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專利名稱：無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及無線遙測及預警系統(tǒng)。
無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)適合于鐵路工務部門用來檢測近期內(nèi)是否有泥石流發(fā)生，可能發(fā)生的泥石流的規(guī)模，以便采取緊急措施防止災害的發(fā)生或盡量減輕災害的程度。
蘇聯(lián)是較早開展研究泥石流特征與機理的國家，在泥石流避難體制中，通過在流通區(qū)設置多個地震傳感器和無線通道或有線電纜通道，將泥石流發(fā)生后產(chǎn)生的模擬幅頻信號傳送到下游接收調(diào)度站進行處理，用來判別泥石流是否即將到來，以便在泥石流到來之前，向泥石流通道上的居民點。機關、工廠等部門發(fā)出報警信號，以便采取緊急避難措施。
目前，日本在泥石流防災工作中，處于世界領先地位，在泥石流早期檢知報警系統(tǒng)方面，他們采用的傳感器有龍頭高度泥位檢知線，接觸式泥位檢知器和震動傳感器等。傳輸?shù)谰鶠閷Ｓ糜芯€電纜，報警信號通過電話信道傳輸至居民點或啟動公路上的信號機及顯示盤通告司機阻止車輛駛?cè)霝暮Φ貐^(qū)。
成都鐵路局成都科研所于1985年在成昆北段采用了龍頭高度檢知線作為流通區(qū)檢知傳感器的NEJ－I型無線傳輸式泥石流報警器。
上述系統(tǒng)只適用于對小規(guī)模泥石流的預測及報警。當大規(guī)模泥石流通過時，很容易遭到破壞。同時，這此系統(tǒng)還容易受人畜破壞，并因此而造成誤報，引起一場虛驚。此外，這此系統(tǒng)只能對災害泥石流報警。
本發(fā)明的目的是提供一種既適用于小規(guī)模泥石流又適用于大規(guī)模泥石流的預測及報警系統(tǒng)。因該系統(tǒng)采用了拾震傳感器和龍頭檢知線構(gòu)成的復合傳感器及多級水位檢知與泥位檢知網(wǎng)構(gòu)成的復合傳感器。因此，能檢知泥石流的發(fā)生與災害泥石流的規(guī)模;并能對泥石流的真?zhèn)芜M行判別，因此大大減少了誤報的發(fā)生。同時，因采用了上游、中游和下游三級檢知，并用無線傳輸信息，因此能做到對泥石流進行臨近預報、提前報警及緊急報警。使漏報的可能性大大降低。
本發(fā)明由雨量遙測發(fā)射站、流通區(qū)提前報警發(fā)射站、中心控制室、雨量報警器、橋下檢知報警裝置和列車防護信號機及控制盤組成。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明各主要構(gòu)成部分及工作原理描述如下

圖1為無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)組成示意圖;
圖2為流通區(qū)提前報警發(fā)射站電路方框圖;
圖3為流通區(qū)提前報警發(fā)射站編碼控制器原理及工作示意圖;
圖4為中心控制室內(nèi)的報警與解碼電路方框圖;
圖5為鐵路橋下水位三級報警電路方框圖;
圖6為鐵路橋下檢知網(wǎng)危險泥位裝置示意圖;
圖7為雨量報警器臨報圖。
本發(fā)明的雨量遙測發(fā)射站由編碼1和發(fā)射機2組成。雨量遙測發(fā)射站采取△增量主動發(fā)送方式工作。有降雨時，隨機地向中心控制室發(fā)送信號。雨量遙測發(fā)射站的電路方框圖如圖2所示。每當雨量翻斗30翻轉(zhuǎn)一次，就輸出一個短路信號，經(jīng)接口31的電路整形增加抗干擾能力后，使其前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器32，其延時與碼的寬度相同。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器32的輸出為1時，則正弦門34開通，呈現(xiàn)低阻抗，將副載頻振蕩器33的振蕩信號傳送到下一級射極輸出35進行阻抗變換后，對超短波發(fā)射機37的主載頻進行調(diào)頻發(fā)射。發(fā)射機平時不供電，只在發(fā)射信號時，由放大器36、開關38控制繼電器接通電源。
發(fā)射機采用便攜式無線電臺，發(fā)射天線為拉桿天線。當雨量遙測發(fā)射站較遠時，可選用高功率輸出及室外防雷定向天線。
本發(fā)明中的流通區(qū)提前報警發(fā)射站由龍頭高度檢知線6-主傳感器、地面震動傳感器7-輔助傳感器和提前報警發(fā)射站中的編碼控制器4及發(fā)射機5組成。
本發(fā)明中的龍頭高度檢知線6-主傳感器的檢知線架設在檢測樁上。
本發(fā)明中的地震傳感器7-輔助傳感器采用強震儀水平向速度擺拾震器。用它測量地面震動的加速度值。擺的方向?qū)χ嗍鳒系纳嫌畏较颉?br> 泥石流的規(guī)模與傳感器的輸出幅度成正比。傳感器的信號輸送給幾個并聯(lián)比較器，可得到幾個量級的報警信號。對于發(fā)生頻次較高的泥石流溝可以通過測量震動幅度的大小來直接判斷泥石流的規(guī)模量級。但對頻率次數(shù)較低的泥石流溝，則需長期觀測才能得到正確結(jié)果。
當有一定規(guī)模的小泥石流接近流通區(qū)時，地面震動傳感器7的水平加速度計43首先檢測到地面震動信號。該信號經(jīng)帶通44、射極輸出器45和可以任意調(diào)節(jié)靈敏度的比較器46、單穩(wěn)47、可控振蕩器48至或門49、與門50控制正弦門開通，將表示地面震動的副載頻信號51傳送到下一級，對發(fā)射機進行調(diào)制，向中心控制室的接收機發(fā)射間斷的移頻鍵控信號。發(fā)射機平時不供電，發(fā)射機電源的接通由單穩(wěn)47、或門54、三極管導通使繼電器55吸合來控制。
當無震動信號，而只有龍頭高度檢知線的斷線信號時，可控振蕩器39停止工作，單穩(wěn)40翻轉(zhuǎn)輸出＝1，JK觸發(fā)器56的K＝1時鐘信號(T1＝2.5S)。經(jīng)與門61輸入給JK觸管器56的CP控制端，使其輸出以ZT1周期交替出現(xiàn)高水平。JK觸管器56的Q輸出端經(jīng)與門135、或門58后，控制正弦門59打開，將表示斷線的副載頻信號60送至下一級，對發(fā)射機進行調(diào)制發(fā)射。如果斷線發(fā)射機始終處于發(fā)射狀態(tài)，而又無震動信號，只有斷線信號，且又沒降雨時，可考慮檢測線是否因人為或牲畜破壞引起報警器產(chǎn)生故障。此時，應立即派人修復。
當先有震動信號，隨后有斷線信號，但震動信號沒有消失時，則被確認為是災害泥石流提前報警信號。此時，發(fā)射機交替發(fā)出震動和斷線的兩種副載調(diào)制信號。
為了保證收發(fā)信號機始終處于完好狀態(tài)，設有定時自檢信號，其辦法是采用一塊石英表，在分針上粘貼一塊磁鋼。在表盤12點處粘貼一片霍爾元件(集成電路塊)65。當分針指向12點時，霍爾元件65受磁場作用的結(jié)果，其輸出端有一正電平輸出，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)器件64、或門62、與門61(同時受時鐘T1＝2.5秒的控制)、與門57、或門58至正弦門59導通。副載頻信號60對發(fā)射機進行調(diào)制，發(fā)出一個寬度約為1.25秒的編碼調(diào)制信號。這種自檢信號每小時正點發(fā)送一次，以表示收發(fā)信號機均處于正常狀態(tài)，避免系統(tǒng)發(fā)生漏報事故。
本發(fā)明中的中心控制室由電臺、公用通道、波形接收電路、提前聲光報警電路和提前報警執(zhí)行開關組成。電臺由室外天線92、接收機66和鑒頻器67組成。由上游雨量發(fā)射站和流通區(qū)提前報警發(fā)射站發(fā)送來的是經(jīng)調(diào)制后的超高頻無線電波，通過室外天線92接收后，輸送給接收機66的是隨機信號。因此，接收機66能二十四小時連續(xù)工作，接收機66一直處于等待接收狀態(tài)。由鑒頻器輸出的是編碼的副載頻信號，再經(jīng)解碼電路恢復成圖8的包絡線脈沖波形。
公用通道由有源帶通濾波器68、二級RC耦合放大器69和限幅器70組成。
有源帶通濾波器68采用單個運算放大器構(gòu)成的多端負反饋單T式二階有源電路。其中運算放大器起無限增益有源元件的作用。這種帶通濾波器既可以利用圖表來進行設計，又可以利用公式直接進行計算。有源帶通濾波器的輸入阻抗很高，可以和接收機66、鑒頻器67形成良好的阻抗匹配，以減少對鑒頻器67的影響。這一級不要求有增益，主要作用是濾掉信號頻率以外的噪聲及帶寬之外的音頻，對減少后級音叉濾波器的誤輸出有利。
公用通道的增益由二級RC耦合放大器69得到。每級增益較低，調(diào)整負反饋量一則可以調(diào)節(jié)總增益，還可保證穩(wěn)定可靠地工作。
限幅器3的作用是對加到下一級音叉濾波器上的信號幅度進行限制，為了滿足音叉啟震的需要，一般將幅度限制在1.5～2V范圍內(nèi)。
波形接收電路由音叉濾波器71、鑒幅器72、包絡檢波器73和鑒寬電路74組成。
音叉濾波器71選用f1～f4四個對應濾波音叉，由于音叉具有很高的Q值和高穩(wěn)定度的中心頻率f0，在信號質(zhì)量很差的情況下，由于對信噪比要求大大降低，故仍能成功地傳輸信息，使之減少傳輸過程中引起的漏碼。漏碼時會影響雨量的計數(shù)。
鑒幅器72采用斯密特觸發(fā)器。
包絡檢波器73是用上一級輸出的音頻脈沖信號高電平對電容器充電，當充電電壓達到一定值時，輸出三極管導通，直到音叉停止震動，電容上電壓經(jīng)并聯(lián)電阻放電，三極管截止，這樣就將一個音頻包絡信號恢復成一個碼無脈沖信號。
鑒寬電路74由中心控制臺的正弦門、時鐘信號和計數(shù)器構(gòu)成。鑒寬電路的作用是保證雨量站的數(shù)據(jù)和中心控制室的數(shù)據(jù)一致，以防止信號傳輸過程中的外界干擾誤信號造成的多余計數(shù)。其辦法是規(guī)定一個碼元寬度，只有大于或等于該寬度的碼才算一個有效碼，否則無效。這種鑒寬措施不僅對雨量支路是必要的，而且對流通區(qū)提前報警，特別是當有兩種信號同時存在時，可用來控制外界執(zhí)行開關。
提前聲光報警電路由放大器86、87、90、或門88、可控振蕩器89和電位器91組成。
提前報警執(zhí)行開關由可控振蕩器81、放大器82、繼電器83、功率放大器84和白燈135組成。
當小規(guī)模泥石流發(fā)生時，中心控制臺報警器面板上的黃燈亮，并有短促的音響報警。如果沒有振動信號，只有斷線信號時，報警器面板上的紅燈閃亮，并同時有間斷音響報警。此時，有兩種可能情況發(fā)生一種是正在降暴雨，并已有小規(guī)模泥石流流至橋下，此時報警器發(fā)出斷線報警信號，應視為有震動報警。另一種情況是天氣既不陰又無雨，可考慮檢測線被人畜破壞。當有震動和斷線兩種報警信號時，黃燈和紅燈交替閃亮，音響報警器連續(xù)發(fā)出音響。這就是災害泥石流的提前報警信號。如果用其執(zhí)行開關去控制列車防護信號機，可以提前阻止行進中的列車停在災害區(qū)之外。
雨量報警器77內(nèi)設微處理機，可對雨量遙測系統(tǒng)所測量的雨量翻斗30的信號進行演算，當雨量數(shù)值達到臨近預報圖上規(guī)定的曲線值時，能自動發(fā)出報警信息，由雨量遙測系統(tǒng)配備一臺雨量報警器，即可構(gòu)成一套泥石流臨報系統(tǒng)。
鐵路橋下檢知報警裝置由鐵路橋下水位三級檢知報警器和鐵路橋下檢知網(wǎng)和危險泥位報警裝置組成。
對于水石流和稀性泥石流來說，其中的固體物質(zhì)如石塊等沉積在下層，而表面水位(或稀泥漿)則較高。此外，這種類型的泥石流在發(fā)生與成災過程中，先有較低水位的流水通過橋下，并逐漸增高，隨后才有大規(guī)模的災害泥石流攜帶巨石通過橋下，造成對橋墩、臺和梁底的破壞。因造成對橋梁直接危害的是固體物質(zhì)。因此，設置了泥位檢知網(wǎng)。作為對橋梁威脅程度進行判別的主要依據(jù)。檢知網(wǎng)最好設置高一點。當檢知網(wǎng)被撞壞，測量導線斷線時，就會發(fā)出停車報警信號。同時設若干個水位測量電極，分別提供警戒報警，慢行報警及停車報警。再由上述兩個停車報警信號進行邏輯運算后，發(fā)出對外的停車報警指令。即啟動列車防護信號機的控制開關，并通知司機進行剎車，達到阻止列車駛?cè)胛ｋU區(qū)的目的。
鐵路橋下水位三級報警電路方框圖如圖5所示。由電極a92、電極b105、電極c106、電極d107、濾波器93、分壓器94、多路觸發(fā)器95、可控振蕩器96、放大器a97、繼電器98、放大器b99、可控震蕩器100、放大器c101、與門102、與門104和或門103組成。
在橋墩側(cè)面干燥表面處，埋設了若干個頂部露在外面的鋼筋棒。在鋼筋棒的頂部焊有銅套。這就是測量水位用的電極a92、電極b105、電極c106和電極d107。電極a92設得較低或接地。電極b105在警戒水位位置。電極c106和電極d107分別在慢行和停車選定的報警水位位置。
平時，電極a92和電極b105、電極c106、電極d107之間呈現(xiàn)高阻抗，經(jīng)分壓器觸發(fā)器輸入為高電平，輸出端為低電平。當水位達到電極b105、電極c106和電極d107的位置時，電極a92與電極b105、電極c106和電極d107之間的阻抗降低。本發(fā)明中的輸入阻抗為0～100KΩ?？筛淖冇|發(fā)器的輸入端呈低電平狀態(tài)，其輸出為反相高電平?？捎脕矸謩e控制三個可控振蕩器96，以分別控制三個報警燈閃亮，并通過與門102、104和或門103去控制公用的可控音頻信號源及喇叭，發(fā)出不同間斷周期的音響報警信號，當停車報警器同時通過繼電器98的接點時，即可實現(xiàn)對外界的控制。
鐵路橋下檢知網(wǎng)或危險泥位報警裝置示意圖如圖6所示。由三個檢知網(wǎng)、主控制箱和聲光報警電路組成。
檢知網(wǎng)113用直徑為φ1mm的鐵絲編織成網(wǎng)眼為50×50mm2的金屬網(wǎng)，檢知網(wǎng)113外框架的長和寬為600×600mm2、高度可以調(diào)節(jié)。三個檢知網(wǎng)分別安裝在橋墩和橋臺上。由主控制箱電源對檢測線和檢測繼電器構(gòu)成的串聯(lián)支路供電。當泥石流的泥(固體物質(zhì))位超過檢測網(wǎng)底部高度時，網(wǎng)被撞擊并沿軸向移動，造成檢測線斷路。檢測繼電器可用來控制中心控制室內(nèi)的聲光報警器報警。同時，與繼電器的接點并聯(lián)的水位檢知報警器用來控制列車防護信號機，發(fā)出停車報警。
主控制箱和聲光報警電路由接地板105、繼電器a106、變壓器107、整流橋108、整流橋109、穩(wěn)壓塊(器)110、二極管111、繼電器b112、電容a114、電解電容115、電容b116、電位器117、穩(wěn)壓二極管118、電池119、繼電器觸點120、可控振蕩器121、可控振蕩器123、指示燈122、間斷聲光報警器(或蜂鳴器)124、預告可控箱125、信號燈126、信號燈127、遮斷控制箱128和控制顯示盤129組成。
主控制箱采用不間斷電源。當檢知網(wǎng)的設置高度一樣時，只用一個檢測繼電器。在橋下也可以設兩種或三種檢知網(wǎng)高度，對應于設置高度較低的網(wǎng)，當發(fā)出測量線斷線時，發(fā)出的報警信號可作為慢行報警信號對待(當檢知網(wǎng)高度有兩種時，要用兩個檢測繼電器)。
實施例本發(fā)明中的雨量遙測發(fā)射站設在離橋頭約2公里遠的一個山坡上。雨量翻斗30的容積為0.5m3。發(fā)射機采用TR-2500型便攜式無線電臺。屬150MC頻段。采用頻率合成技術(shù)，由按鍵任選10個點頻。對于道口防護，可采用鐵路防災專用頻率，如150·450;150·475;150·500三個點頻中的任一個?？紤]到雨量站位置，發(fā)射機輸出為0.3W。發(fā)射天線為便攜式拉桿天線。若雨量站較遠，發(fā)射機的輸出應選用高功率如2.5W輸出，及室外防雷定向天線。
本發(fā)明中的龍頭高度檢知線的檢測樁埋設在距離橋址大約600m遠處。檢知線直徑為φ10mm單芯多股塑料銅導線。檢知線架設在檢測樁上，檢測樁之間的跨距約為30m。檢測樁的高度取決于橋下凈空截面積的大小和樁本身的跨距及牲畜通過時不被破壞的原則。
本發(fā)明中的地震震動傳感器采用了工程強震儀水平向速度擺拾震器。該傳感器安放在離溝邊2～3米處。用片石和水泥砌成的觀測洞內(nèi)。擺的方向?qū)χ嗍鳒系纳嫌畏较颍⒂铆h(huán)氧樹脂固定在洞底。觀測洞加蓋，并用土密封好。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1因具有對上游雨量遙測(遙測距離5Km)，微機實時演算及根據(jù)雨量警報器臨報圖(圖7)自動進行比較等功能，該系統(tǒng)可以分別發(fā)出警戒、慢行和停車三種信號;
2、該系統(tǒng)中的收發(fā)信號機及微機能連續(xù)24小時工作，數(shù)據(jù)傳送速度快、準確;
3、因流通區(qū)裝有兩種復合傳感器，除能檢測泥石流的規(guī)模外，還能對泥石流信息的真?zhèn)芜M行判別，以獲得災害泥石流的提前報警信號及小規(guī)模泥石流發(fā)生的警戒信號;
4、因在橋下設有兩種傳感器，所以對危及橋梁行車安全的災害泥石流能發(fā)出警急報警信息，及不同水位的警戒、慢行信號;
5、對傳輸系統(tǒng)具有設備故障定時自檢功能;
6、當災害泥石流即將發(fā)生時，災害提前報警或橋下緊急報警中任一個信號均可以用來控制列車防護信號機的開放，以便對外報警。
權(quán)利要求
1.一種無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由雨量遙測發(fā)射站、流通提前報警發(fā)射站中心控制室、雨量報警器、橋下檢知報警裝置和列車防護信號機及控制盤組成，雨量遙測發(fā)射站由雨量翻斗、接口、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、振蕩器、正弦門、射極輸出、放大器、開關和發(fā)射機組成；流通區(qū)提前報警發(fā)射站由龍頭高度檢知線一主傳感器、地面震動傳感器一輔助傳感器和提前報警發(fā)射站中的編碼控制器及發(fā)射機組成；中心控制室由電臺、公用通道、波形接收電路、提前聲光報警電路和提前報警執(zhí)行開關組成；雨量報警器內(nèi)設有微處理機；鐵路橋下檢知報警裝置由橋下水位三級檢知報警器、鐵路橋下檢知網(wǎng)和危險泥位報警裝置組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于中心控制室中的電臺由室外天線、接收機和鑒頻器組成;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于中心控制室中的公用通道由有源帶通濾波器、二級RC耦合放大器和限幅器組成;
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于中心控制室中的波形接收電路由音叉濾波器、鑒幅器、包絡檢波器和鑒寬電路組成;
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于提前聲光報警電路由放大器、或門、可控振蕩器和電位器組成;
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于提前報警執(zhí)行開關由可控振蕩器、放大器、繼電器、功率放大器和白燈組成;
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于橋下水位三級檢知報警器由電極a、電極b、電極c、電極d、濾波器、分壓器、多路觸發(fā)器、可控震蕩器、放大器a、繼電器、放大器b、可控震蕩器、放大器c、與門和或門組成；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于鐵路橋下檢知網(wǎng)和危險泥位報警裝置由三個檢知網(wǎng)、主控制箱和聲光報警電路組成；
9.根據(jù)權(quán)利要求1和8所述的無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，其特征在于主控制箱和聲光報警電路由接地板105、繼電器a106、變壓器107、整流橋108、整流橋109、穩(wěn)壓器110、二極管111、繼電器b112、電容a114、電解電容115、電容b116、電位器117、穩(wěn)壓二極管118、電池119、繼電器觸點120、可控振蕩器121、可控振蕩器123、指示燈122、間斷聲光報警器(或蜂鳴器)124、預告控制箱125、信號燈126、信號燈127、遮斷控制箱128和控制顯示盤129組成。
全文摘要
一種無線遙測泥石流及預警系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由雨量遙測發(fā)射站、流通區(qū)提前報警發(fā)射站、中心控制室、雨量報警器、橋下檢知報警裝置和列車防護信號機及控制盤組成。該系統(tǒng)能預報泥水流規(guī)模，判別真假泥水流。不僅適合于小規(guī)模泥石流的預測及報警，而且適用于大規(guī)模泥石流的預測及報警。因該系統(tǒng)采用了拾震傳感器和龍頭檢知線，因此不易受人畜破壞，避免了因誤報造成的虛驚。
文檔編號G01D21/00GK1034427SQ8810834
公開日1989年8月2日 申請日期1988年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月9日
發(fā)明者李鴻科 申請人:鐵道部科學研究院鐵道建筑研究所