一種利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法
2023-05-04 06:35:46
專利名稱：一種利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用人工源電磁法獲取地下電性參數進行地質災害預防遙測的 方法，屬於地球物理電磁學探測技術領域。
背景技術：
我國近年地質災害頻發，造成人民生命財產的巨大損失。據報導全國地質災害點 有25萬餘處；國土資源部和中國氣象局雖然在天氣預報中都會發出警報，但只是限於宏觀 的指出，缺乏更具體地點和發生時間的預警監測，而採用人員現場監測則存在很大的生命 危險性。外部入射的電磁波在地球介質中傳播時，將感應出反映地下介質信息的電場和磁 場分量，測量、分析和研究這些電磁場得到地下電性參數分布的方法，稱之為電磁測深法。 電磁測深法根據所用的場源不同分為兩大類一類是利用天然電磁場源進行電磁探測的方 法，稱為大地電磁測深法，如大地電磁測深法(MT法)、聲頻大地電磁測深法(AMT法)；另 一類是利用人工源電磁場源進行電磁探測的方法，稱為人工源電磁測深法，如無線電磁法 (WEM法)、可控聲頻電磁法(CSAMT法)、瞬變電磁法(TEM法)等。由於電磁測深法可以得 到地下電性參數的特性，使之成為目前國際研究地下地球物理構造，進行石油天然氣、金屬 礦產資源勘探和地震預測的重要手段。國際上利用電磁波研究深層地質構造已有半個世紀的歷史。在20世紀50年代 初，提出的大地電磁測深法(簡稱MT法)理論，利用天然電磁源作為信號源，探測地球深部 結構。由於MT法存在抗幹擾能力弱，探測精度低的缺點，後來又出現了 AMT法、CSAMT法、 TEM法等多種電磁測深法。大地電磁探測法具有探測範圍廣、探測深度大、成本低的優點，但 是，其抗幹擾能力弱，探測精度低。20世紀70年代，發明了人工源電磁探測法，通過採用人 工發射的高信噪比信號(CSAMT/AMT法)，具有抗幹擾能力強，精度高的優點，但是探測範圍 小，探測深度小。近年來，一直在研究探索一種既具有大地電磁探測法信號覆蓋範圍廣、探 測深度大、成本低，又具有人工源電磁探測法抗幹擾能力強、探測精度高特點的電磁探測方 法。2004年，我國科技工作者首先提出了廣播式大功率人工源電磁法(簡稱WEM法)，為解 決上述問題提供了有效手段。首先，WEM法發射的超低頻電磁波信號比同頻天然場信號大 一到兩個量級，信號的幅度、相位十分穩定，信噪比高，可以有效地消除幹擾；其次，WEM法 發射的超低頻電磁波信號原理上可以覆蓋全國乃至周邊部分國家，省去傳統人工源電磁法 (CSAMT法、TEM法)需要攜帶笨重發射設備的問題，只須攜帶接收設備，適合大範圍探測；第 三，超低頻無線發射中心發射的超低頻電磁波信號不僅覆蓋廣又很穩定，在空域和時域上 一致性強、相關性好，而且功率強，適合大面積組網接收。由於超低頻無線發射中心發射的 超低頻信號具有對含水土壤、山體巖石和乾燥砂石電阻率1000米以內的探測能力，而對於 山體泥石流等地質災害預測通常只需監測1000米深度以內山體電阻率分布情況，因此，利 用人工源超低頻技術進行地質災害預測在原理上是可行的，也就是說，根據監測觀測點附 近的地下地質電性參數變化、分辨高電阻率和低電阻率界面的變化等因素，以及即使無雨，地質鬆動也會引起山體深部電阻率發生變化的情況，結合當地地質條件，就可以實現對山 體活動及泥石流的危險程度的監測和預報。但目前尚未發現利用人工源超低頻技術進行地 質災害預測實際應用的報導。
發明內容
本發明基於人工源低頻技術原理和發展，提出了一種利用超低頻無線電信號進行 地質災害預防遙測的方法，以提高地質災害預測的質量。本發明提出的利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法，包括設立地 質災害監測中心和若干地質災害監測分中心，主要有以下步驟A.設置超低頻無線發射中心，該發射中心由監測中心控制，在預定的時間內發射 覆蓋全國的超低頻探測信號，信號頻率為30 300Hz，信噪比20dB ；B.確定地質災害隱患點作為預設監測點，並在各地質災害隱患點設置地質災害監 測儀，該檢測儀由監測中心或監測分中心控制，工作頻率範圍為0. 1 1000Hz，通過GPS導 航系統實現時間同步，根據收到的指令，接收超低頻信號、監測地質參數，並將測得的地質 參數和監視數據信息通過移動通信網絡發送至監測中心或監測分中心；C.監測分中心同步接收超低頻無線發射中心發出的探測信號，接收所轄地質災 害檢測儀回傳的地質參數和監視數據信息，並對其進行處理和分析，將結果發送至監測中 心；D.監測中心根據收到的各監測分中心發出的地質參數和監視數據信息的處理結 果進行處理，對可能形成災害的概率、時間、強度等信息進行預測，並將預測傳遞監測分中 心。在實際運行過程中，監測中心根據各監測分中心的要求確定發射信號的時間和頻 率，並通知各監測分中心。本發明提出的利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法與傳統天氣 預報方式來預測地質災害相比首先，監測精度高，實時性好，通過比對地質災害隱患點不 同時間段的地質參數，能夠及時獲取地質災害發生的概率、時間、強度等信息；其次，採用隱 患點布設監測儀的方式，實現了全天候無人職守，節約了大量人力成本；第三，採用移動通 信網絡進行地質數據和監測圖像的傳輸，實現了覆蓋全國的地質災害監測網，可以統一調 度，統一管理，採用2G/3G成熟移動通信網絡，節約了建設專用網絡的費用。
圖1為本發明利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測方法的工作流程示 意圖。圖2為地質災害檢測儀的組成框圖。下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
具體實施例方式如圖1所示，首先設立國家地質災害監測中心和省市地質災害監測分中心，設置 超低頻無線發射中心，發射的信號頻率30 300Hz，信噪比可達20dB，信號可以覆蓋全國，該超低頻無線發射中心發射的超低頻電磁波對地穿透能力很強，對電阻率10Ω · m以下的 含水土壤不同頻率的測量深度可達20 1000米，對電阻率1000 Ω .m以上的山體巖石、幹 燥砂石的測深則可達數百米到數十公裡，超低頻無線發射中心根據國家級地質災害監測中 心要求，在預定的時間發射預定頻率的超低頻信號，例如平時每天定時發射2次系列高端 頻率，如遇特殊情況可增加發射頻次。選擇預設監測點，將地質災害隱患點作為預設監測點，在該預設監測點安裝地質 災害檢測儀，地質災害監測儀由地質災害監測模塊、外接磁性天線、電性天線和數據收發無 線電(外接監視探頭)及蓄電池組成，如圖2所示。地質災害監測儀平時處於待機狀態，平 時耗電極少，供電蓄電池一次充電可供監測儀表數周或數月使用，可以實現全天候無人值 守。地質災害檢測儀的工作頻率範圍為0. 1 1000Hz，通過GPS導航系統進行時間同步，配 有監視攝像頭，採用現有2G通信網絡的GPRS技術進行數據傳輸，同時具有向3G移動通信 網絡轉換的擴展能力，以滿足地質災害監測系統的需求。地質災害監測儀分布於各地質災 害隱患點，通過移動通信網絡接收各級地質災害監測中心遙控指令，完成開關機、接收超低 頻信號並監測地質參數、開啟關閉監視探頭、地質參數和監視數據等信息回傳各級地質災 害監測中心等任務。該地質災害檢測儀實時監測本地地形地貌信息，並傳回各級地質災害 監測中心；根據指令定時接收發射中心的超低頻信號進行監測，監測數據回傳各級地質災 害監測中心，為此各級監測中心需要具備無線遙控手段，在現有移動通信網絡基礎上，實現 控制任意制定的地質災害監測儀接收和回傳監測信號的任務。省市級地質災害監測分中心由監測控制臺及監測屏幕組成，同步接收超低頻無線 發射中心的探測信號；實時遠程控制任意所轄地質災害監測儀的開關機、數據採集、開啟關 閉視頻監控等；接收地質災害監測儀回傳的地質參數和監視數據，進行必要的數據處理和 分析，並上傳到國家級地質災害中心；各省市地質災害監測分中心之間實行數據可共享。國家級地質災害監測中心根據各省市地質災害監測分中心的要求確定超低頻無 線發射中心發射信號的時間和頻率點並通知各省市抵制災害監測分中心；同時國家級地質 災害監測中心對各地質災害監測儀採集的地質電性參數和視頻數據進行處理，對可能形成 災害的概率、時間、強度等信息進行預測，並及時傳遞給省市級地質災害監測分中心。
權利要求
1.一種利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法，設立地質災害監測中心 和若干地質災害監測分中心，主要包括以下步驟A.設置超低頻無線發射中心，該發射中心由監測中心控制，在預定的時間內發射覆蓋 全國的超低頻探測信號，信號頻率為30 300Hz，信噪比20dB ；B.確定地質災害隱患點作為預設監測點，並在各地質災害隱患點設置地質災害監測 儀，該檢測儀由監測中心或監測分中心控制，工作頻率範圍為0. 1 1000Hz，通過GPS導航 系統實現時間同步，根據收到的指令，接收超低頻信號、監測地質參數，並將測得的地質參 數和監視數據信息通過移動通信網絡發送至監測中心或監測分中心；C.監測分中心同步接收超低頻無線發射中心發出的探測信號，接收所轄地質災害檢測 儀回傳的地質參數和監視數據信息，並對其進行處理和分析，將結果發送至監測中心；D.監測中心根據收到的各監測分中心發出的地質參數和監視數據信息的處理結果進 行處理，對可能形成災害的概率、時間、強度等信息進行預測，並將預測傳遞監測分中心。
2.根據權利要求1的利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法，其特徵是 監測中心根據各監測分中心的要求確定發射信號的時間和頻率，並通知各監測分中心。
全文摘要
本發明提出了一種利用超低頻無線電信號進行地質災害預防遙測的方法，主要包括設置超低頻無線發射中心，在預定的時間內發射覆蓋全國的超低頻探測信號；各地質災害隱患點設置地質災害監測儀，根據收到的指令，接收超低頻信號、監測地質參數，並將測得的地質參數和監視數據信息通過移動通信網絡發送至監測中心或監測分中心；監測分中心同步接收超低頻無線發射中心發出的探測信號，接收所轄地質災害檢測儀回傳的地質參數和監視數據信息，並對其進行處理和分析，將結果發送至監測中心；監測中心根據收到的各監測分中心發出的地質參數和監視數據信息的處理結果進行處理，對可能形成災害的概率、時間、強度等信息進行預測，並將預測傳遞監測分中心。
文檔編號G08C17/02GK102141635SQ20101059799
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者卓賢軍, 張佳煒, 陸建勳 申請人:中國船舶重工集團公司第七研究院