CN109373880A - 一种山体裂缝监测预警系统及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种山体裂缝监测预警系统，该系统包括：绝缘线筒、电阻丝、金属滑片、金属连接杆、第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆、第一固定杆、第二固定杆、电流计、角度处理器、竖向角度传感器、支柱、水平角度传感器、电源；电阻丝缠绕在绝缘线筒上；金属连接杆的一端与金属滑片连接，金属滑片与绝缘线筒上的电阻丝接触，第一非金属支撑杆连接金属连接杆的另一端与第一固定杆；第二非金属支撑杆连接绝缘线筒的端部和竖向角度传感器，支柱连接竖向角度传感器连接竖向角度传感器和水平角度传感器，水平角度传感器的底部与第二固定杆连接。本发明的监测预警系统结构简单可靠、操作方便、灵敏性强，可有效地监测山体裂缝位移和角度的实时变化。

Description

一种山体裂缝监测预警系统及预警方法
技术领域
本发明涉及一种裂缝监测装置，具体涉及一种山体裂缝变形的监测预警系统及预警方法，属于自然灾害的监测预警领域。
背景技术
山体裂缝是导致滑坡的原因之一，其所导致的后果严重威胁着人类的生命财产安全。近年来受极端天气影响，其危害性更加突出。因此，实现对山体裂缝变形的全天候实时监测，预测预警可能发生的滑坡灾害，具有十分重要的意义。
目前常规的监测手段多采用人工数据采集或高精度仪器监测。人工数据采集无法实现全天候全地形观测，不能及时发出灾害预警信息，并且短时间内无法获得大量数据；而采用高精度仪器监测大多造价偏高，操作复杂，对操作人员专业素质要求高，严重制约了灾害预警系统的普及使用。针对我国地质灾害频发，点多面广、专业人员不足等实际情况，现有的山体裂缝灾害预警系统在监控时效性、经济性、操作性、结构可靠性方面未找到合适的平衡点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种山体裂缝监测预警系统及方法。该系统将裂缝变形转化为电信号，有效地监测裂缝位移和角度的实时变化，达到危险报警值时，能及时发出预警。本发明的监测预警系统结构简单可靠、操作方便、灵敏性强、应用范围广。
根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种山体裂缝监测预警系统。
一种山体裂缝监测预警系统，该系统包括：绝缘线筒、电阻丝、金属滑片、金属连接杆、第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆、第一固定杆、第二固定杆、电流计、角度处理器、竖向角度传感器、支柱、水平角度传感器、电源。
电阻丝缠绕在绝缘线筒上。金属连接杆设置在绝缘线筒的外围。金属连接杆的一端与金属滑片连接。金属滑片与绝缘线筒上的电阻丝接触。第一非金属支撑杆连接金属连接杆的另一端与第一固定杆。第二非金属支撑杆连接绝缘线筒的端部和竖向角度传感器。支柱连接竖向角度传感器连接竖向角度传感器和水平角度传感器。水平角度传感器的底部与第二固定杆连接。
绝缘线筒、电阻丝、金属滑片、金属连接杆构成一个滑动变阻器。导线串联连接滑动变阻器、电源、电流计，形成第一闭合回路。
导线串联连接竖向角度传感器、电源、角度处理器，形成第二闭合回路。
导线串联连接水平角度传感器、电源、角度处理器，形成第三闭合回路。
作为优选，该系统还包括无线信号发射器。无线信号发射器与电流计、角度处理器连接。
该系统还包括壳体。壳体包裹在滑动变阻器的外侧四周。第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆分别从壳体的两端伸出。
作为优选，该系统还包括限位滑轮。限位滑轮包括弹簧和滑轮。其中弹簧连接滑轮和滑动变阻器上的金属滑片，滑轮与壳体的内壁接触。
作为优选，该系统还包括转向节。转向节设置在第一非金属支撑杆与第一固定杆的连接处，用于调节第一非金属支撑杆和第一固定杆之间的角度。
作为优选，该系统还包括太阳能电池板。太阳能电池板设置在壳体的外侧。太阳能电池板与电源通过导线连接。
作为优选，该系统还包括保护电阻。保护电阻串联在第一闭合回路中。
作为优选，该系统还包括三角固定支架。金属连接杆通过三角固定支架与第一非金属支撑杆连接。
在本发明中，所述竖向角度传感器包括竖向角度传感器绕丝电阻环、竖向角度传感器指针连杆和竖向角度传感器电源。竖向角度传感器绕丝电阻环、竖向角度传感器指针连杆和竖向角度传感器电源组成闭合回路。竖向角度传感器指针连杆内设有单片机。
其中：竖向角度传感器绕丝电阻环为圆弧状。竖向角度传感器指针连杆与第二非金属支撑杆连接，并且竖向角度传感器指针连杆随着第二非金属支撑杆的移动而转动。竖向角度传感器绕丝电阻环与支柱固定连接。
在本发明中，水平角度传感器包括水平角度传感器绕丝电阻环、水平角度传感器指针连杆和水平角度传感器电源。水平角度传感器绕丝电阻环、水平角度传感器指针连杆和水平角度传感器电源组成闭合回路。水平角度传感器指针连杆内设有单片机。
其中：水平角度传感器绕丝电阻环为圆弧状。水平角度传感器指针连杆与支柱连接，并且水平角度传感器指针连杆随着支柱的移动而转动。水平角度传感器绕丝电阻环与第二固定杆固定连接。
作为优选，第一非金属支撑杆和第二非金属支撑杆为多段可伸缩结构。
作为优选，第一非金属支撑杆和第二非金属支撑杆采用伸缩式套杆和/或分段组装杆的结构。
作为优选，绝缘线筒、金属连接杆、第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆、壳体按照轴线方向平行设置。
作为优选，第一非金属支撑杆和第二非金属支撑杆采用阻燃材料制成。
作为优选，第一非金属支撑杆和第二非金属支撑杆的内部设有空腔。
作为优选，壳体采用防火材料制成。
作为优选，壳体为密封结构。
根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种山体裂缝监测预警方法。
一种山体裂缝监测预警方法或第一种实施方案中所述的系统监测预警山体裂缝的方法，该方法包括以下步骤：
1)将壳体两侧的第一固定杆和第二固定杆分别固定在山体裂缝两侧的土层上，调节第一固定杆和第二固定杆，使得第一固定杆和第二固定杆的高度相同；
2)调节限位滑轮上的弹簧，使得滑轮与壳体内壁接触，金属滑片与电阻丝接触且能正常滑动；将金属滑片滑至电阻丝的靠近竖向角度传感器的一端；设定电流计和角度处理器的监测初始值和危险报警值；检查系统电路并对系统进行调试；
3)竖向角度传感器指针连杆随着第二非金属支撑杆的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器监测竖向角度传感器)的变化，从而判断山体裂缝在Z方向发生的变化；
水平角度传感器指针连杆随着支柱的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器监测水平角度传感器的变化，从而判断山体裂缝在Y轴方向发生的变化；
通过电流计监测滑动变阻器的电阻变化，从而判断山体裂缝在X轴方向发生的变化。
在本发明中，步骤3)具体为：
a)计算第一闭合回路中滑动变阻器的电阻变化值：电源为恒压U，保护电阻的电阻值为R0；监测过程中，电流计的变化量为ΔI，由此，可得第一闭合回路中电阻变化值ΔR为：
(U/R0-ΔI)·(ΔR+R0)＝U (1)，
即得：
计算监测过程中裂缝的轴向位移：测量得到绝缘线筒的直径为D，电阻丝的直径为d，电阻丝的电阻率为ρ，由此，可得裂缝的轴向位移ΔX为：
ρ＝ΔR·π(d/2)2/(πD·ΔX/d) (2)，
即得：
b)监测并计算裂缝的Z向位移：
对于竖向角度的监测，是通过第二非金属支撑杆的移动带动竖向角度传感器指针连杆在通电的竖向角度传感器绕丝电阻环上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中：竖向角度传感器电源的电压大小为U竖，通过导线和竖向角度传感器绕丝电阻环及竖向角度传感器指针连杆组成闭合回路，竖向角度传感器指针连杆的长度为q1，竖向角度传感器绕丝电阻环单位弧长电阻变化量为a，竖向角度传感器的初始电路电流为I1，变形后竖向角度传感器电路电流为I2，则Z轴方向上的变化角度α为：
计算竖向角度传感器对第二固定杆在Z方向上的位移：监测过程中，竖向角度传感器的变化角度为α，沿仪器轴向变化至(L+ΔX)；L为监控系统安装时的长度，运用正弦函数，能够转化得到裂缝在Z轴方向上的位移变化，可得Z向位移ΔZ为：
ΔZ＝(L+ΔX)sinα；
c)监测并计算裂缝的Y向位移：
对于水平角度的监测，是通过支柱以及上部结构的移动带动水平角度传感器指针连杆在通电的水平角度传感器绕丝电阻环(11001)上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中，水平角度传感器电源的电压大小U水，通过导线和水平角度传感器绕丝电阻环及水平角度传感器指针连杆组成闭合回路，水平角度传感器指针连杆的长度为q2，水平角度传感器绕丝电阻环单位弧长电阻变化量为b，水平角度传感器的初始电路电流为I3，变形后水平角度传感器电路电流为I4，则Y轴方向上的变化角度β为：
计算水平角度传感器对第二固定杆在Y方向上的位移：监测过程中，水平角度传感器的变化角度为β，沿仪器轴向变化至(L+ΔX)；L为监控系统安装时的长度，运用正弦函数，能够转化得到裂缝在Y轴方向上的位移变化，可得Y向位移ΔY为：
ΔY＝(L+ΔX)sinβ。
作为优选，该方法还包括步骤4)预警处理：当山体裂缝发生变化时：
第一闭合回路中，通过电流计监测裂缝的轴向位移变化情况，当ΔX达到危险报警值时，无线信号发射器发出预警并发送实时轴向位移变化值ΔX；
第二闭合回路中，通过竖向角度传感器监测该预警系统在Z轴角度的变化，然后通过角度处理器得到裂缝的Z向位移变化情况，当ΔZ达到危险报警值时，无线信号发射器发出预警并发送实时Z向位移变化值ΔZ；
第三闭合回路中，通过水平角度传感器监测该预警系统在Y轴角度的变化，然后通过角度处理器得到裂缝的Y向位移变化情况，当ΔY达到危险报警值时，无线信号发射器发出预警并发送实时Y向位移变化值ΔY。
在本发明中，支柱相对于第二固定杆和水平角度传感器可自由转动，从而带动水平角度传感器上的水平角度传感器指针连杆在水平角度传感器绕丝电阻环内自由转动，水平角度传感器通过放置在轴内以及支柱空腔内的导线和角度处理器相连接。
在本发明中，角度处理器内部可以将角度传感器所监测的角度数据和电流计监测的电流数据(轴向位移)结合通过函数运算转化为对应的Z和Y方向的位移变化量，并以电信号的形式传输给无线信号发射器，并且角度处理器内部设有危险报警值，当其所运算的Z和Y向位移达到危险报警值时，其可通过无线信号发射器发出预警并传送实时数据。
在本发明中，第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆设为多段，且多段的第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆采用伸缩式套杆与分段组装杆相结合的结构。其中，从绝缘线筒的(背离金属连接杆的)一端伸出的第一段非金属支撑杆为伸缩式套杆结构，其余各段非金属支撑杆采用组装杆结构，优选采用螺纹组合的方式。
在本发明中，第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆内部设有空腔，用于放置和连通导线，避免外部环境对导线的损坏。
在本发明中，第一闭合回路中，导线从电源的输出端，依次串联连接电流计、保护电阻、滑动变阻器、无线信号发射器，并回到电源的输入端。第二闭合回路中，导线从电源的输出端，依次串联连接竖向角度传感器、角度处理器、无线信号发射器，并回到电源的输入端。第三闭合回路中，导线从电源的输出端，依次串联连接水平角度传感器、角度处理器、无线信号发射器，并回到电源的输入端。
在本发明中，保护电阻的数量为一个或多个，例如1-8个。作为优选，保护电阻串联到第一闭合回路中。
在本发明中，竖向角度传感器主要有绕丝电阻环、指针连杆和独立电源组成，其中指针连杆、单片机(和指针连杆合为一体)、独立电源和绕丝电阻环组成闭合回路，单片机检测到电流值后单片机将其转换为弧长和角度信号，绕丝电阻环为圆弧状，指针连杆可随第二非金属支撑杆的上下活动而转动，绕丝电阻环和支柱固定，指针连杆转动时会在绕丝电阻环上发生移动，随着移动的距离变化，该装置电路电阻变化。通过转动角度不同，即指针连杆在绕丝电阻环上的位置不同，从而导致电路电阻不同，电阻变化和位置变化呈一定的线性关系。通过监测电路中电流的大小，我们可以得知指针连杆和绕丝电阻环的相对位置，从而我们可以得知装置转动的竖向角度，其外轴和指针连杆连接，随第二非金属支撑杆及上部结构的转动而带动指针连杆自由转动，内轴和绕丝电阻环一体，并穿过外轴空腔和支柱固定，与外轴通过轴承相连，并不随外部结构转动而转动，内轴和外轴之间的轴承保证了结构在受拉状态仍能保持自由转动。
在本发明中，水平角度传感器主要有绕丝电阻环、指针连杆和独立电源组成，其中指针连杆、单片机(和指针连杆合为一体)、独立电源和绕丝电阻环组成闭合回路，单片机检测到电流值后单片机将其转换为弧长和角度信号，指针连杆可随支柱的水平转动而转动，绕丝电阻环和第二固定杆固定，指针连杆转动时会在绕丝电阻环上发生移动，随着移动的距离变化，该装置电路电阻变化。通过转动角度不同，即指针连杆在绕丝电阻环上的位置不同，从而导致电路电阻不同，电阻变化和位置变化呈一定的线性关系。通过监测电路中电流的大小，可得知指针连杆和绕丝电阻环的相对位置，从而得知装置转动的水平角度，外轴和指针连杆连接，其随支柱及上部结构的转动而带动指针连杆自由转动，内轴和绕丝电阻环一体，并穿过外轴空腔和第二固定杆固定，与外轴通过轴承相连，并不随外部结构转动而转动，内轴和外轴之间的轴承保证了结构在受拉状态仍能保持自由转动。
在本发明中，在裂缝发生变化时，角度传感器可监测相应的竖向和水平角度，电流计可监测轴向的位移变化，在其各自的平面上，角度和轴向总长度以及Z或Y方向的位移构成三角形，将角度传感器所监测的角度数据和电流计监测的电流数据(轴向位移)结合通过正弦函数运算转化为对应的Z和Y方向的位移变化量，并以电信号的形式传输给无线信号发射器，并且角度处理器内部设有危险报警值，当其所运算的Z和Y向位移达到危险报警值时，其可通过无线信号发射器发出预警并传送实时数据。
在本发明中，所述第一固定杆、第二固定杆分别与山体裂缝两侧土层相固定，具体为：
采用水泥浇注的方式将第一固定杆、第二固定杆与裂缝两侧土壤相固定：将第一固定杆、第二固定杆埋入裂缝两侧土壤，在第一固定杆、第二固定杆旁浇注水泥浆使第一固定杆、第二固定杆与裂缝两侧土壤固定；或
采用在第一固定杆、第二固定杆下端加装膨胀螺丝的方式固定：将膨胀螺丝钻入裂缝两侧硬性土壤或石块中，将第一固定杆、第二固定杆和土壤或石块固定；或
采用焊接的方式固定：在裂缝两侧嵌入钢块或钢架，将第一固定杆、第二固定杆焊接到钢架上，使第一固定杆、第二固定杆和裂缝两侧土壤固定。
在本发明中，裂缝Z向位移计算是通过监测裂缝的竖向角度及轴向位移变化量，通过运用正弦函数将竖向角度转化为裂缝的Z向位移变化情况，从而得知裂缝在竖向的变形状态，并通过设置Z向位移变化危险报警值进行裂缝实时变形比较，达到危险状态时及时发出预警。
在本发明中，裂缝Y向位移计算是通过监测裂缝的水平角度及轴向位移变化量，通过运用正弦函数将水平角度转化为裂缝的Y向位移变化情况，从而得知裂缝在水平Y方向的错位状态，并通过设置Y向位移变化危险报警值进行裂缝实时变形比较，达到危险状态时及时发出预警。
在本发明中，所述电阻丝缠绕在绝缘线筒上，是指电阻丝呈螺旋状均匀密实地缠绕在绝缘线筒上。且电阻丝在缠绕时，绝缘线筒两端留出一定区域不缠绕电阻丝，预留区域可在特殊情况时增大量程，也便于电阻丝的维护和更换。且电阻丝采用电阻率大、直径小、受温度变化影响较小的电阻丝。
在本发明中，金属连接杆设置在绝缘线筒的外围，金属连接杆的一端设有金属滑片，金属滑片与电阻丝接触，即金属连接杆与金属滑片、电阻丝构成一个滑动变阻器。同时，限位滑轮的滑轮与壳体内壁接触，限位滑轮的弹簧的一端与金属连接杆上设有金属滑片的一端连接，上弹簧的另一端连接滑轮，使得金属滑片只能平行于绝缘线筒移动而不发生偏转，并确保金属滑片和电阻丝紧密接触。金属连接杆上固定有接线柱，用导线将金属连接杆连入电路。且金属连接杆采用电阻率小、耐锈蚀的材料制成。
在本发明中，非金属支撑杆(第一非金属支撑杆和第二非金属支撑杆)包括多段，且多段非金属支撑杆采用伸缩式套杆和分段组装杆的结构。其中，从绝缘线筒的背离金属连接杆的一端伸出的第一段非金属支撑杆为伸缩式套杆结构，其余各段非金属支撑杆采用组装杆结构。伸缩式套杆安装方便，但每段粗细会变化，强度往往达不到要求，宽度较大的裂缝时，会有杆端过细、空腔空间不够的问题。而分段组装杆携带较为系统，可分开携带，视裂缝宽度决定选用不同长度规格的杆件，还可以多段加长，每段套杆内均设有接头，用以连接角度传感器和角度处理器，机动灵活性好。由此，本发明中，靠近绝缘线筒的第一段非金属支撑杆采用伸缩式套杆的结构，其余各段则采用组装杆的结构，安装方便，同时能满足强度要求。例如，第一段非金属支撑杆采用伸缩式套杆的结构，其余各段非金属支撑杆采用螺纹组合的方式固定后并加长至所需长度，对不同地形适用性强，使用完可就地拆卸，方便携带；同时，第一段非金属支撑杆在运输过程中可缩进绝缘线筒内，减小空间占用。
非金属支撑杆采用强度高、抗老化的阻燃材料制成。此外，每段非金属支撑杆内均设有空腔，空腔内放置导线及导线接头，导线穿过空腔连接角度传感器和角度处理器。
金属连接杆和从绝缘线筒的设有金属连接杆的一端伸出的非金属支撑杆通过三角固定支架连接。其中，非金属支撑杆与三角固定支架之间通过螺纹相固定。
本发明还包括设置在第一固定杆与第一非金属支撑杆连接处的转向节，转向节用于调节第一非金属支撑杆和第一固定杆的角度，使系统更好地适应复杂地形地貌。
在本发明中，电源固定在壳体上部，为系统提供电源和稳恒电压。系统还包括太阳能电池板，太阳能电池板设置在电源的上部，并与电源通过导线连接。
优选的是，所述壳体经过防水密封处理，同时采用强度高、耐老化的防火材料制成，可防止壳体透水短路或被撞击损坏。
在本发明中，电流计和角度处理器上均设有调零旋钮。电流计可根据山体裂缝的原始宽度及实际情况调节其所在电路的监测初始值和危险报警值；同样的，角度处理器可根据山体裂缝的原始宽度及实际情况调节其所在电路的监测初始值和危险报警值。电流计将电阻变化转换为电流变化传输给无线信号发射器，无线信号发射器通过无线电、GPRS或短信等方式传输出相应位移变化数据。角度传感器通过监测装置的角度来监测Y和Z向位移变化，通过角度处理器将数据处理并传输给无线信号发射器。同时，无线信号发射器同时接收电流计和角度处理器的数据，转化为位移数据发送到监测站，当达到危险报警值时，无线信号发射器发送实时位移和角度变化数据以及危险报警信息。
在本发明中，绝缘线筒、电阻丝、金属滑片、金属连接杆构成一个滑动变阻器。绝缘线筒的一端通过第二非金属支撑杆、第二固定杆等部件与山体裂缝的一侧固定；金属滑片与绝缘线筒上的电阻丝接触，金属滑片通过金属连接杆、第一非金属支撑杆、第一固定杆等部件与山体裂缝的另一侧固定。如果山体裂缝发生变化，必定会导致与裂缝两侧固定连接的第一固定杆和第二固定杆一起移动，从而牵连着金属滑片在绝缘线筒上的电阻丝上移动，金属滑片与电阻丝的相对移动，就会导致该滑动变阻器的电阻值发生改变，从而导致第一闭合回路中的电流值发生变化。通过电流值的变化情况可以推算出电阻的变化情况，通过电阻的变化情况可以推算出金属滑片相对于电阻丝的移动距离，从而可以推算出山体裂缝的变化情况。
如果山体裂缝在轴向(也就是沿着整个监控预警系统长度的方向)上发生变化，会牵连第一固定杆和第二固定杆之间的距离变大，就会使得金属滑片背离第二固定杆的方向在绝缘线筒上滑动，从而滑动变阻器的电阻变大，第一闭合回路中的电流变小。
在本发明中，通过竖向角度传感器可以检测山体裂缝两侧的角度变化情况。竖向角度传感器也是采用电信号处理装置，将山体裂缝的物理位移变化转化为电信号。竖向角度传感器上的竖向角度传感器指针连杆与第二非金属支撑杆连接，第二非金属支撑杆通过滑动变阻器等部件间接的与山体裂缝一侧连接，竖向角度传感器上的竖向角度传感器绕丝电阻环与支柱连接，支柱通过第一固定杆与山体裂缝的另一侧连接。如果山体裂缝在Z轴方向上发生变化，必定会导致第一固定杆和第二固定杆在Z向上发生相对角度的移动，通过力的传递，会导致竖向角度传感器绕丝电阻环和竖向角度传感器指针连杆发生相对转动，竖向角度传感器指针连杆的转动，就导致了竖向角度传感器内电阻的变化，电阻的变化就会改变第二闭合回路中的电流值。因此，可以通过角度处理器监测第二闭合回路中电流值的变化情况，得到竖向角度传感器电阻的变化情况，从而推算出山体裂缝在Z轴方向上发生的变化情况。
同理，通过水平角度传感器可以检测山体裂缝两侧的角度变化情况。水平角度传感器也是采用电信号处理装置，将山体裂缝的物理位移变化转化为电信号。水平角度传感器上的水平角度传感器指针连杆与支柱连接，支柱通过第一非金属支撑杆、第二非金属支撑杆、滑动变阻器等部件间接的与山体裂缝一侧连接，水平角度传感器上的竖向角度传感器绕丝电阻环与第二固定杆连接，第二固定杆与山体裂缝的另一侧连接。如果山体裂缝在Y轴方向上发生变化，必定会导致第一固定杆和第二固定杆在Y向上发生相对角度的移动，通过力的传递，会导致水平角度传感器绕丝电阻环和水平角度传感器指针连杆发生相对转动，水平角度传感器指针连杆的转动，就导致了水平角度传感器内电阻的变化，电阻的变化就会改变第三闭合回路中的电流值。因此，可以通过角度处理器监测第三闭合回路中电流值的变化情况，得到水平角度传感器电阻的变化情况，从而推算出山体裂缝在Y轴方向上发生的变化情况。
山体裂缝在三个维度的变化情况都通过本发明的监测预警系统转化为电信号，从三个维度可实时监测山体裂缝变形的实时状态，还可以通过无线信号发射器等装置发出预警。
在本发明中，保护电阻起到保护滑动变阻器的作用。监测预警系统安装时，调节金属滑片，使得该滑动变阻器的电阻值为零。如果山体裂缝发生变化，金属滑片移动，从而滑动变阻器的电阻值变大。
在本发明中，绝缘线筒的直径一般为10-1000mm，优选为20-500mm，更优选为30-200mm。
在本发明中，山体裂缝监测预警系统的长度为10-1000cm，优选为20-500cm，更优选为30-200cm。山体裂缝监测预警系统的长度是指第一固定杆和第二固定杆处于平行状态时，两者之间的距离。
在本发明中，电阻丝的直径为0.001-10mm，优选为0.005-1mm，更优选为0.001-0.5mm。电阻丝的电阻率根据具体材料检测得到。
现有技术相比，本发明的监测预警系统及预警方法具有以下有益技术效果：
1、本发明一种山体裂缝监测预警系统及方法可以实现全天候实时监控和预警双重功能，能有效地监测山体裂缝变形的实时状态，更直观地反映裂缝变形趋势；
2、本发明一种山体裂缝监测预警系统及方法将裂缝变形转化为电信号，可有效地监测山体裂缝位移和角度的实时变化，同时无线信号实时传送位移及角度数据，达到危险报警值时，可及时发出预警；
3、本发明集山体裂缝的位移角度监测和预警于一身，携带组装方便，成本较低，适于推广；
4、本发明在对山体裂缝实时监测和预警的同时，确保了监测的高精度。
附图说明
图1为本发明一种山体裂缝监测预警系统应用于山体的结构示意图；
图2为本发明一种山体裂缝监测预警系统的结构示意图；
图3为本发明山体裂缝监测预警系统中限位滑轮、壳体、滑动变阻器的结构示意图；
图4为本发明山体裂缝监测预警系统中竖向角度传感器的结构示意图；
图5为本发明山体裂缝监测预警系统中水平角度传感器的结构示意图；
图6为本发明一种山体裂缝监测预警方法的监测示意图；
图7为本发明一种山体裂缝监测预警系统的闭合回路示意图。
附图标记：
1：绝缘线筒；2：电阻丝；3：金属滑片；4：金属连接杆；501：第一非金属支撑杆；502：第二非金属支撑杆；601：第一固定杆；602：第二固定杆；7：电流计；8：角度处理器；9：竖向角度传感器；901：竖向角度传感器绕丝电阻环；902：竖向角度传感器指针连杆；903：竖向角度传感器电源；10：支柱；11：水平角度传感器；1101：水平角度传感器绕丝电阻环；1102：水平角度传感器指针连杆；1103：水平角度传感器电源；12：电源；13：无线信号发射器；14：壳体；15：限位滑轮；1501：弹簧；1502：滑轮；16：转向节；17：太阳能电池板；18：保护电阻；19：三角固定支架；K：滑动变阻器。
具体实施方式
根据本发明提供的实施方案，提供一种山体裂缝监测预警系统。
一种山体裂缝监测预警系统，该系统包括：绝缘线筒1、电阻丝2、金属滑片3、金属连接杆4、第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502、第一固定杆601、第二固定杆602、电流计7、角度处理器8、竖向角度传感器9、支柱10、水平角度传感器11、电源12。
电阻丝2缠绕在绝缘线筒1上。金属连接杆4设置在绝缘线筒1的外围。金属连接杆4的一端与金属滑片3连接。金属滑片3与绝缘线筒1上的电阻丝2接触。第一非金属支撑杆501连接金属连接杆4的另一端与第一固定杆601。第二非金属支撑杆502连接绝缘线筒1的端部和竖向角度传感器9。支柱10连接竖向角度传感器9连接竖向角度传感器9和水平角度传感器11。水平角度传感器11的底部与第二固定杆602连接。
绝缘线筒1、电阻丝2、金属滑片3、金属连接杆4构成一个滑动变阻器K。导线串联连接滑动变阻器K、电源12、电流计7，形成第一闭合回路。
导线串联连接竖向角度传感器9、电源12、角度处理器8，形成第二闭合回路。
导线串联连接水平角度传感器11、电源12、角度处理器8，形成第三闭合回路。
作为优选，该系统还包括无线信号发射器13。无线信号发射器13与电流计7、角度处理器8连接。
该系统还包括壳体14。壳体14包裹在滑动变阻器K的外侧四周。第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502分别从壳体14的两端伸出。
作为优选，该系统还包括限位滑轮15。限位滑轮15包括弹簧1501和滑轮1502。其中弹簧1501连接滑轮1502和滑动变阻器K上的金属滑片3，滑轮1502与壳体14的内壁接触。
作为优选，该系统还包括转向节16。转向节16设置在第一非金属支撑杆501与第一固定杆601的连接处，用于调节第一非金属支撑杆501和第一固定杆601之间的角度。
作为优选，该系统还包括太阳能电池板17。太阳能电池板17设置在壳体14的外侧。太阳能电池板17与电源12通过导线连接。
作为优选，该系统还包括保护电阻18。保护电阻18串联在第一闭合回路中。
作为优选，该系统还包括三角固定支架19。金属连接杆4通过三角固定支架19与第一非金属支撑杆501连接。
在本发明中，所述竖向角度传感器9包括竖向角度传感器绕丝电阻环901、竖向角度传感器指针连杆902和竖向角度传感器电源903。竖向角度传感器绕丝电阻环901、竖向角度传感器指针连杆902和竖向角度传感器电源903组成闭合回路。竖向角度传感器指针连杆902内设有单片机。
其中：竖向角度传感器绕丝电阻环901为圆弧状。竖向角度传感器指针连杆902与第二非金属支撑杆502连接，并且竖向角度传感器指针连杆902随着第二非金属支撑杆502的移动而转动。竖向角度传感器绕丝电阻环901与支柱10固定连接。
在本发明中，水平角度传感器11包括水平角度传感器绕丝电阻环1101、水平角度传感器指针连杆1102和水平角度传感器电源1103。水平角度传感器绕丝电阻环1101、水平角度传感器指针连杆1102和水平角度传感器电源1103组成闭合回路。水平角度传感器指针连杆1102内设有单片机。
其中：水平角度传感器绕丝电阻环1101为圆弧状。水平角度传感器指针连杆1102与支柱10连接，并且水平角度传感器指针连杆1102随着支柱10的移动而转动。水平角度传感器绕丝电阻环1101与第二固定杆602固定连接。
作为优选，第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502为多段可伸缩结构。
作为优选，第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502采用伸缩式套杆和/或分段组装杆的结构。
作为优选，绝缘线筒1、金属连接杆4、第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502、壳体14按照轴线方向平行设置。
作为优选，第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502采用阻燃材料制成。
作为优选，第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502的内部设有空腔。
作为优选，壳体1采用防火材料制成。
作为优选，壳体1为密封结构。
实施例1
如图1所示，一种山体裂缝监测预警系统，该系统包括：绝缘线筒1、电阻丝2、金属滑片3、金属连接杆4、第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502、第一固定杆601、第二固定杆602、电流计7、角度处理器8、竖向角度传感器9、支柱10、水平角度传感器11、电源12。
电阻丝2缠绕在绝缘线筒1上。金属连接杆4设置在绝缘线筒1的外围。金属连接杆4的一端与金属滑片3连接。金属滑片3与绝缘线筒1上的电阻丝2接触。第一非金属支撑杆501连接金属连接杆4的另一端与第一固定杆601。第二非金属支撑杆502连接绝缘线筒1的端部和竖向角度传感器9。支柱10连接竖向角度传感器9连接竖向角度传感器9和水平角度传感器11。水平角度传感器11的底部与第二固定杆602连接。
绝缘线筒1、电阻丝2、金属滑片3、金属连接杆4构成一个滑动变阻器K。导线串联连接滑动变阻器K、电源12、电流计7，形成第一闭合回路。
导线串联连接竖向角度传感器9、电源12、角度处理器8，形成第二闭合回路。
导线串联连接水平角度传感器11、电源12、角度处理器8，形成第三闭合回路。
实施例2
如图2所示，重复实施例1，只是该系统还包括无线信号发射器13。无线信号发射器13与电流计7、角度处理器8连接。该系统还包括壳体14。壳体14包裹在滑动变阻器K的外侧四周。第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502分别从壳体14的两端伸出。该系统还包括限位滑轮15。限位滑轮15包括弹簧1501和滑轮1502。其中弹簧1501连接滑轮1502和滑动变阻器K上的金属滑片3，滑轮1502与壳体14的内壁接触。该系统还包括转向节16。转向节16设置在第一非金属支撑杆501与第一固定杆601的连接处，用于调节第一非金属支撑杆501和第一固定杆601之间的角度。该系统还包括太阳能电池板17。太阳能电池板17设置在壳体14的外侧。太阳能电池板17与电源12通过导线连接。
实施例3
重复实施例2，只是该系统还包括保护电阻18。保护电阻18串联在第一闭合回路中。该系统还包括三角固定支架19。金属连接杆4通过三角固定支架19与第一非金属支撑杆501连接。
实施例4
重复实施例3，如图4所示，所述竖向角度传感器9包括竖向角度传感器绕丝电阻环901、竖向角度传感器指针连杆902和竖向角度传感器电源903。竖向角度传感器绕丝电阻环901、竖向角度传感器指针连杆902和竖向角度传感器电源903组成闭合回路。竖向角度传感器指针连杆902内设有单片机。
其中：竖向角度传感器绕丝电阻环901为圆弧状。竖向角度传感器指针连杆902与第二非金属支撑杆502连接，并且竖向角度传感器指针连杆902随着第二非金属支撑杆502的移动而转动。竖向角度传感器绕丝电阻环901与支柱10固定连接。
绝缘线筒1、金属连接杆4、第一非金属支撑杆501、第二非金属支撑杆502、壳体14按照轴线方向平行设置。
实施例5
重复实施例4，如图5所示，水平角度传感器11包括水平角度传感器绕丝电阻环1101、水平角度传感器指针连杆1102和水平角度传感器电源1103。水平角度传感器绕丝电阻环1101、水平角度传感器指针连杆1102和水平角度传感器电源1103组成闭合回路。水平角度传感器指针连杆1102内设有单片机。
其中：水平角度传感器绕丝电阻环1101为圆弧状。水平角度传感器指针连杆1102与支柱10连接，并且水平角度传感器指针连杆1102随着支柱10的移动而转动。水平角度传感器绕丝电阻环1101与第二固定杆602固定连接。
实施例6
重复实施例5，只是第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502为多段可伸缩结构。
实施例7
重复实施例5，第一非金属支撑杆501和第二非金属支撑杆502采用伸缩式套杆和分段组装杆的结构。
实施例8
一种山体裂缝监测预警方法，该方法包括以下步骤：
1)将壳体14两侧的第一固定杆601和第二固定杆602分别固定在山体裂缝两侧的土层上，调节第一固定杆601和第二固定杆602，使得第一固定杆601和第二固定杆602的高度相同；
2)调节限位滑轮15上的弹簧1501，使得滑轮1502与壳体14内壁接触，金属滑片3与电阻丝2接触且能正常滑动；将金属滑片3滑至电阻丝2的靠近竖向角度传感器9的一端；设定电流计7和角度处理器9的监测初始值和危险报警值；检查系统电路并对系统进行调试；
3)竖向角度传感器指针连杆902随着第二非金属支撑杆502的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器8监测竖向角度传感器9的变化，从而判断山体裂缝在Z方向发生的变化；
水平角度传感器指针连杆1102随着支柱10的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器8监测水平角度传感器10的变化，从而判断山体裂缝在Y轴方向发生的变化；
通过电流计7监测滑动变阻器K的电阻变化，从而判断山体裂缝在X轴方向发生的变化。
实施例9
一种山体裂缝监测预警系统及方法，该方法包括以下步骤：
1)将壳体14两侧的第一固定杆601和第二固定杆602分别与山体裂缝两侧土壤相固定，调节第一固定杆601和第二固定杆602，使得第一固定杆601和第二固定杆602的高度相同；
2)调节限位滑轮15的弹簧1501，使得滑轮1502与壳体1内壁接触，金属滑片3与电阻丝2接触且能正常滑动；将金属滑片3滑至电阻丝2的靠近竖向角度传感器9的一端；
3)根据山体裂缝的原始宽度及实际情况，设定电流计7的危险报警值为I＝12.594mA，即轴向张拉(沿监测预警系统长度方向，也就是X轴方向)累计达到30mm时无线信号发射器13发出预警；设定角度处理器：Z轴方向沉降累计达到30mm时无线信号发射器13发出预警；Y轴方向变化累计达到30mm时无线信号发射器13发出预警；设定轴向张拉日均变化达到5mm时无线信号发射器13发出预警，Z轴方向沉降日均变化达到5mm时无线信号发射器13发出预警；检查系统电路并对系统进行调试；
电流计9的读数即为由裂缝的轴向位移可知，电流计9的读数越小，裂缝的轴向位移ΔX越大，由此，电流计9的危险报警值为I＝12.594mA，即当电流计9测得电流小于或等于12.594mA时或电流变化量大于87.406mA时，无线信号发射器13发出预警；
4)监测并计算裂缝的轴向位移：
a)计算第一闭合回路中滑动变阻器K的电阻变化值：电源为恒压U＝5V，保护电阻18的电阻值为R0＝50Ω；监测过程中，电流计9的变化量ΔI＝87.406mA，由此，可得第一闭合回路中电阻变化值ΔR为：
(U/R0-ΔI)*(ΔR+R0)＝U (1)，
即得：
b)计算监测过程中裂缝的轴向位移：测量得到绝缘线筒1的直径为D＝80mm，电阻丝2的直径为d＝0.08mm，电阻丝2的电阻率为ρ＝0.01851Ω/m，轴向监测精度为0.08mm，单位长度电阻变化率为3.682Ω/m，由此，可得裂缝的轴向位移ΔX为：
ρ＝ΔR·π(d/2)2/(πD·ΔX/d) (2)，
即得：
即裂缝的轴向位移ΔX为：
5)监测并计算裂缝的Z向位移：
对于竖向角度的监测，是通过第二非金属支撑杆502的移动带动竖向角度传感器指针连杆902在通电的竖向角度传感器绕丝电阻环901上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中，竖向角度传感器电路电源为绕丝电阻环后方的独立电源，其电压大小U为5V。通过导线和竖向角度传感器绕丝电阻环901及竖向角度传感器指针连杆902组成闭合回路，竖向角度传感器指针连杆902的长度为q1，竖向角度传感器绕丝电阻环901单位弧长电阻变化量为a，竖向角度传感器9的初始电路电流为I1，变形后竖向角度传感器9电路电流为I2，则Z轴方向上的变化角度α为：
计算竖向角度传感器9对第二固定杆602在Z方向上的位移：监测过程中，竖向角度传感器9的角度为α，α＝1°，沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝30mm,Z向精度0°6′53″。裂缝Z向位移变化时，首先裂缝发生变化，竖向角度传感器监测到竖向角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的竖向角度和轴向位移以及裂缝的Z向位移在此竖向平面上构成了一个三角形，然后在竖向角度和轴向总长度已知的情况下，运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Z向位移变化，可得Z向位移ΔZ为：
ΔZ＝(L+ΔX)sinα＝13.613mm；
6)监测并计算裂缝的Y向位移：
对于水平角度的监测，是通过支柱10以及上部结构的移动带动水平角度传感器指针连杆1102在通电的水平角度传感器绕丝电阻环11001上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中，水平角度传感器电路电源为绕丝电阻环下方的独立电源，其电压大小U为5V。通过导线和水平角度传感器绕丝电阻环1101及水平角度传感器指针连杆1102组成闭合回路，水平角度传感器指针连杆1102的长度为q2，水平角度传感器绕丝电阻环1101单位弧长电阻变化量为b，水平角度传感器11的初始电路电流为I3，变形后水平角度传感器11电路电流为I4，则Y轴方向上的变化角度β为：
计算水平角度传感器11对第二固定杆602在Y方向上的位移：监测过程中，水平角度传感器11的角度为β，β＝1°,沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝30mm,Y向精度0°6′53″。裂缝Y向位移变化时，首先裂缝发生变化，水平角度传感器监测到水平角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的水平角度和轴向以及裂缝的Y向位移在此水平面上构成了一个三角形，然后在水平角度和轴向总长度已知的情况下，运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Y向位移变化，可得Y向位移ΔY为：
ΔY＝(L+ΔX)sinβ＝13.613mm；
7)电流计9的读数裂缝的轴向位移累计达到30mm，无线信号发射器13发出预警并向地面监测端发送实时位移和角度数据。
实施例10
重复实施例9，只是：
4)监测并计算裂缝的轴向位移：
a)计算第一闭合回路中滑动变阻器K的电阻变化值：电源为恒压U＝5V，保护电阻11为R0＝50Ω；监测过程中，电流计的读数为21.613mA，电流计9的变化量ΔI＝78.387mA，由此，可得第一闭合回路中电阻变化值ΔR为：
(U/R0-ΔI)*(ΔR+R0)＝U (1)，
即得：
b)计算监测过程中裂缝的轴向位移：测量得到绝缘线筒1的直径为D＝80mm，电阻丝2的直径为d＝0.08mm，电阻丝2的电阻率为ρ＝0.01851Ω/m，轴向监测精度为0.08mm，由此，可得裂缝的轴向位移ΔX为：
ρ＝ΔR·π(d/2)2/(πD·ΔX/d) (2)，
即得：
即裂缝的轴向位移ΔX为：
5)监测并计算裂缝的Z向位移：
计算竖向角度传感器9对第二固定杆602在Z方向上的位移：监测过程中，竖向角度传感器9的角度为α，α＝1°，沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝20mm，Z向精度0°6′53″。裂缝Z向位移变化时，首先裂缝发生变化，竖向角度传感器监测到竖向角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的竖向角度和轴向位移以及裂缝的Z向位移在此竖向平面上构成了一个三角形，然后在竖向角度和轴向总长度已知的情况下，运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Z向位移变化，可得Z向位移ΔZ为：
ΔZ＝(L+ΔX)sinα＝13.438mm；
6)监测并计算裂缝的Y向位移：
计算水平角度传感器11对第二固定杆602在Y方向上的位移：监测过程中，水平角度传感器11的角度为β，β＝1°，沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝20mm，裂Y向精度0°6′53″。裂缝Y向位移变化时，首先裂缝发生变化，水平角度传感器监测到水平角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的水平角度和轴向以及裂缝的Y向位移在此水平面上构成了一个三角形，然后在水平角度和轴向总长度已知的情况下，通过运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Y向位移变化，可得Y向位移ΔY为：
ΔY＝(L+ΔX)sinβ＝13.438mm；
7)裂缝的Z向或Y向位移累计达到30mm，无线信号发射器13发出预警并向地面监测端发送实时位移和角度数据。
实施例11
重复实施例9，只是：
4)监测并计算裂缝的轴向位移：
a)计算第一闭合回路中滑动变阻器K的电阻变化值：电源为恒压U＝5V，保护电阻11为R0＝50Ω；监测过程中，电流计9的变化量ΔI＝87.406mA，闭合回路中电阻变化值ΔR为：
(U/R0-ΔI)*(ΔR+R0)＝U (1)，
即得：
b)计算监测过程中裂缝的轴向位移：测量得到绝缘线筒1的直径为D＝80mm，电阻丝2的直径为d＝0.08mm，电阻丝2的电阻率为ρ＝0.01851Ω/m，轴向监测精度为0.08mm，由此，可得裂缝的轴向位移ΔX为：
ρ＝ΔR·π(d/2)2/(πD·ΔX/d) (2)，
即得：
即裂缝的轴向位移ΔX为：
5)监测并计算裂缝的Z向位移：
计算竖向角度传感器9对第二固定杆602在Z方向上的位移：监测过程中，竖向角度传感器9的角度为α，α＝1°，沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝30mm，裂缝Z向精度0°6′53″。裂缝Z向位移变化时，首先裂缝发生变化，竖向角度传感器监测到竖向角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的竖向角度和轴向位移以及裂缝的Z向位移在此竖向平面上构成了一个三角形，然后在竖向角度和轴向总长度已知的情况下，运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Z向位移变化，可得Z向位移ΔZ为：
ΔZ＝(L+ΔX)sinα＝13.613mm；
6)监测并计算裂缝的Y向位移：
计算水平角度传感器11对第二固定杆602在Y方向上的位移：监测过程中，水平角度传感器11的角度为β，β＝1°,沿仪器轴向变化为(L+ΔX)。测得轴向原长L＝750mm,轴向张拉ΔX＝30mm，Y向精度0°6′53″。裂缝Y向位移变化时，首先裂缝发生变化，水平角度传感器监测到水平角度的变化，轴向滑动变阻器监测到轴向位移变化，则监测的水平角度和轴向以及裂缝的Y向位移在此水平面上构成了一个三角形，然后在水平角度和轴向总长度已知的情况下，通过运用正弦函数，能够转化得到裂缝的Y向位移变化，可得Y向位移ΔY为：
ΔY＝(L+ΔX)sinβ＝13.613mm；
7)裂缝的轴向位移、Z向位移或Y向位移累计达到30mm，无线信号发射器13发出预警并向地面监测端发送实时位移和角度数据。

Claims (10)

1.一种山体裂缝监测预警系统，该系统包括：绝缘线筒(1)、电阻丝(2)、金属滑片(3)、金属连接杆(4)、第一非金属支撑杆(501)、第二非金属支撑杆(502)、第一固定杆(601)、第二固定杆(602)、电流计(7)、角度处理器(8)、竖向角度传感器(9)、支柱(10)、水平角度传感器(11)、电源(12)；其中：
电阻丝(2)缠绕在绝缘线筒(1)上；金属连接杆(4)设置在绝缘线筒(1)的外围，金属连接杆(4)的一端与金属滑片(3)连接，金属滑片(3)与绝缘线筒(1)上的电阻丝(2)接触，第一非金属支撑杆(501)连接金属连接杆(4)的另一端与第一固定杆(601)；第二非金属支撑杆(502)连接绝缘线筒(1)的端部和竖向角度传感器(9)，支柱(10)连接竖向角度传感器(9)连接竖向角度传感器(9)和水平角度传感器(11)，水平角度传感器(11)的底部与第二固定杆(602)连接；
绝缘线筒(1)、电阻丝(2)、金属滑片(3)、金属连接杆(4)构成一个滑动变阻器(K)，导线串联连接滑动变阻器(K)、电源(12)、电流计(7)，形成第一闭合回路；
导线串联连接竖向角度传感器(9)、电源(12)、角度处理器(8)，形成第二闭合回路；
导线串联连接水平角度传感器(11)、电源(12)、角度处理器(8)，形成第三闭合回路。
2.根据权利要求1所述的山体裂缝监测预警系统，其特征在于：该系统还包括无线信号发射器(13)，无线信号发射器(13)与电流计(7)、角度处理器(8)连接；和/或
该系统还包括壳体(14)，壳体(14)包裹在滑动变阻器(K)的外侧四周，第一非金属支撑杆(501)、第二非金属支撑杆(502)分别从壳体(14)的两端伸出；
作为优选，该系统还包括限位滑轮(15)，限位滑轮(15)包括弹簧(1501)和滑轮(1502)；其中弹簧(1501)连接滑轮(1502)和滑动变阻器(K)上的金属滑片(3)，滑轮(1502)与壳体(14)的内壁接触。
3.根据权利要求1或2所述的山体裂缝监测预警系统，其特征在于：该系统还包括转向节(16)；转向节(16)设置在第一非金属支撑杆(501)与第一固定杆(601)的连接处，用于调节第一非金属支撑杆(501)和第一固定杆(601)之间的角度；和/或
该系统还包括太阳能电池板(17)；太阳能电池板(17)设置在壳体(14)的外侧，太阳能电池板(17)与电源(12)通过导线连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的山体裂缝监测预警系统，其特征在于：该系统还包括保护电阻(18)，保护电阻(18)串联在第一闭合回路中；和/或
该系统还包括三角固定支架(19)，金属连接杆(4)通过三角固定支架(19)与第一非金属支撑杆(501)连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的山体裂缝监测预警系统，其特征在于：所述竖向角度传感器(9)包括竖向角度传感器绕丝电阻环(901)、竖向角度传感器指针连杆(902)和竖向角度传感器电源(903)，竖向角度传感器绕丝电阻环(901)、竖向角度传感器指针连杆(902)和竖向角度传感器电源(903)组成闭合回路；竖向角度传感器指针连杆(902)内设有单片机；其中：竖向角度传感器绕丝电阻环(901)为圆弧状；竖向角度传感器指针连杆(902)与第二非金属支撑杆(502)连接，并且竖向角度传感器指针连杆(902)随着第二非金属支撑杆(502)的移动而转动；竖向角度传感器绕丝电阻环(901)与支柱(10)固定连接；和/或
水平角度传感器(11)包括水平角度传感器绕丝电阻环(1101)、水平角度传感器指针连杆(1102)和水平角度传感器电源(1103)，水平角度传感器绕丝电阻环(1101)、水平角度传感器指针连杆(1102)和水平角度传感器电源(1103)组成闭合回路；水平角度传感器指针连杆(1102)内设有单片机；其中：水平角度传感器绕丝电阻环(1101)为圆弧状；水平角度传感器指针连杆(1102)与支柱(10)连接，并且水平角度传感器指针连杆(1102)随着支柱(10)的移动而转动；水平角度传感器绕丝电阻环(1101)与第二固定杆(602)固定连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的山体裂缝监测预警系统，其特征在于：第一非金属支撑杆(501)和第二非金属支撑杆(502)为多段可伸缩结构；作为优选，第一非金属支撑杆(501)和第二非金属支撑杆(502)采用伸缩式套杆和/或分段组装杆的结构；和/或
绝缘线筒(1)、金属连接杆(4)、第一非金属支撑杆(501)、第二非金属支撑杆(502)、壳体(14)按照轴线方向平行设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的山体裂缝监测预警系统及方法，其特征在于：第一非金属支撑杆(501)和第二非金属支撑杆(502)采用阻燃材料制成；作为优选，第一非金属支撑杆(501)和第二非金属支撑杆(502)的内部设有空腔；和/或
壳体(1)采用防火材料制成；作为优选，壳体(1)为密封结构。
8.一种山体裂缝监测预警方法或权利要求1-7中任一项所述的系统监测预警山体裂缝的方法，该方法包括以下步骤：
1)将壳体(14)两侧的第一固定杆(601)和第二固定杆(602)分别固定在山体裂缝两侧的土层上，调节第一固定杆(601)和第二固定杆(602)，使得第一固定杆(601)和第二固定杆(602)的高度相同；
2)调节限位滑轮(15)上的弹簧(1501)，使得滑轮(1502)与壳体(14)内壁接触，金属滑片(3)与电阻丝(2)接触且能正常滑动；将金属滑片(3)滑至电阻丝(2)的靠近竖向角度传感器(9)的一端；设定电流计(7)和角度处理器(9)的监测初始值和危险报警值；检查系统电路并对系统进行调试；
3)竖向角度传感器指针连杆(902)随着第二非金属支撑杆(502)的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器(8)监测竖向角度传感器(9)的变化，从而判断山体裂缝在Z方向发生的变化；
水平角度传感器指针连杆(1102)随着支柱(10)的移动而转动，使电路中电阻和电流发生变化；角度处理器(8)监测水平角度传感器(10)的变化，从而判断山体裂缝在Y轴方向发生的变化；
通过电流计(7)监测滑动变阻器(K)的电阻变化，从而判断山体裂缝在X轴方向发生的变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤3)具体为：
a)计算第一闭合回路中滑动变阻器(K)的电阻变化值：电源为恒压U，保护电阻(18)的电阻值为R0；监测过程中，电流计(7)的变化量为ΔI，由此，可得第一闭合回路中电阻变化值ΔR为：
(U/R0-ΔI)·(ΔR+R0)＝U (1)，
即得：
计算监测过程中裂缝的轴向位移：测量得到绝缘线筒(1)的直径为D，电阻丝(2)的直径为d，电阻丝(2)的电阻率为ρ，由此，可得裂缝的轴向位移ΔX为：
ρ＝ΔR·π(d/2)2/(πD·ΔX/d) (2)，
即得：
b)监测并计算裂缝的Z向位移：
对于竖向角度的监测，是通过第二非金属支撑杆(502)的移动带动竖向角度传感器指针连杆(902)在通电的竖向角度传感器绕丝电阻环(901)上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中：竖向角度传感器电源(903)的电压大小为U竖，通过导线和竖向角度传感器绕丝电阻环(901)及竖向角度传感器指针连杆(902)组成闭合回路，竖向角度传感器指针连杆(902)的长度为q1，竖向角度传感器绕丝电阻环(901)单位弧长电阻变化量为a，竖向角度传感器(9)的初始电路电流为I1，变形后竖向角度传感器(9)电路电流为I2，则Z轴方向上的变化角度α为：
计算竖向角度传感器(9)对第二固定杆(602)在Z方向上的位移：监测过程中，竖向角度传感器(18)的变化角度为α，沿仪器轴向变化至(L+ΔX)；L为监控系统安装时的长度，运用正弦函数，能够转化得到裂缝在Z轴方向上的位移变化，可得Z向位移ΔZ为：
ΔZ＝(L+ΔX)sinα；
c)监测并计算裂缝的Y向位移：
对于水平角度的监测，是通过支柱(10)以及上部结构的移动带动水平角度传感器指针连杆(1102)在通电的水平角度传感器绕丝电阻环(11001)上的相对移动引起电路电流发生变化这一过程来实现的；
其中，水平角度传感器电源(1103)的电压大小U水，通过导线和水平角度传感器绕丝电阻环(1101)及水平角度传感器指针连杆(1102)组成闭合回路，水平角度传感器指针连杆(1102)的长度为q2，水平角度传感器绕丝电阻环(1101)单位弧长电阻变化量为b，水平角度传感器(11)的初始电路电流为I3，变形后水平角度传感器(11)电路电流为I4，则Y轴方向上的变化角度β为：
计算水平角度传感器(11)对第二固定杆(602)在Y方向上的位移：监测过程中，水平角度传感器(11)的变化角度为β，沿仪器轴向变化至(L+ΔX)；L为监控系统安装时的长度，运用正弦函数，能够转化得到裂缝在Y轴方向上的位移变化，可得Y向位移ΔY为：
ΔY＝(L+ΔX)sinβ。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：该方法还包括步骤4)预警处理：当山体裂缝发生变化时：
第一闭合回路中，通过电流计(7)监测裂缝的轴向位移变化情况，当ΔX达到危险报警值时，无线信号发射器(13)发出预警并发送实时轴向位移变化值ΔX；
第二闭合回路中，通过竖向角度传感器(9)监测该预警系统在Z轴角度的变化，然后通过角度处理器(8)得到裂缝的Z向位移变化情况，当ΔZ达到危险报警值时，无线信号发射器(13)发出预警并发送实时Z向位移变化值ΔZ；
第三闭合回路中，通过水平角度传感器(11)监测该预警系统在Y轴角度的变化，然后通过角度处理器(8)得到裂缝的Y向位移变化情况，当ΔY达到危险报警值时，无线信号发射器(13)发出预警并发送实时Y向位移变化值ΔY。
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