一種滑坡災害簡易監測預警裝置的設計與實現

摘 要：文章基于電磁開關回路控制技術設計了一種滑坡災害簡易監測預警裝置，簡要介紹了該裝置的組成與結構、目標與功能、設計與實現等。當滑坡災害未發生時，滑坡監控回路正常值守；當滑坡災害發生時，滑坡監控回路切斷，滑坡報警回路接通，觸發報警器報警。這種簡易的監測預警裝置，結構簡單、安裝方便、造價低廉、直觀可靠，特別適合在山區居民房前屋后的山體滑坡災害減災防災工作中使用。

關鍵詞：滑坡災害；監測預警；電磁開關；設計與實現

1 概述

滑坡是指斜坡體上的部分巖土體，在重力的作用下，沿其坡體內的一個或多個軟弱面（帶）向下產生整體滑移且以水平位移為主的地質現象。滑坡災害的發生，常給當地居民生產、生活、工程建設和自然環境等造成嚴重的破壞和損失。

在我國廣大山區中，地形條件困難，居住環境惡劣，不少居民房屋依山伴崖而建，由于地質結構復雜，在自然風化、大量降雨等極端氣候，以及人為破壞的情況下，山體滑坡災害頻發，常造成居民房屋倒塌甚至人員傷亡的事故。因此，山區居民房前屋后的山體滑坡災害監測預警工作非常重要。

滑坡監測工作主要包括：監測斜坡體上地表裂縫的發生、發展和分布規律，監測斜坡巖土體松弛、坍塌、沉降、隆起等活動現象；監測地面、地下變形和位移大小，監測斜坡體內地下水水位、水量、水化學特征變化；監測各種建筑物變形和破壞；監測大氣降雨及環境條件變化等。通過研究分析上述監測成果數據及相關資料，為滑坡災害做出準確可靠的預警和預防提供科學依據。

滑坡監測預警一般是以斜坡變形和位移監測為主，常用的有地表裂縫簡易監測法、坡體位移專業儀器監測法、全球定位系統自動監測法等。其中，簡易監測法數據相對粗糙，監點離散，布控范圍受限；專業儀器監測法的操控技術要求較高，監測成本也相對較高；全球定位等自動監測預警系統則更為昂貴。

由于山區居民房前屋后的山體滑坡災害范圍分布較廣，隱蔽性較強，且災害點數量較大，如采用專業的滑坡災害監測預警系統，因其成本投入較高、系統結構復雜和需要專業人員管理維護等因素，要全部實現安全監控覆蓋幾乎沒有可能，在廣大的山區民居周邊勢必存在較為嚴重的山體滑坡災害風險。因此，有必要開展適用于山區民居山體滑坡災害監測預警技術的研究與應用。

作者基于電磁開關的工作原理提出了一種簡易的滑坡災害監測預警方法，其結構簡單、成本低廉、直觀可靠、便于推廣，并且具有較好的社會效益和實用價值。

2 電磁開關的原理和功能

電磁開關在各行業有廣泛的應用，最常見的是工業領域的接觸器。

電磁開關，顧名思義就是用電磁鐵控制的開關，也就是電磁鐵與開關的結合體。當電磁鐵線圈通電后產生電磁吸力，活動鐵芯推或拉動開關觸點閉合，從而接通所控制電路。電磁開關的工作原理如圖1所示。

電磁開關的動作雖然是斷開或閉合，但它的作用卻不是普通開關所能替代的。用電磁開關和其它控制元件配合使用可以實現遠程管制、自動控制、簡單的邏輯控制，并且可以實現利用低電壓和低電流控制高電壓和高電流，從而在運行安全和設備耗能方有都可以最大限度地滿足滑坡災害監測預警的需求。

3 滑坡災害監測預警解決方案

文章要解決的技術問題在于克服滑坡災害監測預警技術當前存在的不足或盲區，而提出適用于山區民居山體滑坡災害的一種簡易監測預警裝置，即在邊坡或滑坡體中布設滑坡監控導線，且用電磁開關控制滑坡監控回路和報警回路，一旦發生滑坡，則將破壞剪斷滑坡監控導線，滑坡監控回路斷開，接通報警回路，觸發報警器進行滑坡預警。

為解決上述技術問題，作者設計了一種簡易滑坡災害監測預警方案，如圖2所示，包括：電源、電源開關、報警器、兩受控觸點、電磁開關以及滑坡監控導線。所述兩受控觸點受所述電磁開關的通或斷而斷開或吸合，所述滑坡監控導線預埋在邊坡或滑坡體中，所述滑坡監控導線與所述電源、所述電源開關和所述電磁開關構成滑坡監控回路，所述電源、所述電源開關、所述報警器和所述兩受控觸點構成報警回路。

當邊坡體未發生滑坡時，所述滑坡監控回路正常工作，所述電磁開關吸合，使得所述兩受控觸點斷開，將所述報警回路切斷；當邊坡體發生滑坡時，所述滑坡監控導線受滑坡體牽拉或推壓而斷開，所述滑坡監控回路切斷，使所述電磁開關斷開，進而觸發所述兩受控觸點吸合，接通所述報警回路，觸發報警器報警。

4 山體滑坡災害簡易監測預警裝置

作者試驗組裝了一種滑坡災害簡易監測預警裝置，用以驗證山體滑坡災害監測報警解決方案的可行性和有效性。該試驗裝置包括：電源、電磁開關、發光二極管、單刀開關（模擬滑坡滑動拉斷監控導線）以及外接報警喇叭等，如圖3所示。

滑坡監控導線預埋在坡體中，滑坡監控導線與干電池、電磁開關、正常監控觸點和發光二極管（綠燈）構成滑坡監控回路；蓄電池、報警器、滑坡報警觸點和發光二極管（紅燈）構成報警回路；單刀開關模擬滑坡斷線。

當邊坡體未發生滑坡時，滑坡監控回路正常工作，電磁開關吸合，使得受控觸點斷開，即將報警回路切斷，此時綠燈亮起，表示邊坡安全；當邊坡體發生滑坡時，滑坡監控導線受滑坡體牽拉而斷開，滑坡監控回路切斷，使電磁開關斷開，進而觸發受控觸點吸合，接通報警回路，此時紅燈亮起，并觸發外接報警器報警，警示可能要產生山體滑坡災害，應緊急避險或啟動防災減災應急預案。

文章設計的山體滑坡災害簡易監測報警裝置，結構簡單、報警可靠、使用方便，可有效防止或減輕人員傷亡和財產損失，適合在山區居民房前屋后的山體滑坡減災防災工作中使用。

5 結束語

與現有技術相比，文章設計的監測報警裝置的優點和積極效果在于：滑坡監控導線與電源、電磁開關構成滑坡監控回路，滑坡監控導線埋置于邊坡或滑坡體內（淺表層），一旦發生滑坡災害，其監控導線必然被牽拉或推壓斷裂，即正常滑坡監控回路被破壞斷開，且不可逆，確保絕無漏報；電源、電源開關、報警器和受控觸點構成報警回路，當邊坡體破壞產生滑坡時，滑坡監控回路被切斷，使電磁開關斷開，進而觸發兩受控觸點吸合，接通報警回路，觸發報警器，確保即時和可靠報警。該裝置結構簡單，安裝方便，成本低廉，易于維護，特別適合在山區居民房前屋后的山體滑坡減災防災工作中使用。

通過試驗研究與初步應用表明，該裝置可以解決當前山區滑坡災害監測覆蓋面嚴重不足的問題，避免山體滑坡災害隱患監控存在盲區。

該滑坡災害簡易監測預警裝置經過產品化生產和環保與節能等功能完善后，將具有廣泛的推廣應用前景。

參考文獻

[1]張文淵，吳森陽，李靈愛，等.滑坡監測方法綜述[J].科學前沿，2014，10：506-507.

[2]林燦陽，等.基于TDR技術的邊坡自動化監測與預警[J].路基工程，2013，1：120-125.

[3]丁衛撐，方方，王敏，等.滑坡地質災害遙測系統研究[J].測控技術與儀器儀表，2009，10：99-102.

[4]孫懷軍，張永波.滑坡預測預報的現狀和發展趨勢[J].太原理工大學學報，2001，32（6）：636.

[5]廖小平，等.路塹邊坡工程理論與實踐[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

作者簡介：廖巖，男，16歲，福州第一中學高二年級第12班學生。