[发明专利]一种被动防护网工作状态实时监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种被动防护网工作状态实时监测系统及方法，系统包括感知单元，感知网片、应变位移计和主控站，感知单元有多个，设置于被动防护网的钢柱上，内设单片机、陀螺仪和LORA通信模块；当陀螺仪实时监测到震动信号后，且三维角度超过设定的阀值时，唤醒LORA通信模块，并通过LORA通信模块唤醒主控站，同时将冲击加速度，感知网片中导线通断状态的信号，以及应变位移计弹簧拉伸长度信号发送至主控站，唤醒主控站，主控站唤醒其它感知单元，采集监测数据，并发送至云服务器，得出被动防护网工作状态监测结果。本发明通过多传感器并行监测，通过震动触发、定时巡检触发、人工干预触发等多种监测模式，解决了传统监测系统易出现的僵尸、漏报、误报问题。

技术领域

本发明涉及边坡防护技术领域，具体为一种被动防护网工作状态实时监测系统及方法。

背景技术

近十数年来，我国地震频发，包括2008年汶川地震、2010年青海玉树地震、2019年四川宜宾地震等，地震造成山体岩土体结构更加破碎，次生的滑坡、崩塌等为落石灾害提供大量物源，且伴随公路、铁路的快速修建和山区城镇建设的日益增多，山区生态旅游事业的快速发展，导致崩塌落石灾害安全问题愈加突出。数据表明，小方量崩塌、孤石造成的死亡人数每年超百人，且具有突发性、规律性不强、预测难度较大等特点，所以人类活动区崩塌落石的发生极有可能造成重大的生命和财产损失。

列车、车辆在山区行驶，其中最大的安全隐患之一就是落石，由于其发生时没有任何征兆，极易对列车、车辆及线路造成破坏，造成列车、车辆颠覆等重大事故，严重危害铁路、公路等的安全运输。并且落石的发生具有突发性和不可预测性等特点，一年四季均有可能发生，因此，无法提前预测落石可能发生的时间及地点，很难做到防患于未然。目前主要防护技术之一就是柔性防护技术。

柔性防护技术1995年引入中国以来，因其科学的防护理念和经济优势被业内人士迅速而广泛地接受，其主要产品就是柔性防护网。柔性防护网是以高强度的钢丝绳网、环形网、以及钢丝网等金属网为主要构件，实现加固、拦截、引导、护挡等功能的一种柔性金属防护系统。柔性防护网按工作原理斜坡加固系统即主动网、落石拦截系统即被动网、落石引导系统即引导网三大类。

当被动防护网受到小于正常工作能级落石冲击时，首先是网片吸收能量，然后冲击能量通过上下支撑传导至上下支撑绳上的消能器件减压环，减压环通过拉伸变形吸收能量，直至落石冲击能量全部消散，此时防护网拦截高度未变、网片也未破损、支撑钢柱也未倾斜，只是防护能力减弱；当被动防护网再次受到小于正常工作能级落石冲击后，因上下支撑绳上减压环已不具备耗能能力，未耗散的冲击动能就会通过上拉锚绳传递至上拉锚绳上消能器件减压环，致使减压环拉伸耗能，此时会出现网片变形、钢柱倾斜、防护网拦截高度降低，防护网基本伤失能力。如果期间落石冲击速度大于30m/s，防护网网片就可能出现洞穿现象。

随着被动网在工程中大量使用，各级管理部门已充分认识到监测的必要性和重要性。需求拉动下呈现出各种针对被动网的监测技术。如采用北斗定位监测技术、光纤光栅监测技术、基于减压环拉伸监测技术、基于钢柱倾斜监测技术、激光雷达监测技术和视频监测分析技术等。北斗定位监测技术，是在防护网上安装观测站，能监测观测点约5mm的位移变化，存在的主要问题是成本高、供电难、不能发现网片洞穿情况；光纤光栅监测技术，采用分布式光栅，安装在防护网片上，监测网片振动及网片变形，存在的主要问题是成本高、可量化数据少，不能评估防护损伤程度及其风险级别；减压环拉伸监测技术，采用位移传感器，如拉绳传感器，监测减压环拉伸长度，优点是成本低，存在的主要问题监测要素不全，存在漏报；钢柱倾斜监测技术，采用角度传感器，监测支撑钢柱倾斜角度，优点成本低，但监测要素不全、漏报概率高；激光雷达监测技术，采用激光雷达实时扫描，检测监测物位移变化情况存在主要问题是成本高，监测要素不全；视频监测分析技术，通过移动侦测技术，监测防护网变形状态，存在主要问题是受环境因素影响大，宜出现漏报和误报。

总体而言，以上检测技术均存在着，漏报和误报难以避免，高可靠与低成本不可兼得的矛盾，以及安装难度较大等问题，尤其是无法评估被动防护网冲击后的状态，不能为管理部门提供维护决策数据支撑。