山体滑坡探测器


  这项发明,开发者是拉夫伯勒大学(Loughborough University)土木和建筑工程系的,他们采用实时声学传感器,聆听土壤里的运动。

  后来的工作,经费来自EPSRC,合作者有英国地质调查局,研究人员去年进行了成功的实验,传感器赢得的奖项是商业化类别的,属于该大学2010年度企业奖。

  现有的监测系统要测量仪器的物理运动,这些仪器埋在土里,需要定期检测,所提供数据可表明运动的平均距离和速度。

  拉夫伯勒大学的这一仪器,称为滑坡评估仪(Assessment of Landslides),使用声学实时监测系统(ALARMS:Acoustic Real-time Monitoring Systems),探测高频应力波,这种应力波是由土壤的运动产生的。因为它们持续受到无线监测,因此可以用来实时计算土壤运动。

  所面临的挑战,是要找到一种方法来探测很小的应力波,当然,这种应力波是源自土壤运动,尼尔·迪克森(Neil Dixon)说,他是拉夫伯勒大学岩土工程教授,合作发明了这种声学实时监测系统,另一位发明者是马太·斯普里格(Matthew Spriggs)。

  “石块断裂时就会释放出大量的能量,这些能量就成为声频发射,”迪克森补充说,“但大多数滑坡是在土壤里,这样你只能获得很低的能量,两种土壤颗粒相互挤压移动时,应力波就会释放能量,速度很快,就在土里。”

  声学实时监测系统用了一根钢管,称为波导,它所传输的信号出自地面。这一仪器放置在一个钻的孔里,在地面以下,里面堆满沙子或砾石,这样,在移动时就可产生更多的能量,比土壤本身产生的能量多,这就使信号易于辨认。

  这个仪器也可探测高频电波,大约在20-30kHz,因为低频率的波在听觉范围内,所以,尽管它们释放的能量较少而又容易探测,但是会混杂背景噪声,这些噪声来自别的声源。

  迪克森进行了实验,来确定砾石发出的声学信号如何关联到土壤运动的速度和规模,实验不考虑是什么样的土壤。

  “因为我们使用同样的回填料和波导,每次都是这样,所以,我们可以进行实际校准,”他说。“如果我们获得了一定量的声音,我们就可以将它关联到一种位移速度。”

  测量高频电波要求快速的计算能力,因此,迪克森携手英国地质调查局,也开发了一种廉价的仪器,用来处理和传送滑坡数据,这些数据来自波导。

  “它统计次数,是每15分钟信号超过门槛的次数,正是这个次数,我们要把它关联到校准刻度,这就会告诉我们,斜坡移动的速度有多快,”迪克森说。

  “这之所以可能,仅仅是因为开发了印制电路板和加工技术,这些现在都能放在小小的芯片上。五年前,这我们还不可能做到。”

  迪克森计划要进行第二组试验,就在今年冬天进行,要测试的基础设施斜坡是在公路和铁路周围。他还希望得到更多的EPSRC基金,让他可以重新设计传感器,把耗电和成本降到最低。