[发明专利]基于超连续谱光源的BOCDR的边坡沉降监测系统及方法

说明书

本发明涉及地质边坡沉降监测系统，具体是一种基于超连续谱光源的BOCDR的边坡沉降监测系统及方法；解决了现有的地质边坡沉降监测系统监测不连贯性的问题，有效防止传统监测系统电磁干扰造成的信息误判。本发明是将超连续谱光源发出的激光信号分为探测光和参考光两路。探测光经过放大后，通过光扰偏器，再由光环行器单向注入到传感光纤中，并在光纤中产生后向布里渊散射光信号。该布里渊散射光信号再经放大后入射到第二光纤耦合器中。参考光经过放大后，与布里渊散射光在光纤耦合器中发生干涉。利用光电探测器获得干涉拍频信号，经过数据采集卡和计算机处理后，可得到不同光纤长度处随应变变化的布里渊增益谱，进而得到地质边坡沉降信息。

技术领域

本发明应用于地质边坡沉降监测系统，具体为一种基于超连续谱光源的BOCDR的边坡沉降监测系统及方法，能够实现对边坡沉降应变的分布式实时远程监测。

背景技术

近年来我国地质灾害时有发生，山体滑坡、道路塌方、泥石流等严重威胁人类安全健康的生产生活。造成上述情况有两个最主要的原因就是自然演化具有不可抗性和人类破坏自然界导致生态失去平衡。一方面我们努力顺应大自然，使得人与自然和谐共处；另一方面我们可以使用科学技术手段进行实时防护灾害。针对边坡地质灾害本身突发性强、分布范围广、具有一定的隐蔽性等特点，我们通过全面系统的开展边坡地质灾害研究，研发有效的工程预测监控技术，及早及时的发现并提出相应的灾害预防措施，对于避免人口死亡失踪、减少经济损失、提高国民安全生产生活质量具有十分重要的意义。

传统边坡监测技术可分为三种，巡视观察法、外部观测法和内部观测法。

1、巡视观察法就是定期组织专业人员对监测边坡进行观察，观测边坡沉降情况，附近建筑物是否出现裂痕，有没有地面突起或者塌方，仔细观察其出现迹象及其发展变化，同时对地下渗漏或其它情况进行观测；巡视观察法只能进行简单观测边坡明显的改变，细微的改变是不可能观测到的；由于人工观测受到专业知识或者时间的限制，可能出现判断错误的情况。

2、外部观测法包括精密大地测量技术、GPS测量技术、近景摄影测量和INSAR干涉雷达测量等，它是以边坡表面为主要观测点，不能够对边坡内部结构进行探测。外部观测需要很大的人力，信息传递周期较长，受外部环境影响较大。一种三维激光扫描和GPS相结合的边坡监测方法（申请号：CN201510586033.3）将三维激光扫描仪系统与GPS监测定位系统有机的结合起来，对边坡地质灾害进行准确监测。其优点是对矿山边坡地质灾害进行检测及预报，可以提高边坡智能监测及预测效果，对边坡变形进行有效监控。但是该系统以边坡表面为主要观测点，只能从外界观察边坡，不能够对边坡内部结构进行探测，可能会产生误判或者延迟判断等问题。

3、内部观测方法是将传感器埋入边坡内部，监测边坡各种参量的变化；常用监测仪有多点位移计、倾斜仪、测缝计、沉降仪等，内部观测方法可以不间断监测边坡地形分布，其精度也很高，随着传感器技术和自动化技术的不断更新发展，掩埋式监测系统很多可以实现中心遥测或自动化观测，监测周期缩短且可长时间不间断进行监测。一种地质滑坡状态监控预警方法（申请号：201210497229. 1）先将监控桩埋设完成后，接通室内监控系统和室外监控系统的电源，移动侦测摄像机对监控桩所在的边坡进行昼夜持续实时视频监控。该种监测方法实际上是监测监控桩的位移变化，属于单点式监测，只能局部精确监测。

传统监测技术存在很多问题，如多点测量周期长，无法实现自动测量和数据处理，传感器精度低、耐久性差等问题。

针对传统边坡监测技术与设备存在上述问题，专家们提出了利用光纤作为感测和定位介质的边坡监测技术；基于布里渊分布式光纤传感的结构挠度沉降监测系统（中国发明专利，申请号201210381892. 5）利用布里渊分布式传感技术进行应变、温度传感，最后通过评估系统评估挠度/沉降。另外，基于分布式光纤应力测量的边坡滑移监控系统（中国发明专利，申请号201610958225.7）以分布式光纤探测和定位技术为核心，利用铁路通信光缆的传感功能，实现对铁路沿线隧道仰坡和边坡滑移等事件的实时监测。