔，假設(shè)定時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間為12小時(shí)，則每隔12小時(shí)對(duì)該堤壩進(jìn)行一次上述的一字形三維電法監(jiān)測(cè)，從而獲取到該堤壩的每12小時(shí)的一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

該堤壩的一字形三維電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每次采集完畢后，電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)局域網(wǎng)把每次采集完畢的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)獲取到該堤壩的每次電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，對(duì)以前的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和當(dāng)前的電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的場(chǎng)值比對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別堤壩的運(yùn)行狀況，一旦電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)與安全有關(guān)的異常情況，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的顯示屏和警示燈給予警示，進(jìn)行異?，F(xiàn)場(chǎng)核實(shí)和排查，并把獲取的所有電法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的精細(xì)數(shù)據(jù)處理，提取出數(shù)據(jù)變化的異常分布特征，對(duì)堤壩運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)判斷，對(duì)堤壩安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。