CN106846736A - 一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统 - Google Patents
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Abstract
一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统，所述传感器系统包括定位仪、全站测绘仪、应力应变探测仪和地下水探测仪，其中：所述定位仪用于提供监测区域的山体的位置数据；所述全站仪用于实时的获取监测区域的边坡位置变形数据；所述应力应变探测仪用于提供监测区域的山体的滑动面的应力应变数据；所述地下水探测仪用于提供监测区域的地下水的压力。本系统可使得山体滑坡能够根据更为全面的传感数据进行预测，有利于提高预测的准确度，从而能够及时的发现灾害。
Description
技术领域
本发明属于地质灾害监测领域，尤其涉及一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统。
背景技术
山体滑坡是指山体斜坡上某一部分岩土在重力(包括岩土本身重力及地下水的动静压力)作用下，沿着一定的软弱结构面(带)产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。山体滑坡不仅会对附近道路交通造成威胁，还会造成一定范围内的人员伤亡和财产损失。因此，如何能够及时有效的提前发现山体滑坡具有重要意义。
目前，对于山体滑坡的监测，一般通过位置传感器的仪器进行测量。并且测量的精度一般依赖于位置传感器的性能，包括位置传感器的精度、测量范围、数据读取形式等。但是，在进行位置测量过程中，受到环境的干扰以及仪器精度的限制，导致测试结果的准确度不高，不能更为及时有效的发现山体滑坡地质灾害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统，以解决现有技术测试结果的准确度不高，不能更为及时有效的发现山体滑坡地质灾害的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统，所述传感器系统包括定位仪、全站测绘仪、应力应变探测仪和地下水探测仪，其中：
所述定位仪用于提供监测区域的山体的位置数据；
所述全站仪用于实时的获取监测区域的边坡位置变形数据；
所述应力应变探测仪用于提供监测区域的山体的滑动面的应力应变数据；
所述地下水探测仪用于提供监测区域的地下水的压力。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述定位仪包括全球定位导航卫星系统GNSS定位模块，与所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪相连，向所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪发送设置信号，并接收所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪的探测数据。
结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述全球定位导航卫星系统GNSS包括GPS卫星定位模块、北斗卫星定位模块中的一个或者两个。
结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述全站仪采用一级激光，实时采集并分析监测区域的位置，当采集的位置出现异常时，自动追踪所述异常所对应的位置的状态变化。
结合第一方面，或第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述全站仪还包括激光指示器，所述激光指示器指向当前的被监测点的位置。
结合第一方面，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述应力应变探测仪包括多个压力传感器，所述多个压力传感器分别埋置在监测区域的边坡滑动面上。
结合第一方面，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述应力应变探测仪包括多个压力传感器，所述多个压力传感器采集的压力测试数据经过计算机自动平衡、自动修正处理。
结合第一方面，在第一方面的第七种可能实现方式中，所述地下水探测仪包括多个复合式探头、主机、通信电缆，在所述复合式探头内设置有压力传感器，所述复合式探头设置在地下水位或者滑动面区域的地下水位置，所述复合式探头通过通信电缆与所述主机相连。
结合第一方面的第七种可能实现方式，在第一方面的第八种可能实现方式中，所述压力传感器为PN结感温单元，所述PN结感温单元的背部通过导气电缆与大气压的环境相连。
结合第一方面，在第一方面的第九种可能实现方式中，所述传感器系统还包括控制器，所述控制器根据采集的位置、位置变形数据、应力应变数据和压力代入预设的监测模型，生成监测区域的状态数据。
本发明所述山体滑坡地质灾害监测的传感器系统，包括定位仪、全站测绘仪、应力应变探测仪和地下水探测仪，并且，通过所述定位仪、全站测绘仪、应力应变探测仪和地下水探测仪可以分别采集监测区域的山体的位置数据、边坡位置变形数据、山体的滑动面的应力应变数据以及地下水的压力，本发明将采集的监测区域的山体的位置数据、边坡位置的变形数据、山体的滑动面的应力应变数据和地下水的压力数据，使得山体滑坡能够根据更为全面的传感数据进行预测，有利于提高预测的准确度，从而能够及时的发现灾害。
附图说明
图1是本发明实施例提供的山体滑坡地质灾害监测的传感系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的传感器的安装结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的目的在于提供一种山体滑坡地质灾害的传感器系统，以解决现有技术中对于山体滑坡的监测，一般通过位置传感器的仪器进行测量。并且测量的精度一般依赖于位置传感器的性能，包括位置传感器的精度、测量范围、数据读取形式等。但是，在进行位置测量过程中，受到环境的干扰以及仪器精度的限制，导致测试结果的准确度不高，不能更为及时有效的发现山体滑坡地质灾害的问题。本发明将在GNSS(英文全称为GlobalNavigation Satellite System：中文全称为：全球定位导航卫星系统)接收机、全站仪、应力应变监测仪、地下水监测仪等监测传感器设备相结合，研制多模态传感器，对独立的监测仪器(各类传感器组件)进行模块化、智能化集成，形成山体滑坡等地质灾害监测预警模型形成硬件支撑，作为支持地灾监测网络组建的前端，从定量的数据参数支持到定性的地质灾害预警，进一步完善监测系统的实时数据获取能力。下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1示出了本发明第一实施例提供的山体滑坡地质灾害监测的传感器系统的结构示意图，详述如下：
所述山体滑坡地质灾害监测的传感器系统包括：定位仪1、全站测绘仪2、应力应变探测仪3和地下水探测仪4，其中：
所述定位仪1用于提供监测区域的山体的位置数据；
所述全站仪2用于实时的获取监测区域的边坡位置变形数据；
所述应力应变探测仪3用于提供监测区域的山体的滑动面的应力应变数据；
所述地下水探测仪4用于提供监测区域的地下水的压力。
具体的，所述定位仪1可以采用先进的参考站接收机，比如可以为莱卡GRX1200+的全球卫星定位系统GNSS的参考站接收机。可以在艰难的、无人值守的、距离遥远的恶劣环境中工作，并且可以不间断的进行位置数据的采集。
在所述定位仪内部可以集成GPS卫星定位系统，或者北斗卫星定位系统，或者包括GPS卫星定位系统和北斗卫星定位系统。提供地质灾害山体滑坡的位置数据。并且根据位置数据，可以监测到山体是否出现变形，以及变更的幅度值。在所述定位仪内可设置控制部，与所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪相连，向所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪发送设置信号，并接收所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪的探测数据。同时，所述控制部也可以对数据进行压缩、存档和分发，或者对整个网络进行监测。
所述全站仪2可以集成参考站接收机(比如徕卡)全站仪的与之配套的红色激光指向。所述激光指向可以将当前监测的数据与对应的位置建立关联，使得用户能够及时准确的根据激光的指向，确定监测数据所指向的位置。
另外，所述全站仪还可以对异常进行跟踪锁定。通过控制部对监测数据进行实时的分析。当监测到出现异常的数据时，自动对异常数据所对应的位置进行跟踪。还可以通过提高数据采样的频率，对异常位置区域进行高频率的采样。利用全球卫星定位系统GNSS参考RTK(英文全称为：Real-t ime kinemat i c，中文全称为：实时动态差分法)网络加入全站仪的实时定点技术，完善多模态传感器定点定时监测变形，可以每5-15分钟采样一次边坡数据，形成实时动态边坡位置变形监测的能力。
所述全站仪测量机器人，可以采用GPT-9000A彩屏WinCE测量机器人，具有如下特点：
1)采用最安全的一级激光，无棱镜测距达2000米，可以有效的增加无棱镜测距的距离；
2)对异常数据进行自动追踪，通过自动照准，可以对出现的异常位置进行及时的跟踪和检测；跟踪速度可以为15°每秒。
3)红色激光指向：在所述全站仪内可以装有红色、极小光点激光指示器，用户在使用过程中，可以根据红色激光的指示，轻松可知被测点位置，方便用户定向或放样作业；
4)测角精度高，可以通过配套的反射棱镜、觇牌等，实现2英尺级及以上精度仪器。
所述应力应变探测仪3，如图2所示，可以在监测区域的边坡滑动面上埋置的应力传感器，以用于压力数据检测。多模态传感器通过集成应力应变传感器的压力测试数据获得终端信号，并通过计算机完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析，生成和打印监测成果报告。通过长期的应力应变监测数据分析，为整体预报模型的生成提供应力应变参数。
所述应力应变探测仪可以采用DH3815N静态应变测试系统，通过自动的智能化的巡回数据采集系统。所述DH3815N可以通过USB接口与计算机通讯，即插即用，方便可靠。
另外，所述应力应变探测仪中的每个测点连续采样，速率可达2Hz(即0.5秒内完成所有测点的采集、传送、存贮和显示)，可进行准静态测试，有效捕捉缓慢变化信号的变化趋势，并且易于现场操作静态，便携式，电池供电，液晶显示。在传感器系统中，所述应力应变探测仪可以采用独立化模块设计，每个数据采集模块可测量16个通道，每个系统可控制16个模块(总共256个通道)，每台计算机可控制16个系统(也就是说，每台计算机最多可控制4096个通道)。在多系统控制中，每个系统可以统一进行供电。另外，可以多系统并行工作，也可以单系统独立工作。所述模块与系统之间可以采用485通信接口进行通信，所有RS485通讯距离最远可达100m。
所述地下水探测模块4，可以通过埋置在地下水位或者滑动面位置附近的地下水探测传感器获取数据。地下水监测仪在监测过程中，通过执行控制软件预先的设定，实现自动化动作以及定时监测采集数据和写入存储功能。通过对地下水压力的的长期观测分析，可对地质灾害滑坡的诱发因素进行定量分析，判断地下水压力的突变引起的滑坡变动，为整体预报模型的生成提供地下水参数。
另外，所述地下水监测仪包括复合式探头、主机、通讯电缆。在所述复合式探头内设置有压力传感器，所述复合式探头设置在地下水位或者滑动面区域的地下水位置，所述复合式探头通过通信电缆与所述主机相连。其中主机由测量电路、数据存储、自动控制及通讯接口等部分组成。在所述主机内设置的软件部分包括监测仪自控软件、通讯协议。
在所述探头内封装有PN结感温元件；当温度升高时，结电压减小，温度下降时，结电压增大。由于采用压力式传感器为探头的核心部件，因此存在着大气压及温度变化的影响，在天气剧烈变化时，其变化幅度可达5kPa，这个数值已经严重干扰了仪器观测的正确性。因此在传感器背部的参考端，采用导气电缆以平衡大气压力，同时消除传感器因温度变化引起的传感器内部气体压强变化的影响。
本发明采用多模态传感器系统整合GNSS静态连续监测技术、地表位移的精确测量、岩土层深部位移测量技术、地下水参数的精确测量，获取监测区域现场深部位移和地表变形的相关参数为基础，获取渗流场的孔隙水压力和应力场的土压力，通过土壤含水量与岩体应力应变参数建立滑坡地质灾害物理形变预测模型。通过构建监测“点”，以监测点为基本单位构建“线”，并通过GNSS静态连续地表变形RTK网络组建成“面”，最终点—线—面组成一张覆盖目标区域的传感器布设网，对滑坡泥石流监测预警模型形成硬件支撑。
另外，在获取上述位置数据、变形数据、应力应变数据和地下水的压力后，可以代入预先设定的预测模型，进行地质灾害的预测。所述预测模型可以根据回归分析法形成耦合模型，获得滑坡地质灾害的定性测量，从定量的数据参数的支持到定性的地质灾害预警。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统包括定位仪、全站测绘仪、应力应变探测仪和地下水探测仪，其中：
所述定位仪用于提供监测区域的山体的位置数据；
所述全站仪用于实时的获取监测区域的边坡位置变形数据；
所述应力应变探测仪用于提供监测区域的山体的滑动面的应力应变数据；
所述地下水探测仪用于提供监测区域的地下水的压力。
2.根据权利要求1所述传感器系统，其特征在于，所述定位仪包括全球定位导航卫星系统GNSS定位模块，与所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪相连，向所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪发送设置信号，并接收所述全站仪、应力应变探测仪和地下水探测仪的探测数据。
3.根据权利要求2所述传感器系统，其特征在于，所述全球定位导航卫星系统GNSS包括GPS卫星定位模块、北斗卫星定位模块中的一个或者两个。
4.根据权利要求1所述传感器系统，其特征在于，所述全站仪采用一级激光，实时采集并分析监测区域的位置，当采集的位置出现异常时，自动追踪所述异常所对应的位置的状态变化。
5.根据权利要求1或4所述传感器系统，其特征在于，所述全站仪还包括激光指示器，所述激光指示器指向当前的被监测点的位置。
6.根据权利要求1的所述传感器系统，其特征在于，所述应力应变探测仪包括多个压力传感器，所述多个压力传感器分别埋置在监测区域的边坡滑动面上。
7.根据权利要求1所述传感器系统，其特征在于，所述应力应变探测仪包括多个压力传感器，所述多个压力传感器采集的压力测试数据经过计算机自动平衡、自动修正处理。
8.根据权利要求1所述传感器系统，其特征在于，所述地下水探测仪包括多个复合式探头、主机、通信电缆，在所述复合式探头内设置有压力传感器，所述复合式探头设置在地下水位或者滑动面区域的地下水位置，所述复合式探头通过通信电缆与所述主机相连。
9.根据权利要求8所述传感器系统，其特征在于，所述压力传感器为PN结感温单元，所述PN结感温单元的背部通过导气电缆与大气压的环境相连。
10.根据权利要求1所述传感器系统，其特征在于，所述传感器系统还包括控制器，所述控制器根据采集的位置、位置变形数据、应力应变数据和压力代入预设的监测模型，生成监测区域的状态数据。
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