CN109520474B

CN109520474B - 一种不良地质体稳定性监测系统及方法

Info

Publication number: CN109520474B
Application number: CN201811360837.1A
Authority: CN
Inventors: 胡辉; 林兴立; 张世元; 胡荣; 刘修桥
Original assignee: Guangzhou Hannan Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Hannan Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: CN109520474A

Abstract

本发明涉及地质工程及岩土工程的测量和监测技术领域，提供一种不良地质体稳定性监测系统及方法，用于快速准确的监测不良地质体的状态。本发明提供的一种不良地质体稳定性监测方法，包括：获取不良地质体的倾斜角信息；将倾斜角信息传递给监控预警系统；所述的倾斜角信息包括不良地质体的倾角和几何尺寸。通过监测倾角来确定不良地质体的状态，有效提高了不良地质体失稳预警的精度。

Description

一种不良地质体稳定性监测系统及方法

技术领域

本发明涉及地质工程及岩土工程的测量和监测技术领域，具体涉及一种不良地质体稳定性监测系统及方法。

背景技术

不良地质体包括存在倾倒风险的孤石、较陡斜坡上的危岩体、崩滑体等。近年来的大规模基础设施迅猛发展，土建工程常会临山而建，遇到的不良地质体失稳引起崩塌的灾害事件也越来越多，导致严重的生命财产损失。因此对与不良地质体监测预警系统的研发有着非常重要的意义。

随着不良地质体崩塌监测技术的不断发展，监测方法众多。有基于三维摄像技术、GPS技术、三维激光扫描仪、超声波、声发射信号、图像建模等方法检测不良地质体崩塌稳定性，建立相应的监测仪器装备和分析预警系统。但是这类监测装置的存在系统组成复杂、数据量大、能耗高、后处理流程冗长、设备成本高以及依赖较多的人工操作等不足，不适用于工程现场的大规模快速部署及进行全天候自动化在线监测。因此不良地质体崩塌现场监测设备需具备地形适应性较强、部署灵活、精度、灵敏度较高、数据简单明确的小型无线传感系统以及相应的高效数据处理方法。采用倾角、位移、应力应变等小型传感器对野外环境具有良好的适应性。实践工程中，不良地质体一般位于地形高耸位置处，对不良地质体监测技术提出较高的要求。不良地质体一般属于刚性体，不良地质体的位移以滚转为主，监测位移应当以倾角的变化为主。结合现有不良地质体崩塌监测和预警系统的现状，需要一种简单快捷、物理量明确、可对比性强且精度高的不良地质体稳定性监测系统，该系统应当适用于快速低成本大规模部署且可实现24h不间断监测。

发明内容

本发明解决的技术问题为快速准确的监测不良地质体的状态，提供一种不良地质体稳定性监测系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种不良地质体稳定性监测系统，包括：获取不良地质体的倾斜角信息；将倾斜角信息传递给监控预警系统；所述的倾斜角信息包括不良地质体的倾角。

倾角以有效的预测不良地质体的稳定性。

通过监测倾角来确定不良地质体的状态，有效的提高了不良地质体预警的精度。

优选地，所述的倾斜角信息包括n个不良地质体的倾斜角信息，所述的n个不良地质体的倾斜角信息经汇总后传递给监控预警系统。一个区域内可能含有多个不良地质体，收集全部的不良地质体的信息可以有效的预测不良地质体的稳定性。

优选地，所述的n个不良地质体的倾斜角信息被分为f类，1≤f≤n，汇总分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。分类的目的是将相邻区域内的不良地质体的倾斜角的信息进行汇总，提高数据传输效率。

优选地，所述的f类倾斜角信息再被分为g类，1≤g≤f，汇总再分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。两次分类可以进一步提高数据传输的效率。

优选地，所述的倾斜角信息还包括不良地质体的几何特征。同时可以采集不良地质体的几何尺寸等数据，用于进一步提高不良地质体稳定性监测的准确性。几何尺寸包括同地面形成倾角的一侧的边缘的长度、不良地质体在水平面或者竖直面上的投影。

优选地，所述的预分类的方法为：以任一不良地质区域任一点为圆心，以信号传递的最大距离为半径，筛选出f个圆心，根据f个圆心得到的f个圆须将所有的不良地质体囊括在内。分类的方法是为了将尽可能多的不良地质体纳入到一个分类区域内，同时一个不良地质体可能被划入不同的分类，这样虽然可能会有重复数据的产生，但是可以增加获取部分因为地形原因导致难以被监控的不良地质体的倾斜角信息。

优选地，所述的再分类的方法为：所述的再分类的方法为：以任一不良地质区域任一点为圆心，以信号传递的最大距离为半径，筛选出g个圆心，根据g个圆心得到的g个圆须将所有的f个圆心囊括在内。再分类的方法是为了将尽可能多的预分类的节点纳入到一个分类区域内，同时一个预分类的节点可能被划入不同的分类，这样虽然可能会有重复数据的产生，但是可以获取部分因为地形原因导致难以被监控的不良地质体的倾斜角信息。

一种不良地质体稳定性监测系统，包括：数据采集模块、通讯模块和数据传输模块；所述的数据采集模块同通讯模块连接，所述的通讯模块同数据传输模块连接；所述的数据采集模块设置在不良地质体表面。

通讯模块可以建立数据采集模块和数据传输模块的联系，将倾斜角的信息传递到数据传输模块，进而可以传输到服务器或者其他终端进行处理。

优选地，所述的数据采集模块包括倾角传感器；所述的通讯模块同倾角传感器连接。倾角传感器可以有效的获取倾斜角的角度和倾斜角的变化率。

优选地，所述的数据采集模块不少于2个，所述的数据采集模块之间通过通讯模块自组网；所述的通讯模块至少有1个同数据传输模块连接。工程现场的不良地质体通常不少于一个，多个不良地质体的监测需要多个数据采集模块，数据采集模块通过通讯模块将数据传递给数据传输模块。

优选地，所述的通讯模块包括中心通讯节点和从属通讯节点；所述的从属通讯节点同倾角传感器连接，所述的从属通讯节点同中心通讯节点连接，所述的中心通讯节点同数据传输模块连接；所述的中心通讯节点同不少于1个的从属通讯节点连接，所述的从属通讯节点同不少于1个的倾角传感器连接；所述的从属通讯节点用于预分类不良地质体的倾斜角信息；所述的中心通讯节点用于汇总从属通讯节点传递来的信息。从属通讯节点将传感器的数据收集后经由中心通讯节点传递到数据传输模块，再由数据传输模块向外传输；中心通讯节点可以同多个从属通讯节点连接，一个从属通讯节点可以同多个传感器连接。

优选地，还包括监控预警系统和终端；所述的监控预警系统包括数据监控模块、数据分析模块、预警报警模块和数据存储模块，所述的监控预警系统设置在云服务器上；所述的数据监控模块同数据传输模块连接，所述的数据分析模块同数据监控模块连接，所述的数据监控模块同预警报警模块连接，所述的预警报警包括同数据存储模块连接；所述的监控预警系统同终端连接；所述的监控预警系统的功能为：监控预警系统将接收到的倾斜角信息同报警阈值比对，判断是否发出预警指令；若倾斜角大于报警阈值，发出预警指令；若倾斜角小于报警阈值，返回至接收倾斜角信息步骤。监控预警系统用于将数据传输模块传递来的数据进行分析后，同存储的报警阈值进行比对，进而判断是否发出报警信息。

优选地，所述的通讯模块同数据传输模块通过数据线连接；所述的通讯模块为LoRa协议网关无线自组网模块；所述的数据传输模块为4G DTU网络数据双向传输模块。LoRa协议的模块可以有效实现不同传感器之间的数据传递，将某些不易通过有线传输的某些传感器的数据传递出来；相较于Zigbee和NB-loT协议，LoRa协议不依赖运营商即可实现较大范围内的几万件设备的自组网，同野外无网络环境数据传输的要求较为契合；双向传输模块可以有效的将数据传递给后续的数据处理终端。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：通过监测倾角来确定不良地质体的状态，有效提高了不良地质体失稳预警的精度；LoRa协议的模块可以有效实现不同传感器之间的数据传递，将某些不易通过有线传输的某些传感器的数据传递出来；相较于Zigbee和NB-loT协议，LoRa协议不依赖运营商即可实现较大范围内的几万件设备的自组网，同野外无网络环境数据传输的要求较为契合；该监测的方法及系统可以简单快捷、明确地监测不良地质体的稳定性，监控的物理量明确、可对比性强，稳定性监测的精度高，适用于不良地质体外业的快速低成本的大规模部署，可实现24h不间断监测。

现有技术，例如三维摄像或三维激光扫描技术等，精度较高，但摄像头或者三维激光扫描仪的成本极高，外设复杂，数据处理流程冗长，不可能在每个不良地质体的附近架设摄像头或者扫描仪，摄像头或者三维激光扫描仪遗失的成本也较高。而本申请的数据采集模块、通讯模块的成本较低，可以应用于大规模的部署，完整的监测整个区域，同时整个区域的数据可以通过有线或无线的方式进行传递；自组网技术的应用，使得采集到数据可以被有效的收集利用。

附图说明

图1为一种不良地质体稳定性监测方法的示意图。

图2为一种不良地质体稳定性监测方法另一种实施方式的示意图。

图3为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图4为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图5为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图6为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图7为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图8为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图9为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

图10为不良地质体稳定性监测系统的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。

一种不良地质体稳定性监测系统，在本申请的一些实施例中，如图1所示，包括：获取不良地质体的倾斜角信息；将倾斜角信息传递给监控预警系统；所述的倾斜角信息包括不良地质体的倾角。

倾角以有效的预测不良地质体的稳定性。

在本申请的另一些实施例中，所述的倾斜角信息包括n个不良地质体的倾斜角信息，所述的n个不良地质体的倾斜角信息经汇总后传递给监控预警系统。

一个施工场地内可能含有多个不良地质体，收集全部的不良地质体的信息可以有效的预测不良地质体的稳定性。

在本申请的另一些实施例中，所述的n个不良地质体的倾斜角信息被分为f类，1≤f≤n，汇总分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。

分类的目的是将相邻区域内的不良地质体的倾斜角的信息进行汇总，提高数据传输效率。

在本申请的另一些实施例中，所述的f类倾斜角信息再被分为g类，1≤g≤f，汇总再分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。

两次分类可以进一步提高数据传输的效率。

在本申请的另一些实施例中，所述的倾斜角信息还包括不良地质体的几何特征。同时可以采集不良地质体的几何尺寸等数据，用于进一步提高不良地质体稳定性监测的准确性。几何尺寸包括同地面形成倾角的一侧的边缘的长度、不良地质体在水平面或者竖直面上的投影灯。

在本申请的另一些实施例中，所述的预分类的方法为：以任一不良地质区域任一点为圆心，以信号传递的最大距离为半径，筛选出f个圆心，根据f个圆心得到的f个圆须将所有的不良地质体囊括在内。

在本申请的另一些实施例中，所述的再分类的方法为：所述的再分类的方法为：以任一不良地质区域任一点为圆心，以信号传递的最大距离为半径，筛选出g个圆心，根据g个圆心得到的g个圆须将所有的f个圆心囊括在内。

再分类的方法是为了将尽可能多的预分类的节点纳入到一个分类区域内，同时一个预分类的节点可能被划入不同的分类，这样虽然可能会有重复数据的产生，但是可以获取部分因为地形原因导致难以被监控的不良地质体的倾斜角信息。

如图2所示，在本申请的另一些实施例中，获取倾斜角信息后进行预分类和再分类后将倾斜角信息传递给监控预警系统。

一种不良地质体稳定性监测系统，如图3所示，包括：数据采集模块、通讯模块和数据传输模块；所述的数据采集模块同通讯模块连接，所述的通讯模块同数据传输模块连接；所述的数据采集模块设置在不良地质体表面。

如图4所示，所述的数据采集模块包括数据采集模块1、数据采集模块2、……、数据采集模块n，数据采集模块1~数据采集模块n同通讯模块连接，所述的通讯模块同数据传输模块连接。

在本申请的另一些实施例中，所述的数据采集模块包括倾角传感器；所述的通讯模块同倾角传感器连接。

倾角传感器可以有效的获取倾斜角的角度和倾斜角的变化率。

在本申请的另一些实施例中，所述的通讯模块为LoRa协议网关无线自组网模块。

LoRa协议的模块可以有效实现不同传感器之间的数据传递，将某些不易通过有线传输的某些传感器的数据传递出来；相较于Zigbee和NB-loT协议，LoRa协议不依赖运营商即可实现较大范围内的几万件设备的自组网，同野外无网络环境数据传输的要求较为契合的。

在本申请的另一些实施例中，所述的数据传输模块为4G DTU网络数据双向传输模块。

双向传输模块可以有效的将数据传递给后续的数据处理终端。

在本申请的另一些实施例中，所述的通讯模块同数据传输模块通过数据线连接。

进一步地，在本申请的另一些实施例中，所述的数据采集模块不少于2个，所述的数据采集模块之间通过通讯模块自组网；所述的通讯模块至少有1个同数据传输模块连接。

工程现场的不良地质体通常不少于一个，多个不良地质体的监测需要多个数据采集模块，数据采集模块通过通讯模块将数据传递给数据传输模块。

在本申请的另一些实施例中，所述的通讯模块包括中心通讯节点和从属通讯节点；所述的倾角传感器同从属通讯节点连接，所述的从属通讯节点同中心通讯节点连接，所述的中心通讯节点同数据传输模块连接；所述的中心通讯节点同不少于1个的从属通讯节点连接，所述的从属通讯节点同不少于1个的倾角传感器连接；所述的从属通讯节点用于预分类不良地质体的倾斜角信息，所述的从属通讯节点设置在不良地质区中预分类的f个圆的圆心处；所述的中心通讯节点用于汇总从属通讯节点传递来的信息。

从属通讯节点将传感器的数据收集后经由中心通讯节点传递到数据传输模块，再由数据传输模块向外传输；中心通讯节点可以同多个从属通讯节点连接，一个从属通讯节点可以同多个传感器连接。

在本申请的另一些实施例中，如图5所示，所述的数据采集模块包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、……、第i数据采集模块、……、第n数据采集模块，每个数据采集模块内包括q个倾角传感器，所述的第一数据采集模块包括倾角传感器k₁₁、……、倾角传感器k_1q，所述的第二数据采集模块包括倾角传感器k₂₁、……、倾角传感器k_2q，……，所述的第i数据采集模块包括倾角传感器k_i1、……、倾角传感器k_iq，……，所述的第n数据采集模块包括倾角传感器k_n1、……、倾角传感器k_nq。所述的从属通讯节点包括从属通讯节点1、……、从属通讯节点h、……从属通讯节点j。所述的中心通讯节点包括中心通讯节点1、中心通讯节点2、……、中心通讯节点p。所述的倾角传感器k₁₁、……、倾角传感器k_1n同从属节点1连接；所述的倾角传感器k₂₁、……、倾角传感器k_2n同从属通讯节点h连接，所述h≥2，1<h≤j；所述的第i数据采集模块包括倾角传感器k_i1、……、倾角传感器k_iq同从属通讯节点h或者从属通讯节点j连接，即一组数据采集模块可以同多个从属通讯节点连接。所述的第n数据采集模块包括倾角传感器k_n1、……、倾角传感器k_nq同从属通讯节点就连接，也可以同从属通讯节点j-1连接，或者其他通讯节点连接。

从属通讯节点同中心通讯节点连接，中心通讯节点同数据传输模块连接。从属通讯节点h可以同中心通讯节点1、中心通讯节点p或中心通讯节点p-1连接。

进一步地，在本申请的另一些实施例中，如图6所示，在本申请的另一些实施例中，所述的数据采集模块包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、……、第i数据采集模块、……、第n数据采集模块。所述的第一数据采集模块包括数据采集模块11和数据采集模块12，所述的第二数据采集模块包括数据采集模块2，所述的第i数据采集模块包括数据采集模块i1和i2，所述的第n数据采集模块包括数据采集模块n，所述的数据采集模块11、12和2同从属通讯节点1连接，所述的数据采集模块i1和i2同从属通讯节点h连接，所述的数据采集模块n同从属通讯节点j连接。即一个从属通讯节点可以连接1个或2个数据采集模块连接，所述的从属通讯节点同一个或两个中间通讯节点连接，从属通讯节点同中心通讯节点连接。中心通讯节点同数据传输模块连接。

进一步地，在本申请的另一些实施例中，所述的数据采集模块包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、……、第i数据采集模块、……、第n数据采集模块，每个数据采集模块内包括q个子数据采集模块，所述的第一数据采集模块包括数据采集模块k₁₁、……、数据采集模块k_1q，所述的第二数据采集模块包括数据采集模块k₂₁、……、数据采集模块k_2q，……，所述的第i数据采集模块包括数据采集模块k_i1、……、数据采集模块k_iq，……，所述的第n数据采集模块包括数据采集模块k_n1、……、数据采集模块k_nq。所述的从属通讯节点包括从属通讯节点1、……、从属通讯节点h、……从属通讯节点j。所述的中心通讯节点包括中心通讯节点1、中心通讯节点2、……、中心通讯节点p。所述的第一数据采集模块同从属通讯节点1连接，所述的第二数据采集模块同从属通讯节点2连接，……，所述的第i数据采集模块同从属通讯节点h连接，……，所述的第n数据采集模块同从属通讯节点j连接。所述的从属通讯节点1同从属通讯节点2连接，所述的从属通讯节点2同从属通讯节点3连接，……，所述的从属通讯节点h-1同从属通选节点h连接（h≥2），所述的从属通讯节点h同中心通讯节点1连接，……，所述的从属通讯节点j同中心通讯节点p连接。即，某些不易同中心通讯节点连接的从属通讯节点可以通过相邻的从属通讯节点传递数据，直至从属通讯节点的数据可以较为方便的传递给中心通讯节点，在图7中，从属通讯节点1的数据依次通过从属通讯节点2、3、……、h传递给中心通讯节点1，从而实现监测数据的汇总。

进一步地，如图8所示，所述的数据采集模块包括倾角传感器和数模转换模块，所述的数模转换模块的功能为将倾角传感器收集到的数据转化为可被处理的形式。所述的通讯模块包括LoRa模块和LoRa网关，所述LoRa模块同数据采集模块连接，即LoRa模块为从属通讯节点，所述LoRa网关为中心通讯节点，用于接收汇总LoRa传递来的数据。所述的数据传输模块用于将LoRa汇总的数据传递给后置的监控预警系统。应当理解，LoRa模块可以同1个以上的数据采集模块连接，而LoRa网关可以同多个LoRa模块连接，同时LoRa网关的数量可能不止一个。LoRa网关通过4G DTU或者有线网络将数据传递数据传输模块。

更进一步地，如图9所示，在本申请的另一些实施例中，所述的数据采集模块包括倾角传感器和数模转换模块，所述的数模转换模块的功能为将倾角传感器收集到的数据转化为可被处理的形式。所述的通讯模块包括LoRa模块，所述LoRa模块同数据采集模块连接。所述的数据传输模块同LoRa模块连接，所述的数据传输模块用于将LoRa汇总的数据传递给后置的监控预警系统。在一些不需要两层或以上的通讯模块中，可以只设置一个LoRa模块作为通讯模块，但是仍应当认为数据传输模块可以同多个通讯模块连接。LoRa网关可以将通讯模块传递来的数据发送给后置的监控预警系统，即LoRa网关可以作为数据传输模块。

在本申请的另一些实施例中，一种不良地质体倾角自动化监测方法，如图10所示，还包括监控预警系统和客户终端；所述的监控预警系统包括数据监控模块、数据分析模块、预警报警模块和数据存储模块，所述的监控预警系统设置在云服务器上；所述的数据监控模块同数据传输模块连接，所述的数据分析模块同数据监控模块连接，所述的数据监控模块同预警报警模块连接，所述的预警报警模块包括同数据存储模块连接；所述的监控预警系统同终端连接；所述的监控预警系统的功能为：监控预警系统将接收到的倾斜角信息同报警阈值比对，判断是否发出预警指令；若倾斜角大于报警阈值，发出预警指令；若倾斜角小于报警阈值，返回至接收倾斜角信息步骤。

监控预警系统用于将数据传输模块传递来的数据进行分析后，同存储的报警阈值进行比对，进而判断是否发出报警信息。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，包括：

数据采集模块、通讯模块和数据传输模块；所述的数据采集模块同通讯模块连接，所述的通讯模块同数据传输模块连接；

所述的数据采集模块设置在不良地质体表面，获取不良地质体的倾斜角信息；所述的倾斜角信息包括不良地质体的倾角；

所述通讯模块将倾斜角信息传递给数据传输模块，所述数据传输模块将倾斜角信息传递给监控预警系统；

所述的通讯模块包括中心通讯节点和从属通讯节点；所述的倾角传感器同从属通讯节点连接，所述的从属通讯节点同中心通讯节点连接，所述的中心通讯节点同数据传输模块连接；所述的中心通讯节点同不少于1个的从属通讯节点连接，所述的从属通讯节点同不少于1个的倾角传感器连接；所述的从属通讯节点用于预分类不良地质体的倾斜角信息，所述的从属通讯节点设置在不良地质区中预分类的f个圆的圆心处；所述的中心通讯节点用于汇总从属通讯节点传递来的信息。

2.根据权利要求1所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的倾斜角信息包括n个不良地质体的倾斜角信息，所述的n个不良地质体的倾斜角信息经汇总后传递给监控预警系统。

3.根据权利要求2所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的n个不良地质体的倾斜角信息被预分类为f类，1≤f≤n，汇总分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。

4.根据权利要求3所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的f类倾斜角信息再分类为g类，1≤g≤f，汇总再分类后的倾斜角信息，将倾斜角信息传递给监控预警系统。

5.根据权利要求1所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的倾斜角信息还包括不良地质体的几何特征。

6.根据权利要求1所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的数据采集模块包括倾角传感器；所述的通讯模块同倾角传感器连接。

7.根据权利要求1所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，所述的数据采集模块不少于2个，所述的数据采集模块之间通过通讯模块自组网；所述的通讯模块至少有1个同数据传输模块连接。

8.根据权利要求1所述的一种不良地质体稳定性监测方法，其特征在于，还包括监控预警系统和客户终端；所述的监控预警系统包括数据监控模块、数据分析模块、预警报警模块和数据存储模块，所述的监控预警系统设置在云服务器上；所述的数据监控模块同数据传输模块连接，所述的数据分析模块同数据监控模块连接，所述的数据监控模块同预警报警模块连接，所述的预警报警模块包括同数据存储模块连接；所述的监控预警系统同终端连接；所述的监控预警系统的功能为：监控预警系统将接收到的倾斜角信息同报警阈值比对，判断是否发出预警指令；若倾斜角大于报警阈值，发出预警指令；若倾斜角小于报警阈值，返回至接收倾斜角信息步骤。