一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统

1.本发明涉及变形监测领域，尤其涉及一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统。


背景技术：

2.随着我国水利事业的蓬勃发展，我国修建了一系列大型水利枢纽工程，监测任务是这些水利枢纽工程后期运行过程中的重中之重，目前，我国水利枢纽工程基本上实现了对坝体的全方位监测，并且部分大坝已经实现了监测自动化，如小湾、漫湾等，但是，对于流域库岸边坡的监测还处于起步阶段，鉴于现有技术手段不足，且需要监测的范围达几十公里甚至数百公里，大部分库岸边坡缺乏有效的观测手段，不能对流域库岸的变形做出实时准确的预警，水库蓄水后，库岸滑坡是水利水电工程中最常见的地质灾害之一，往往会造成巨大的社会损失和经济损失，因此对流域库岸边坡的监测是必不可少的；
3.目前，在地灾监测预警方面，我国主要采取有合成孔径雷达测量、高分卫星遥感、无人机航测、机载激光雷达测量等多种技术手段，以合成孔径雷达测量技术为基础，最新研制开发的高精度合成孔径雷达(成像雷达sar)新技术，可马上应用于当前汛期的山洪灾害、山体滑坡、公路铁路桥梁形变、高速公路边坡滑坡、矿场地质沉降等监测预报预警工作中，合成孔径雷达是利用差分干涉技术获取相位变化，从而获得毫米级的位移精度，在多个安全监测领域得到应用，可实时获取多种环境气候下的桥梁、道路、山体、建筑物、矿场、河道等地形与设施的表面位移和体积形变，对于各种微小位移变化引起的灾害，进行全天时、全天候、大范围、高精度的实时自动化监测，同时进行稳定性的分析与预警，实现各类重大工程的安全保障，因此，本发明提出一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提出一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，该流域库岸变形监测专用地基雷达系统通过信号反射单元排列插在库岸上形成节点，再由信号发射单元发出信号，信号反射单元将信号朝原方向进行反射，信号接收单元接收反射回的信号方便建模算法模块快速构建库岸场景模型，通过数据存储单元存储初次接收的库岸数据，在后续定期监测时由数据对比单元与初始数据进行对比，实现快速直观显示库岸变形情况，精确了解各处节点变形位移距离。
5.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，包括雷达箱、算法模组、保障模组、数据分析模块和调节模块，所述雷达箱内设有算法模组和数据分析模块，所述雷达箱上设有保障模组，所述算法模组与数据分析模块之间通过数据线进行信息传递，所述算法模组用于实现库岸建图与定位，所述算法模组包括库岸定位模块和建模算法模块，所述库岸定位模块用于快速定位库岸各个节点的具体位置，所述建模算法模块用于实现大范围库岸场景模型构建，所述保障模组用于保证雷达在复杂环境条件下正常工作，所述保障模组包括供电模块和挡雨模块，所述供电模块用
于提供电力供应，保证系统全天时稳定实时监测，所述挡雨模块用于遮挡外部雨水，保证系统全天侯监测，所述数据分析模块用于分析对比处理坐标数据，所述雷达箱下方设有调节模块，所述调节模块用于调节雷达照射方向和角度。
6.进一步改进在于：所述库岸定位模块包括信号发射单元、信号反射单元和信号接收单元，所述信号发射单元用于向库岸方向发出微波信号，所述信号反射单元排列插在库岸上作为监测节点发射信号发射单元发出的微波信号，所述信号接收单元用于接收反射回来的微波信号。
7.进一步改进在于：所述供电模块包括柴油发电机、太阳能电池板和蓄电池，所述柴油发电机启动发电提供雷达使用时的电力需求，所述太阳能电池板在晴天时发电提供雷达使用时的电力需求，所述蓄电池用于储存电能在应急时使用。
8.进一步改进在于：所述挡雨模块包括雨棚和雨水传感器，所述雨棚用于在雨雪天气时撑开遮挡雷达箱，保证系统正常工作，所述雨水传感器感应雨水，雨水传感器与雨棚电性连接，在雨雪天气时雨水传感器向雨棚发出信号撑开挡雨。
9.进一步改进在于：所述雨水传感器与雨棚电性连接，所述雨棚由马达电驱动撑开。
10.进一步改进在于：所述数据分析模块包括数据存储单元和数据对比单元，所述数据存储单元用于存储库岸坐标数据，所述数据对比单元用于将监测的坐标数据与数据存储单元保存的初始数据进行比对。
11.进一步改进在于：所述调节模块包括俯仰调节单元和水平调节单元，所述俯仰调节单元用于调节雷达俯仰角度，所述水平调节单元用于调节雷达水平角度。
12.进一步改进在于：所述报警模块包括预警触发单元、5g通讯单元和远程终端，所述预警触发单元用于设定库岸变形范围，所述5g通讯单元用于将预警信息传递至附近的5g基站，所述远程终端用于接收预警信息。
13.进一步改进在于：所述预警触发单元在库岸变形数据超过范围后启动通过5g通讯单元传递发出预警信息。
14.本发明的有益效果为：本发明通过信号反射单元排列插在库岸上形成节点，再由信号发射单元发出信号，信号反射单元将信号朝原方向进行反射，信号接收单元接收反射回的信号方便建模算法模块快速构建库岸场景模型，通过数据存储单元存储初次接收的库岸数据，在后续定期监测时由数据对比单元与初始数据进行对比，实现快速直观显示库岸变形情况，精确了解各处节点变形位移距离。
附图说明
15.图1为本发明的系统架构图；
16.图2为本发明的算法模组架构图；
17.图3为本发明的保障模组架构图。
具体实施方式
18.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
19.根据图1、图2、图3所示，本实施例提供了一种流域库岸变形监测专用地基雷达系
统，包括雷达箱、算法模组、保障模组、数据分析模块和调节模块，雷达箱内设有算法模组和数据分析模块，雷达箱上设有保障模组，算法模组与数据分析模块之间通过数据线进行信息传递，算法模组用于实现库岸建图与定位，算法模组包括库岸定位模块和建模算法模块，库岸定位模块用于快速定位库岸各个节点的具体位置，建模算法模块用于实现大范围库岸场景模型构建，保障模组用于保证雷达在复杂环境条件下正常工作，保障模组包括供电模块和挡雨模块，供电模块用于提供电力供应，保证系统全天时稳定实时监测，挡雨模块用于遮挡外部雨水，保证系统全天侯监测，数据分析模块用于分析对比处理坐标数据，雷达箱下方设有调节模块，调节模块用于调节雷达照射方向和角度。
20.库岸定位模块包括信号发射单元、信号反射单元和信号接收单元，信号发射单元用于向库岸方向发出微波信号，信号反射单元排列插在库岸上作为监测节点发射信号发射单元发出的微波信号，信号接收单元用于接收反射回来的微波信号，当进行工作前提前将信号反射单元排列插在库岸上形成节点，工作时信号发射单元发出微波信号向库岸方向照射，信号反射单元以原方向反射信号并由信号接收单元接收再传递至数据分析模组进行分析。
21.供电模块包括柴油发电机、太阳能电池板和蓄电池，柴油发电机启动发电提供雷达使用时的电力需求，太阳能电池板在晴天时发电提供雷达使用时的电力需求，蓄电池用于储存电能在应急时使用，柴油发电机启动发电，太阳能电池板吸收太阳能发电并将电能储存至蓄电池内，由蓄电池为算法模组和数据分析模组供电。
22.挡雨模块包括雨棚和雨水传感器，雨棚用于在雨雪天气时撑开遮挡雷达箱，保证系统正常工作，雨水传感器感应雨水，雨水传感器与雨棚电性连接，雨棚由马达电驱动撑开，在雨雪天气时雨水传感器感应到雨水后向雨棚发出信号后雨棚撑开挡住雷达箱上方进行挡雨，雨停后雨水感应器感应到雨停后向雨棚发出信号后雨棚收回闭合。
23.数据分析模块包括数据存储单元和数据对比单元，数据存储单元用于存储库岸坐标数据，数据对比单元用于将监测的坐标数据与数据存储单元保存的初始数据进行比对，库岸定位模块第一次开机后接收反射回的信号形成坐标存储进数据存储单元内，之后监测时数据对比单元将收到的坐标数据与初次存储在数据存储单元内的数据进行对比。
24.调节模块包括俯仰调节单元和水平调节单元，俯仰调节单元用于调节雷达俯仰角度，水平调节单元用于调节雷达水平角度，当需要进行调节时由俯仰调节单元驱动雷达箱倾斜调节俯仰角度，水平调节单元驱动雷达箱水平转动调节角度，方便雷达快速调节至对应库岸的方向。
25.报警模块包括预警触发单元、5g通讯单元和远程终端，预警触发单元用于设定库岸变形范围，5g通讯单元用于将预警信息传递至附近的5g基站，远程终端用于接收预警信息，预警触发单元在库岸变形数据超过范围后启动通过5g通讯单元传递发出预警信息，当数据对比差值超过设定范围后预警触发单元触发启动，预警信息通过5g通讯单元传递至远程终端方便人员及时了解库岸状况。
26.该流域库岸变形监测专用地基雷达系统使用时先在库岸上间隔排列插上信号反射单元作为监测节点，将雷达箱拉至库岸对面后俯仰调节单元调节雷达箱俯仰角度，水平调节单元调节雷达箱水平角度，柴油发电机启动发电，太阳能电池板吸收太阳能发电传输至蓄电池内，雷达箱调节至合适位置后信号发射单元启动朝库岸发出微波信号，由信号发
射单元将微波信号反射回雷达箱方向，由信号接收单元进行接收，快速定位库岸各个节点的具体位置，建模算法模块根据接收到的节点坐标数据构建大范围库岸场景模型，方便人员直接观察，数据存储单元对初次接收的坐标信息进行存储，之后信号发射单元定期开机监测，并由数据对比单元将接收的数据与初始数据对比，直观体现库岸变形情况，差值超过设定范围后预警触发单元启动将预警信息通过5g通讯单元传递至远程终端，工作人员根据远程终端接收的预警信息实现快速反应，在遇到雨雪天气时雨水感应器感应到雨水后雨棚撑开遮挡雷达箱进行挡雨使雷达在降雨天气时能够稳定工作，雨水感应器感应到降雨停止后雨棚收缩闭合。
27.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：包括雷达箱、算法模组、保障模组、数据分析模块、调节模块和报警模块，所述雷达箱内设有算法模组和数据分析模块，所述雷达箱上设有保障模组，所述算法模组与数据分析模块之间通过数据线进行信息传递，所述算法模组用于实现库岸建图与定位，所述算法模组包括库岸定位模块和建模算法模块，所述库岸定位模块用于快速定位库岸各个节点的具体位置，所述建模算法模块用于实现大范围库岸场景模型构建，所述保障模组用于保证雷达在复杂环境条件下正常工作，所述保障模组包括供电模块和挡雨模块，所述供电模块用于提供电力供应，保证系统全天时稳定实时监测，所述挡雨模块用于遮挡外部雨水，保证系统全天侯监测，所述数据分析模块用于分析对比处理坐标数据，所述雷达箱下方设有调节模块，所述调节模块用于调节雷达照射方向和角度，所述报警模块用于在形变超出阈值后及时通知工作人员。2.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述库岸定位模块包括信号发射单元、信号反射单元和信号接收单元，所述信号发射单元用于向库岸方向发出微波信号，所述信号反射单元排列插在库岸上作为监测节点发射信号发射单元发出的微波信号，所述信号接收单元用于接收反射回来的微波信号。3.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述供电模块包括柴油发电机、太阳能电池板和蓄电池，所述柴油发电机启动发电提供雷达使用时的电力需求，所述太阳能电池板在晴天时发电提供雷达使用时的电力需求，所述蓄电池用于储存电能在应急时使用。4.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述挡雨模块包括雨棚和雨水传感器，所述雨棚用于在雨雪天气时撑开遮挡雷达箱，保证系统正常工作，所述雨水传感器感应雨水，在雨雪天气时雨水传感器向雨棚发出信号撑开挡雨。5.根据权利要求4所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述雨水传感器与雨棚电性连接，所述雨棚由马达电驱动撑开。6.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述数据分析模块包括数据存储单元和数据对比单元，所述数据存储单元用于存储库岸坐标数据，所述数据对比单元用于将监测的坐标数据与数据存储单元保存的初始数据进行比对。7.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述调节模块包括俯仰调节单元和水平调节单元，所述俯仰调节单元用于调节雷达俯仰角度，所述水平调节单元用于调节雷达水平角度。8.根据权利要求1所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述报警模块包括预警触发单元、5g通讯单元和远程终端，所述预警触发单元用于设定库岸变形范围，所述5g通讯单元用于将预警信息传递至附近的5g基站，所述远程终端用于接收预警信息。9.根据权利要求8所述的一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，其特征在于：所述预警触发单元在库岸变形数据超过范围后启动通过5g通讯单元传递发出预警信息。

技术总结
本发明公开一种流域库岸变形监测专用地基雷达系统，包括雷达箱、算法模组、保障模组、数据分析模块和调节模块，雷达箱内设有算法模组和数据分析模块，雷达箱上设有保障模组，算法模组与数据分析模块之间通过数据线进行信息传递，算法模组包括库岸定位模块和建模算法模块，保障模组包括供电模块和挡雨模块，雷达箱下方设有调节模块；本发明通过信号反射单元排列插在库岸上形成节点，再由信号发射单元发出信号，信号反射单元将信号朝原方向反射，信号接收单元接收反射回的信号方便建模算法模块快速构建库岸场景模型，通过数据存储单元存储初次接收的库岸数据，在后续定期监测时由数据对比单元与初始数据进行对比，实现快速直观显示库岸变形情况。显示库岸变形情况。显示库岸变形情况。


技术研发人员：马洪琪 周伟 肖海斌 程翔 陈鸿杰 周志伟 马刚 潘斌
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/10/7