CN109141319A - 一种滑坡表面位移整套监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑坡表面位移整套监测装置及其监测方法，解决了现有技术中监测方式内容单一、精度低、信息量少和劳动强度大的问题。本发明包括数据测量系统、数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统，数据测量系统包括设置在正常地面上的稳固基座和设置在滑坡面上的滑动基座，稳固基座上设有稳固立柱，稳固立柱通过第一转动机构与稳固基座转动连接，滑动基座上设有滑动立柱，滑动立柱通过第二转动机构与滑动基座转动连接，稳固立柱的上端和滑动立柱的上端通过防护罩相连接，防护罩内设有位移测量机构和高程倾角测量机构。本发明可实时监测滑坡测点的表面位移、平面转角和高程倾角，监测方式内容多样、精度高。

Description

一种滑坡表面位移整套监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及滑坡检测技术领域，特别是指一种滑坡或高边坡等地质体表面位移、平面转角和高程倾角的整套监测装置及其监测方法。

背景技术

滑坡是指含有不稳定岩土体的山体斜坡或人工边坡，受到土壤类型、地形地貌等内部因素以及人类活动和各种振动等外部因素的综合影响，失去自身平衡，在自重作用下沿着一定的软弱面或软弱带，部分或全部岩土体顺坡产生滑动的不良地质现象，是地球上广泛存在着的一种地质灾害。滑坡体一般要经历孕育、成形、演化、发生、发展这几个阶段，从滑坡的既有破坏、局部破坏、贯穿性破坏、碎裂性破坏和运动性破坏的过程中，滑坡坡面倾角变化、裂缝相对位移、裂缝方位角是判断与预测滑坡稳定性的重要参数。及时报警以保证广大群众生命财产安全和保护农业、交通、水利、能源等行业的基础设施具有重要意义。

目前我国现有的地质灾害滑坡监测方法有群测群防和专业监测两种方式。群测群防监测方式一般有人工监测桩和滑坡伸缩仪，专业监测方式有拉绳位移监测仪、地表GNSS监测仪、深部位移监测仪、地面激光雷达扫描仪等。上述方法缺点为内容单一、精度低、信息量少和劳动强度大，并且须人执守，且连续观测能力较差；对仪器精度要求高，价格昂贵，仪器易出故障，长期稳定性差，不适于恶劣天气条件，资料需要用其他监测方法校核后方能使用。为此，我们提出了一种滑坡表面位移整套监测装置及使用方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种滑坡表面位移整套监测装置及其监测方法，解决了现有技术中监测方式内容单一、精度低、信息量少和劳动强度大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种滑坡表面位移整套监测装置，包括数据测量系统、数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统，数据远程传输系统分别与数据测量系统、数据接收处理系统相连接，预警系统与数据接收处理系统相连接，所述数据测量系统包括设置在正常地面上的稳固基座和设置在滑坡面上的滑动基座，稳固基座上设有稳固立柱，稳固立柱通过第一转动机构与稳固基座转动连接，滑动基座上设有滑动立柱，滑动立柱通过第二转动机构与滑动基座转动连接，稳固立柱的上端和滑动立柱的上端通过防护罩相连接，防护罩内设有位移测量机构和高程倾角测量机构。

所述位移测量机构包括定滑轮组和动滑轮组，定滑轮组通过定滑轮座与稳固立柱相连接，动滑轮组通过动滑轮座与滑动立柱相连接，稳固立柱上部设有测距拉紧器，动滑轮座上设有钢丝线，钢丝线按序缠绕在定滑轮组和动滑轮组上，钢丝线的一端与动滑轮座相连接、另一端与测距拉紧器相连接。

所述测距拉紧器包括自动拉紧器和用于测量钢丝移动距离的距离传感器，距离传感器设置在自动拉紧器上且与数据远程传输系统相连接。

所述高程倾角测量机构包括设置在防护罩内的至少一个角度传感器，角度传感器与数据远程传输系统。

所述防护罩的下部设有滑移槽，滑移槽内设有第一防护支座和第二防护支座，稳固立柱的上端穿过第一防护支座伸进防护罩内，滑动立柱的上端穿过第二防护座伸进防护罩内。

所述第一转动机构包括设置在稳固基座上的第一底座，第一底座内设有第一轴承，稳固立柱的下端通过第一轴承与第一底座相连接，第一底座上设有第一固定盘，稳固立柱上设有第一转动盘，第一转动盘与第一固定盘相配合，第一转动盘上设有第一转角传感器，第一转角传感器与数据远程传输系统相连接。

所述第二转动机构包括设置在滑动基座上的第二底座。第二底座内设有第二轴承，滑动立柱的下端通过第二轴承与第二底座相连接，第二底座上设有第二固定盘，滑动立柱上设有第二转动盘，第二转动盘与第二固定盘相配合。

所述数据远程传输系统包括数据采集模块和数据传输模块，数据采集模块和数据传输模块均由稳固基座上的太阳能电池板供电。

所述数据接收处理系统包括相互连接的无线数据接收模块和数据处理模块，无线数据接收模块接收数据传输模块输送的信号，数据处理模块与预警系统相连接，预警系统包括并联设置的预警广播模块、预警灯模块和无线网络短信语音发射模块。

一种滑坡表面位移整套监测装置的监测方法，包括如下步骤：S1：建立基础设施：根据滑坡表面位置分别制作稳固基座和滑动基座；

S2：组建数据测量系统：首先按顺序组装稳固基座上的监测装置，然后按顺序组装滑动基座上的监测装置；最后安装防护罩；

S3：连接数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统的各个设备，对设备进行调试；调试完成后，对数据接收处理系统设置预警阈值；

S4：对滑坡监测点监测：滑坡发生运动时，滑动基座空间位置发生变动，滑动立柱拉动钢丝线运动，测距拉紧器将钢丝绳的移动距离信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的表面位移的实时监测；

滑动基座移动，防护罩发生倾斜转动，防护罩内的角度传感器将角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的高程倾角的实时监测；

滑动基座移动，滑动基座相对稳固基座发生相对转动，稳固立柱发生转动，第一转动盘上的第一转角传感器将相对转动角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的平面转角的实时监测。

本发明的有益效果是：a.本发明造价低廉、施工简单，可大面积覆盖监测区域。b.本发明数据测量系统采用的定滑轮组、动滑轮组可将滑坡表面位移成奇数倍放大，使得滑坡表面位移的监测精度更高。c.本发明数据测量系统采用的转角传感器和高程倾角测量机构可实现对平面转角和高程倾角的高精度测量。d.应用本发明数据测量系统采集的表面位移、平面转角和高程倾角的数据，数据接收处理系统可以精确计算出第二底座中心点（监测点）相对第一底座中心点（基准点）的三维位置变化量。e.本发明采用的数据测量系统、数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统的整套装置配合使用，可保证即使在恶劣的天气条件下，特别是在最有可能发生滑坡的暴雨条件下，仍可实时地对滑坡表面位移进行监测，并及时、准确的对滑坡预警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为图1中A处局部放大图。

图3为图1中B处局部放大图。

图4为本发明工作原理模块示意图。

图5为本发明算法演示图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，实施例1，一种滑坡表面位移整套监测装置，包括数据测量系统17、数据远程传输系统18、数据接收处理系统19和预警系统20，数据远程传输系统18分别与数据测量系统17、数据接收处理系统19相连接，预警系统20与数据接收处理系统19相连接，数据测量系统17检测的数据信号经数据远程传输系统18传递给数据接收处理系统19，处理后的数据如果达到预定阈值预警系统20发出警报。数据测量系统17包括设置在正常地面15上的稳固基座1，和设置在滑坡面16上的滑动基座2，稳固基座1是检测的基准点，滑动基座2作为滑坡的检测点，稳固基座1上设有稳固立柱5，稳固立柱5通过第一转动机构3与稳固基座1转动连接，稳固立柱可以以自身轴线为中线进行转动，滑动基座2上设有滑动立柱6，滑动立柱6通过第二转动机构4与滑动基座2转动连接，滑动立柱可以以自身轴线为中线进行转动，同时便于滑动基座相对稳固基座发生转动时角度的测量。稳固立柱5的上端和滑动立柱6的上端通过防护罩12相连接，防护罩12内设有位移测量机构10和高程倾角测量机构11，用于监测测试点的表面位移和高程倾角的变化。

进一步，所述位移测量机构10包括水平设置的定滑轮组101和动滑轮组102，其工作原理与现有定滑轮和动滑轮原理相同。定滑轮组101包括一大一小两个定滑轮，动滑轮组102包括一大一小两个动滑轮，定滑轮组101通过定滑轮座103与稳固立柱5相连接，动滑轮组102通过动滑轮座104与滑动立柱6相连接，稳固立柱5上部设有测距拉紧器105，所述测距拉紧器105包括自动拉紧器和用于测量钢丝移动距离的距离传感器，距离传感器设置在自动拉紧器上且与数据远程传输系统18相连接。动滑轮座104上设有钢丝线106，钢丝线106按序缠绕在定滑轮组101和动滑轮组102上，钢丝线106的一端与动滑轮座104相连接、另一端与测距拉紧器105相连接。滑动立柱移动带动钢丝线，测距拉紧器对拖拽出的钢丝线的长度进行检测，并将信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的表面位移的实时监测。

实施例2，一种滑坡表面位移整套监测装置，所述高程倾角测量机构11包括设置在防护罩12内的至少一个角度传感器，角度传感器与数据远程传输系统18；滑动基座移动，防护罩发生倾斜转动，防护罩内的角度传感器将角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的高程倾角的实时监测。所述防护罩12的下部设有长条形的滑移槽13，滑移槽13内设有第一防护支座7和第二防护支座8，第一防护支座7与滑移槽13固定连接，第二防护支座8与滑移槽13滑动连接，稳固立柱5的上端穿过第一防护支座7伸进防护罩12内，滑动立柱6的上端穿过第二防护座8伸进防护罩12内。即第二防护支座可沿滑移槽滑动，当滑动基座发生向下的移动时，滑动立柱可通过第二防护支座沿滑移槽的移动，当滑移基座相对稳固基座发生相对转动时，滑动立柱通过防护罩和第一防护支座带动稳固立柱转动，可用于平面转角的监测。

进一步，所述第一转动机构3包括设置在稳固基座1上的第一底座301，第一底座301内设有第一轴承302，稳固立柱5的下端通过第一轴承302与第一底座301相连接，第一底座301上设有第一固定盘303，稳固立柱5上设有第一转动盘304，第一转动盘304与第一固定盘303相配合，第一转动盘304上设有第一转角传感器305，第一转角传感器305与数据远程传输系统18相连接。滑动基座移动，滑动基座相对稳固基座发生相对转动，稳固立柱发生转动，第一转动盘上的第一转角传感器将相对转动角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的平面转角的实时监测。

进一步，所述第二转动机构4包括设置在滑动基座2上的第二底座401。第二底座401内设有第二轴承402，滑动立柱6的下端通过第二轴承402与第二底座401相连接，第二底座401上设有第二固定盘403，滑动立柱6上设有第二转动盘404，第二转动盘404与第二固定盘403相配合。

进一步，所述数据远程传输系统18包括数据采集模块181和数据传输模块182，数据采集模块181和数据传输模块182均由稳固基座1上的太阳能电池板183供电。所述数据接收处理系统19包括相互连接的无线数据接收模块和数据处理模块，无线数据接收模块接收数据传输模块182输送的信号，数据处理模块与预警系统20相连接，预警系统20包括并联设置的预警广播模块、预警灯模块和无线网络短信语音发射模块。当处理后的数值大于设定阈值，预警广播模块发生语音警报，预警灯模块发生灯光警报，同时无线网络短信语音发射模块对相关人员发生提示语音。

其他结构与实施例1相同。

一种滑坡表面位移整套监测装置的监测方法，包括如下步骤：S1：建立基础设施：根据滑坡表面位置分别制作稳固基座和滑动基座；

S2：组建数据测量系统：首先按顺序组装稳固基座上的监测装置，然后按顺序组装滑动基座上的监测装置；最后安装防护罩；

S3：连接数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统的各个设备，对设备进行调试；高程倾角测量机构11、定滑轮组101和动滑轮组102需在同一轴线上，轴线需水平，并将高程倾角测量机构11归零，第一转角传感器305归零，调试完成后，对数据接收处理系统设置预警阈值；

S4：对滑坡监测点监测：滑坡发生运动时，滑动基座空间位置发生变动，滑动立柱拉动钢丝线运动，测距拉紧器将钢丝绳的移动距离信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的表面位移的实时监测；

滑动基座移动，防护罩发生倾斜转动，防护罩内的角度传感器将角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的高程倾角的实时监测；

滑动基座移动，滑动基座相对稳固基座发生相对转动，稳固立柱发生转动，第一转动盘上的第一转角传感器将相对转动角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的平面转角的实时监测。

其具体算法如下，如图5所示：

O点：基准点坐标，A₀点：监测点初始坐标， A₁点：监测点位置变化后坐标，L₀: 基准点与监测点间距离，也即OA₀线段距离，通过初始距离测量获得。S: 位移测量机构10获得数据。n: 钢丝线106对定滑轮组101和动滑轮组102缠绕方式所决定的钢丝线106移动端位移与滑动立柱6位移的倍数值。L₁: 监测点位置变化后与基准点间距离。

α：第一转角传感器获得的平面转角。

β：高程倾角测量机构获得的高程倾角。

x₁：监测点位置变化后的平面横坐标，

y₁： 监测点位置变化后的平面纵坐标，

z₁： 监测点位置变化后的高程坐标，

A₀A₁：监测点位置变化产生的位移，

则有：A₀ (L₀，0，0) A₁ (x₁，y₁，z₁)

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑坡表面位移整套监测装置，包括数据测量系统（17）、数据远程传输系统（18）、数据接收处理系统（19）和预警系统（20），数据远程传输系统（18）分别与数据测量系统（17）、数据接收处理系统（19）相连接，预警系统（20）与数据接收处理系统（19）相连接，其特征在于：所述数据测量系统（17）包括设置在正常地面（15）上的稳固基座（1）和设置在滑坡面（16）上的滑动基座（2），稳固基座（1）上设有稳固立柱（5），稳固立柱（5）通过第一转动机构（3）与稳固基座（1）转动连接，滑动基座（2）上设有滑动立柱（6），滑动立柱（6）通过第二转动机构（4）与滑动基座（2）转动连接，稳固立柱（5）的上端和滑动立柱（6）的上端通过防护罩（12）相连接，防护罩（12）内设有位移测量机构（10）和高程倾角测量机构（11）。

2.根据权利要求1所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述位移测量机构（10）包括定滑轮组（101）和动滑轮组（102），定滑轮组（101）和动滑轮组（102）位于同一竖直面内，定滑轮组（101）通过定滑轮座（103）与稳固立柱（5）相连接，动滑轮组（102）通过动滑轮座（104）与滑动立柱（6）相连接，稳固立柱（5）上部设有测距拉紧器（105），动滑轮座（104）上设有钢丝线（106），钢丝线（106）按序缠绕在定滑轮组（101）和动滑轮组（102）上，钢丝线（106）的一端与动滑轮座（104）相连接、另一端与测距拉紧器（105）相连接，高程倾角测量机构（11）、定滑轮组（101）和动滑轮组（102）位于同一水平高度。

3.根据权利要求2所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述测距拉紧器（105）包括自动拉紧器和用于测量钢丝移动距离的距离传感器，距离传感器设置在自动拉紧器上且与数据远程传输系统（18）相连接。

4.根据权利要求1或2所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述高程倾角测量机构（11）包括设置在防护罩（12）内的至少一个角度传感器，角度传感器与数据远程传输系统（18）。

5.根据权利要求4所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述防护罩（12）的下部设有滑移槽（13），滑移槽（13）内设有第一防护支座（7）和第二防护支座（8），稳固立柱（5）的上端穿过第一防护支座（7）伸进防护罩（12）内，滑动立柱（6）的上端穿过第二防护座（8）伸进防护罩（12）内。

6.根据权利要求1或2或5所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述第一转动机构（3）包括设置在稳固基座（1）上的第一底座（301），第一底座（301）内设有第一轴承（302），稳固立柱（5）的下端通过第一轴承（302）与第一底座（301）相连接，第一底座（301）上设有第一固定盘（303），稳固立柱（5）上设有第一转动盘（304），第一转动盘（304）与第一固定盘（303）相配合，第一转动盘（304）上设有第一转角传感器（305），第一转角传感器（305）与数据远程传输系统（18）相连接。

7.根据权利要求6所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述第二转动机构（4）包括设置在滑动基座（2）上的第二底座（401），第二底座（401）内设有第二轴承（402），滑动立柱（6）的下端通过第二轴承（402）与第二底座（401）相连接，第二底座（401）上设有第二固定盘（403），滑动立柱（6）上设有第二转动盘（404），第二转动盘（404）与第二固定盘（403）相配合。

8.根据权利要求7所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述数据远程传输系统（18）包括数据采集模块（181）和数据传输模块（182），数据采集模块（181）和数据传输模块（182）均由稳固基座（1）上的太阳能电池板（183）供电。

9.根据权利要求8所述的滑坡表面位移整套监测装置，其特征在于：所述数据接收处理系统（19）包括相互连接的无线数据接收模块和数据处理模块，无线数据接收模块接收数据传输模块（182）输送的信号，数据处理模块与预警系统（20）相连接，预警系统（20）包括并联设置的预警广播模块、预警灯模块和无线网络短信语音发射模块。

10.一种如权利要求1所述的滑坡表面位移整套监测装置的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立基础设施：根据滑坡表面位置分别制作稳固基座和滑动基座；

S2：组建数据测量系统：首先按顺序组装稳固基座上的监测装置，然后按顺序组装滑动基座上的监测装置；最后安装防护罩；

S3：连接数据远程传输系统、数据接收处理系统和预警系统的各个设备，对设备进行调试；调试完成后，对数据接收处理系统设置预警阈值；

S4：对滑坡监测点监测：滑坡发生运动时，滑动基座空间位置发生变动，滑动立柱拉动钢丝线运动，测距拉紧器将钢丝绳的移动距离信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的表面位移的实时监测；

滑动基座移动，防护罩发生倾斜转动，防护罩内的角度传感器将角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的高程倾角的实时监测；

滑动基座移动，滑动基座相对稳固基座发生相对转动，稳固立柱发生转动，第一转动盘上的第一转角传感器将相对转动角度信号经数据远程传输系统传递给数据接收处理系统，若达到预警阈值，则预警系统发出预警，实现对滑坡监测点的平面转角的实时监测。