9-全天时全天候全覆盖边坡安全自动监测告警系统

专题报告全天时全天候全覆盖边坡安全自动监测告警系统中国中铁科学研究院有限公司廖小平研究员2018年11月SLIDE目录2.OTDR测试技术原理3.边坡远程监测站RTU5.推广应用全天时全天候全覆盖边坡安全自动监测告警系统1.边坡监测预警概述4.边坡安全自动监测告警系统SLIDE1.边坡监测预警概述边坡灾害与风险管理1.1主要监测内容和方法1.2存在问题和发展趋势1.3SLIDE边坡工程与滑坡灾害v我国是一个多山国家，山区约占陆地面积的70％，由于山区地形地质条件复杂，随着高速公路建设向山区延侧和发展，深挖高填不可避免，边坡工程问题十分突出，滑坡灾害时有发生；v山区高速公路边坡工程通常是点多面广、投资较大、管养困难，一旦发生边坡变形破坏则灾害严重，危害和威胁交通运营安全。v对山区高速公路边坡工程的工作状况进行有效监控，发展与当前经济和社会相适应的新一代高速公路边坡安全保障的科学技术和方法，是一个为减少灾难性事故发生的重要工程问题。SLIDE1.1边坡灾害与风险管理可以接受或容许坡面冲刷落石掉块局部溜坍边坡灾害风险管理不可接受拒绝接受崩塌坍塌滑坡123123冲刷落石溜坍崩塌坍塌滑坡SLIDE1.2主要监测内容和方法SLIDE1.3存在问题和发展趋势[发展趋势]§由于边坡数量庞大，稳定状态不同，工程性质各异，难以准确评估，常因误判浪费监测工程投资，或因遗漏而埋下灾害隐患；§为了减少灾害风险，势必扩大监控数量，急剧增加防控投入，唯一出路就是提监测水平，降低边坡监控成本，扩大监控范围；§在大量增加监控数量后，要求运用科学的管理手段和方法，实现标准化、自动化、信息化、网络化和智能化。[存在问题]Ø除少数滑坡或重要高边坡病害实施了重点仪器监测外，大多数边坡在其设计、施工和运营中没有建立相应的安全监测系统和预警机制。Ø边坡安全监测系统不完善、观测手段传统落后、信息资料分析滞后等，导致管养人员不能及时、准确地掌握边坡与滑坡的运行状态，直接影响边坡工程安全的实时监控效率和质量，给日常管理带来诸多的安全隐患，甚至会导致严重恶性事故的发生。SLIDE目录2.OTDR测试技术3.边坡远程监测站5.推广应用基于OTDR技术的边坡安全自动监测告警系统1.边坡监测预警4.边坡安全自动监测告警系统SLIDE2.0光纤测试＋互联网v近年来，随着光纤通信的迅猛发展，光纤测试技术在岩土工程中也得到了大量推广。特别是，结合互联网技术的应用，普遍认为是解决山区高速公路边坡工程安全监测告警工作实际困难和现实要求的重要突破口。SLIDE光纤测试技术光纤传感器OTDR故障定位灵敏、精确实时、远程桥隧等结构工程或岩土工程中采用光纤SLIDE2.1OTDR检测原理ØØ光纤检测是采用光时域反射光纤检测是采用光时域反射(OTDR)的方法进行故障定位。的方法进行故障定位。OTDROTDR的工作原理是利用光的瑞利散射特性来对光纤损耗特的工作原理是利用光的瑞利散射特性来对光纤损耗特性进行测试的。当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播性进行测试的。当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播时，所到之处将发生瑞利散射；当光脉冲遇到裂纹或其它缺时，所到之处将发生瑞利散射；当光脉冲遇到裂纹或其它缺陷时，有一部分光因反射而返回到入射端，而且反射信号比陷时，有一部分光因反射而返回到入射端，而且反射信号比散射信号强得多。采集这个反射信号即可进行故障定位。散射信号强得多。采集这个反射信号即可进行故障定位。光脉冲光纤入射光反射光反射光SLIDEOTDR测试原理v由OTDR上看到忽然急速上升又急速下降的斜线（小尖峰）即为反射事件如光纤宏弯变形或光纤断裂破坏所引起，这些反射事件可以被准确定位，即故障定位（精度达1m）。宏弯断裂断裂宏弯SLIDE2.2OTDR边坡监测方法v基于OTDR的边坡监测预警技术是在边坡体上预先埋置多路分布式光纤；v通过检测光纤宏弯变形或断裂破坏等故障事件定位边坡岩土体的变形破坏位置，实现边坡安全自动监测预警。SLIDE2.3OTDR技术特点OTDR光纤检测ØOTDR监测预警方法可以实现对大量边坡进行全面安全管控。RTU边坡监测站边坡安全自动监测告警系统ØOTDR监测预警方法具有布设灵活、成本低廉、操作简单、直观可靠和实时远程自动监测预警等优点。SLIDE目录2.OTDR测试技术3.边坡远程监测站5.推广应用基于OTDR技术的边坡安全自动监测告警系统1.边坡监测预警4.边坡安全自动监测告警系统SLIDE3.1远程监测站RTU的基本组成与功能模块SLIDE3.2实现光纤监测数据分析数据存档数据采集障碍点定位OTDRSLIDE3.3实现多路光纤监测光开关监测模块光纤1光纤2光纤3光纤4光纤5SLIDE3.4RTU远程测试单元（边坡监测站）SLIDE目录2.OTDR测试技术3.边坡远程监测站5.推广应用基于OTDR技术的边坡安全自动监测告警系统1.边坡监测预警4.边坡安全自动监测告警系统SLIDE4.边坡安全自动监测告警系统系统主要功能4.1OTDR自动监测4.2故障报警处理4.3SLIDE4.1系统主要功能(1)OTDR自动监测(2)故障报警处理(3)数据查询报表(4)系统配置(5)用户管理SLIDE4.2OTDR自动监测v光时域反射测试仪是判断光纤故障发生的原因、故障定位的主要手段。该光纤监测系统集成RTU设备(OTDR)，提供完善、简便的光时域反射测试支持。光纤监测系统采用定期测试和点名测试等两种主要测试方法，并提供实时动态告警，即实现OTDR自动监测。Ø定期测试是用户根据维护需要，对每条测试纤芯设置独立的测试计划，周期单位可以设定为小时或日。定期测试结束后，在RTU中实测曲线与参考曲线自动进行比较，当超过设定的门限时，即产生告警信息。Ø点名测试是根据临时的需要，用户通过手工设定量程、脉宽、后向散射系数、优化模式等参数，实现对目标光纤线路的监测与分析。SLIDE4.3故障报警处理(1)处理流程Ø现场监测站RTU基于路由表测试结束后，将结果上报至主控计算机；光纤监测告警系统软件收到测试数据文件后，进行障碍分析，自动计算出故障点的地理位置：按照预选设定的方式发出告警信息及故障通知单。(2)告警处理Ø告警可分为被监测的光纤告警和监测系统本身故障告警。告警可以分为三个级别，不同告警级别有不同的告警声响和颜色。告警发生时,在屏幕上显示告警信息，并发出声音提示，同时，告警也将通知相应的维护人员。值班人员可以对告警进行确认和告警清除操作，告警发生、告警确认、告警清除数据将存入告警历史数据库。(3)故障定位Ø系统还提供基于WEB方式的地理信息系统(WEBGIS)，故障发生的位置及周边地理环境都可以详尽的显示出来，非常直观。通过故障定位算法，系统将在地图上高亮显示该故障点，并给出最近标桩物的距离。SLIDE(O)TDR监测预警系统Ø检测光纤宏弯变形或断裂破坏等故障事件定位边坡岩土体或防护结构的变形破坏位置，通过告警门限设置，实现边坡安全自动监测预警。Ø边坡安全远程自动监测单元（RTU），能够实时采集边坡体上各光纤线路的OTDR监测数据，并按边坡安全监测中心（TSC）下发的相关规定完成定制监测。Ø基于Web－GIS技术的边坡安全自动告警平台，对所有边坡远程监测单元（RTU）的光纤线路进行实时故障定位监测，并进行实时安全告警及处理。SLIDE目录2.OTDR测试技术3.边坡远程监测站5.推广应用基于OTDR技术的边坡安全自动监测告警系统1.边坡监测预警4.边坡安全自动监测告警系统SLIDE5.1设站监测解决方案SLIDE5.2无源监测解决方案v所谓“无源监测”解决方案，也可称为“无站有线”方案，即在边坡现场不设监测站，除布设监测光纤和无源分光器与反射编码器之外，不设置任何供电监测设备，它是采用传输光纤将监测光纤直接连接到监控中心站，由监控中心站进行OTDR检测及其数据分析处理与报警。SLIDE5.3创新成果及市场优势p本系统受众面广，适用对象多，灵活性较高，便于实时远程自动监测告警，特别适用于对大量边坡进行全面安全管控。p当前我国大力提倡智慧交通建设，本系统努力践行“互联网+物联网+公路”，运用科学的管理手段和方法，实现边坡安全管控的标准化、信息化、网络化、自动化和智能化。Ø设站监测成本为常规监测成本的三分之一Ø无源监测成本低至常规监测的十分之一①远程实时自动②全天时全天候③低成本全覆盖④无误检无漏报专题报告