CN111426263B - 一种基于北斗的边坡监测装置及监测方法 - Google Patents

一种基于北斗的边坡监测装置及监测方法 Download PDF

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CN111426263B CN202010520403.4A CN202010520403A CN111426263B CN 111426263 B CN111426263 B CN 111426263B CN 202010520403 A CN202010520403 A CN 202010520403A CN 111426263 B CN111426263 B CN 111426263B
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Abstract

本发明提供一种基于北斗的边坡监测装置，包括监测桩、位移传动装置、北斗接收机及数据处理器，监测桩设置在边坡上；位移传动装置包括下部位移传动盘、下部位移传动轴、位移传动轴支架、上部位移传动轴、电子罗盘及接收天线。本发明通过监测桩、设置在监测桩下方的钻孔、位移传动装置采用独特的结构和设置方式、北斗接收机及数据处理器的组合，整体结构精简；北斗监测地表变形情况结合位移传动装置监测地下变形情况，能实时获得地表及地下位移情况，且采用电子罗盘得到边坡瞬时状态信息，动态调节北斗数据的解算频率，提高北斗数据的实时性。本发明还提供一种基于上述装置的边坡监测方法，能实时获得地表及地下位移情况，实用性强。

Description

一种基于北斗的边坡监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及边坡监测技术领域，特别地，涉及一种基于北斗的边坡监测装置及监测方法。
背景技术
不论是边坡还是建筑物的变形监测中，北斗监测站通常布设在被监测物表面，只能够监测边坡表面的位移。由于边坡的地质结构复杂以及监测项目可能涉及到隧道施工的原因，边坡的滑坡通常不仅会发生在表面，也会发生在地表以下，但是对于这种变形北斗监测就无能为力。此外，北斗卫星导航系统在变形监测中的长时间静态监测精度可以达到2-3mm，但是仅能监测坡体长时间的位移趋势，对于瞬时的移动情况并不能很好反映，为监测系统预警和运维带来困难。
对于地表以下的深层位移通常采用深层位移计进行监测，深层位移计通过分层布设传感器的方式来监测各层相对于底层基准的位移情况，这种监测方式只能监测各层相对于底层的形变量，但是对于边坡整体发生滑动，各个层级之间位移量不大的情况无法得到有效监测。
因此，开发一种结构简单且能实时获得地表及地下位移情况的监测装置及监测方法具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构精简且能实时获得地表及地下位移情况的监测装置，具体方案如下：
一种基于北斗的边坡监测装置，包括监测桩、位移传动装置、北斗接收机及数据处理器；
所述监测桩设置在边坡上，且监测桩位于边坡上设有的钻孔的正上方；
所述位移传动装置包括下部位移传动盘、下部位移传动轴、位移传动轴支架、上部位移传动轴、电子罗盘以及接收天线，所述下部位移传动轴和上部位移传动轴串联设置形成位移传动轴，所述下部位移传动轴位于钻孔内且所述上部位移传动轴位于监测桩内，位移传动轴通过位移传动轴支架可转动式设置在边坡上；所述下部位移传动盘设置在下部位移传动轴上且位于钻孔内；所述电子罗盘和接收天线均设置在上部位移传动轴的上端；
所述北斗接收机与接收天线连接，北斗接收机和电子罗盘均与数据处理器连接。
以上技术方案中优选的，还包括设置在监测桩上端端部的天线罩，所述接收天线通过天线托盘可转动式设置在天线罩内；所述北斗接收机通过天线线与接收天线连接。
以上技术方案中优选的，所述接收天线下端设有连接轴，天线滑动架上设有与连接轴匹配的天线滑动轴承，所述连接轴贯穿所述天线滑动轴承设置且连接轴的下端端部通过天线托盘万向节设置在上部位移传动轴的上端端部；天线滑动架通过天线滑动架滑动轴承活动设置在天线托盘上。
以上技术方案中优选的，位移传动轴通过球形铰链活动设置在位移传动轴支架上；
所述下部位移传动轴的下端端部设有传动盘万向节，所述传动盘万向节通过传动盘轴承活动设置在下部位移传动盘上。
以上技术方案中优选的，还包括设置在监测桩上的设备箱；所述数据处理器包括数据传输芯片以及控制中心，北斗接收机和电子罗盘通过数据传输芯片与控制中心连接；
所述数据传输芯片和北斗接收机均设置在设备箱内。
以上技术方案中优选的，还包括电源装置，电源装置包括太阳能板、蓄电池和光伏控制器，蓄电池设置在设备箱内或边坡上，光伏控制器设置在设备箱内；太阳能板通过太阳能板支架可拆卸式设置在监测桩上；所述太阳能板、蓄电池、数据传输芯片和北斗接收机均与所述光伏控制器连接。
应用本发明的监测装置，效果是：
1、本发明的边坡监测装置包括监测桩、位移传动装置、北斗接收机及数据处理器，监测桩设置在边坡上；位移传动装置包括下部位移传动盘、下部位移传动轴、位移传动轴支架、上部位移传动轴、电子罗盘及接收天线。通过监测桩、设置在监测桩下方的钻孔、独特结构和设置方式的位移传动装置、北斗接收机及数据处理器的组合，整体结构精简；北斗监测地表变形情况结合位移传动装置监测地下变形情况，能实时获得地表及地下位移情况，充分利用电子罗盘实时性以及瞬时精度较高的特点，动态调节北斗数据的解算频率，提高北斗数据的实时性。
2、本发明中还包括天线罩，所述接收天线通过天线托盘可转动式设置在天线罩内，天线罩的设计，能对北斗天线进行很好的防护，确保数据的准确性及延长使用寿命；接收天线、连接轴、天线滑动架、天线滑动轴承、天线托盘万向节及天线托盘的组合设计，天线滑动轴承在天线滑动架中可沿滑轨左右滑动，天线托盘可以让天线在天线托盘中进行 360度滑动，利于天线跟随上部位移传动轴移动，实现高精准度监测位移。
3、本发明中位移传动轴通过球形铰链活动设置在位移传动轴支架上；所述下部位移传动轴的下端端部设有传动盘万向节，所述传动盘万向节通过传动盘轴承活动设置在下部位移传动盘上。球形铰链上部和下部分别连接上部位移传动轴和下部位移传动轴，形成以位移传动轴支架为支点的杠杆装置；下部位移传动轴通过传动盘万向节与下部位移传动盘中的位移传动盘轴承连接；下部位移传动盘紧贴钻孔壁放置在钻孔的底部。实现位移传动装置能实时传递钻孔底部各个方向的位移。
4、本发明还设有设备箱，数据传输芯片和北斗接收机均设置在设备箱内，延长部件的使用寿命。
5、本发明还包括电源装置，所述电源装置包括太阳能板以及设置在设备箱内的蓄电池和光伏控制器，所述太阳能板通过太阳能板支架可拆卸式设置在监测桩上；所述太阳能板、蓄电池、数据传输芯片和北斗接收机均与所述光伏控制器连接。采用太阳能板和蓄电池的结合，当阳光充足时，太阳能板通过光伏控制器为蓄电池充电的同时，给数据传输芯片和北斗接收机供电；当阴天时，蓄电池通过光伏控制器为设备供电，确保边坡监测的实时性、连续性和准确性。
本发明还公开一种基于北斗的边坡监测方法，采用上述的边坡监测装置，具体包括如下步骤：
第一步、安装好边坡监测装置；
第二步、获取地表和地下两个监测位置的位移量，具体是：
步骤2.11、获取接收天线的初始位置、位移传动轴支架的中心点的初始位置以及下部位移传动盘的中心点的初始位置；
步骤2.12、获取T时间段内接收机的观测数据以及电子罗盘东向E、北向N和垂直方向U三个方向的测量值；
步骤2.13、控制中心首先根据步骤2.11和步骤2.12获得的位置数据计算接收天线的位置，然后结合步骤2.12的电子罗盘的测量值和接收天线的位置分别计算位移传动轴支架的中心点以及下部位移传动盘的中心点的位移量，得到地表和地下两个监测位置的位移量。
以上技术方案中优选的，获取电子罗盘东向E、北向N和垂直方向U三个方向的测量值包括以下步骤：
步骤2.21、电子罗盘在T时间内采样n次，得到n次采样角度数据α1、α2、α3…αn， n取大于等于1且小于等于5000的自然数；
步骤2.22、根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据，得到剔除后的角度数据；
步骤2.23、利用最小二乘算法将步骤2.22剔除后的角度数据进行最优估计，得到电子罗盘在T时间段内的最优角度数据αT，αT＝(ax，ay，az)。
以上技术方案中优选的，根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据包括以下步骤：
步骤①、采用表达式6)计算n个采样数据的中误差：
Figure RE-GDA0002603746930000041
其中：αi为第i个采样角度数据；
Figure RE-GDA0002603746930000042
为n个采样角度数据的平均值，δ为n个采样角度数据的中误差；
步骤②、将步骤①所得αi与3×δ进行比较，若αi＞3×δ，则认为αi为粗差数据，将αi删除，并利用三次样条插值对αi进行插值修复；否则无需剔除，保留数据。
以上技术方案中优选的，还包括根据步骤2.23所得最优角度数据αT调控北斗数据的解算时间间隔T得到调控后的时间间隔T′，具体是：
将αT与上一周期的最优角度数据αT-1进行对比，取角度偏差值σ为σ＝|αT-αT-1|；
将σ与角度预警阈值θ进行对比，角度预警阈值θ共有三个等级θ1、θ2和θ3，且θ1＜θ2＜θ3，θ1、θ2和θ3均取值在0.2°-5°之间；
调控后的时间间隔T′通过表达式7)获得：
Figure RE-GDA0002603746930000051
当θ1≤σ＜θ2时，进行一级预警调控；当θ2≤σ＜θ3时，进行二级预警调控；当θ3≤σ时，进行三级预警调控。
应用本发明的监测方法，钻孔的底部发生形变时，底部的位移传动盘随钻孔发生位移，带动下部位移传动轴发生倾斜，由于杠杆原理，天线滑动轴承会带动接收天线在天线托盘中向钻孔底部位移的相反方向移动；电子罗盘获得的采样角度数据和北斗接收机获得的数据传输给控制中心进行处理，最终获得接收天线、位移传动轴支架的中心点以及下部位移传动盘的中心点的位移量，在边坡整体滑动的情况下地表和地下也能得到很好的监测；利用电子罗盘实时性以及瞬时精度较高的特点，采用电子罗盘当前周期数据与前一周期数据的对比情况动态调节北斗数据的解算频率，提高北斗数据的实时性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例中边坡监测装置使用时的结构示意图；
图2是图1中位移传动装置的结构示意图；
图3是图2中天线托盘、天线滑动架、天线滑动架滑动轴承及天线滑动轴承连接处的剖视图
图4是图1中设备箱、太阳能板、蓄电池、光伏控制器、北斗接收机及数据传输芯片的连接框图；
图5是位移传动装置监测位移的原理图；
其中：
1、监测桩，2、位移传动装置，2.1、下部位移传动盘，2.2、下部位移传动轴，2.3、位移传动轴支架，2.4、上部位移传动轴，2.5、电子罗盘，2.6、接收天线，2.7、连接轴， 2.8、天线滑动架，2.9、天线滑动轴承，2.10、天线托盘万向节，2.11、天线滑动架滑动轴承，2.12、球形铰链，2.13、传动盘万向节，2.14、传动盘轴承，3、北斗接收机，4、天线罩，5、天线托盘，6、天线线，7、设备箱，8、DTU，9、太阳能板，10、蓄电池，11、光伏控制器，12、太阳能板支架，13、边坡，14、钻孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例：
一种基于北斗的边坡监测装置，详见图1-4，包括监测桩1、位移传动装置2、北斗接收机3、数据处理器及电源装置，详情如下：
所述监测桩1为中空结构且其设置在边坡上，且监测桩1位于边坡13上设有的钻孔14的正上方，钻孔的深度根据实际需求进行选择，如2-10米(此处优选3米)。
所述位移传动装置2包括下部位移传动盘2.1、下部位移传动轴2.2、位移传动轴支架 2.3、上部位移传动轴2.4、电子罗盘2.5以及接收天线2.6，详见图1-3，具体是：
所述下部位移传动轴2.2和上部位移传动轴2.4串联设置形成位移传动轴，所述下部位移传动轴2.2位于钻孔内且所述上部位移传动轴2.4位于监测桩1内。
位移传动轴通过位移传动轴支架2.3可转动式设置在边坡上，此处位移传动轴通过球形铰链2.12活动设置在位移传动轴支架2.3上，球形铰链上部和下部分别连接上部位移传动轴和下部位移传动轴，形成以位移传动轴支架为支点的杠杆装置。
所述下部位移传动盘2.1设置在下部位移传动轴2.2的上且位于钻孔内，此处优选所述下部位移传动轴2.2的下端端部设有传动盘万向节2.13，所述传动盘万向节2.13通过传动盘轴承2.14活动设置在下部位移传动盘2.1上，且下部位移传动盘2.1位于钻孔的底部。
所述电子罗盘2.5和接收天线2.6均设置在上部位移传动轴2.4的上端，此处优选：电子罗盘固定安装在上部位移传动轴，随传动轴移动；上部位移传动轴底部到天线相位中心的距离为1-2米(此处优选1.5米)。
所述北斗接收机3与接收天线2.6连接，所述北斗接收机3和电子罗盘2.5均与数据处理器连接。
本实施例中优选的，还包括设置在监测桩1上端端部的天线罩4，所述接收天线2.6通过天线托盘5可转动式设置在天线罩4内；所述北斗接收机3通过天线线6与接收天线2.6连接。进一步优选的，详见图2-3，所述接收天线2.6下端设有连接轴2.7，天线滑动架 2.8上设有与连接轴2.7匹配的天线滑动轴承2.9，所述连接轴2.7贯穿所述天线滑动轴2.9 设置且连接轴2.7的下端端部通过天线托盘万向节2.10设置在上部位移传动轴2.4的上端端部；天线滑动架2.8通过天线滑动架滑动轴承2.11活动设置在天线托盘5上。
本实施例中优选的，还包括设置在监测桩1上的设备箱7；所述数据处理器包括数据传输芯片以及控制中心，北斗接收机3和电子罗盘2.5通过数据传输芯片与控制中心连接；所述数据传输芯片和北斗接收机3均设置在设备箱7内，详见图4。数据传输芯片优选DTU(标号为8)，Data Transfer unit，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。控制中心可采用现有的监测控制中心，为现有技术。
本实施例中优选的，所述电源装置包括太阳能板9、蓄电池10以及设置在设备箱7内的光伏控制器11，蓄电池10设置在边坡上(此处埋在地里)；所述太阳能板9通过太阳能板支架12可拆卸式设置在监测桩1上；所述太阳能板9、蓄电池10、数据传输芯片和北斗接收机3均与所述光伏控制器11连接。
应用上述监测装置，具体是：钻孔底部发生形变时，下部位移传动盘随钻孔发生位移，由此带动下部位移传动轴发生倾斜，由于杠杆原理，天线滑动轴承会带动接收天线在天线托盘中向钻孔底部位移的相反方向移动；电子罗盘采集倾角数据和北斗接收机测得的数据传输到控制中心进行处理。
应用上述监测装置进行监测的方法，监测过程是连续的过程，可以在监测周期内按时间轴分成多个周期的监测，此处以一个周期为例，具体监测过程包括如下步骤：
第一步、安装好边坡监测装置；
第二步、获取地表和地下两个监测位置的位移量，具体是：
步骤2.11、获取接收天线的初始位置、位移传动轴支架的中心点的初始位置以及下部位移传动盘的中心点的初始位置；
步骤2.12、获取T时间段内(T的初始值T0的大小根据项目确定，如T0设为0.5h)接收机的观测数据以及电子罗盘东向(E)、北向(N)、垂直方向(U)三个方向的测量值；
步骤2.13、控制中心首先根据步骤2.11获得的位置数据计算接收天线位置，然后结合步骤2.12的电子罗盘测量值和接收天线位置分别计算位移传动轴支架的中心点以及下部位移传动盘的中心点的位移量，得到地表和地下两个监测位置的位移量。
详情如下：
监测点建设好以后，详见图5，U为垂直方向，E为东向，N为北向，其中O为坐标原点，表示基准站位置，A、M、B为装置初始的位置状态，假设经过地表和地下形变后，装置位移到A′、M′、B′位置(包括地表位移与地下位移)；A为接收天线初始位置，M 为位移传动轴支架的中心点，B为下部位移传动盘的中心点；A′为位移后的天线位置，M′为地表位移后的位置，B′为地下位移后位移传动盘中心点的位置；C为A′在EON平面的垂点，M′C为M′A′在EON平面的投影，M′G、M′F分别为M′C在OE、ON方向的投影，平面B′HDK平行于M′GCF，B′D为B′A′在B′HDK平面的投影，B′H、B′K分别为B′D在OE、ON方向的投影。电子罗盘角度的三个初始方向为东向(E)、北向(N)、垂直方向(U)，测得的角度ax、ay、az分别为∠FM′C、∠CM′G、∠M′A′C；
经过48小时解算以后得到监测站初始坐标A(x、y、z)，即
Figure RE-GDA0002603746930000081
由此可得M点的初始坐标为(x、y、z-1.5)，B点的初始坐标为(x、y、z-4.5)；
假设经过位移以后数据中心解算得到的A′坐标为(x′、y′、z′)，即
Figure RE-GDA0002603746930000082
由图5可得如表达式1)的关系：
Figure RE-GDA0002603746930000083
Figure RE-GDA0002603746930000084
其中：
Figure RE-GDA0002603746930000085
和
Figure RE-GDA0002603746930000086
详见表达式2)：
Figure RE-GDA0002603746930000087
Figure RE-GDA0002603746930000088
根据图5中的三角关系可得表达式3)：
A′C＝A′M′×cos(az)
M′G＝A′M′×sin(az)×cos(ay)
M′F＝A′M′×sin(az)×cos(ax) 3)；
M'GC与B'HD为相似三角形，A'M'C与A'B'D为相似三角形，因此得到表达式4)：
Figure RE-GDA0002603746930000091
Figure RE-GDA0002603746930000092
Figure RE-GDA0002603746930000093
将表达式3)和表达式4)代入表达式2)得到表达式5)：
Figure RE-GDA0002603746930000094
Figure RE-GDA0002603746930000095
此处A'M'取值1.5，由此可得M'的坐标为：
(x′-1.5×sin(az)×cos(ay)，y′-1.5×sin(az)×cos(ax)，z′-1.5×cos(az))。
B'的坐标为：
(x′-4.5×sin(az)×cos(ay)，y′-4.5×sin(az)×cos(ax)，z′-4.5×cos(az))。
因此，可得M到M'的形变量如下：
M-M′＝[x-x′+1.5×sin(az)×cos(ay)，y-y′+1.5×sin(az)×cos(ax)，z-1.5-z′+1.5×cos(az)]。
B到B'的形变量如下：
B-B′＝[x-x′+4.5×sin(az)×cos(ay)，y-y′+4.5×sin(az)×cos(ax)，z-4.5-z′+4.5×cos(az)]。
获取电子罗盘东向E、北向N和垂直方向U三个方向的测量值包括以下步骤：
步骤2.21、电子罗盘在T时间内采样n次，得到n次采样角度数据α1、α2、α3…αn， n取大于等于1且小于等于5000的自然数(如1秒取一次)；
步骤2.22、根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据，得到剔除后的角度数据；根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据包括以下步骤：
步骤①、采用表达式6)计算n个采样数据的中误差：
Figure RE-GDA0002603746930000096
其中：αi为第i个采样角度数据；
Figure RE-GDA0002603746930000101
为n个采样角度数据的平均值，δ为n个采样角度数据的中误差；
步骤②、将步骤①所得αi与3×δ进行比较，若αi＞3×δ，则认为αi为粗差数据，将αi删除，并利用三次样条插值(参照现有技术)对ai进行插值修复；否则无需剔除，保留数据。
步骤2.23、利用常规最小二乘算法(参见现有技术)将步骤2.22中剔除后的角度数据进行最优估计，得到电子罗盘在T时间段内的最优角度数据αT，αT＝(ax，ay，az)；
步骤2.24、根据步骤2.23获得的最优角度数据αT调控北斗数据的解算时间间隔T得到调控后的时间间隔T′，具体是：
将αT与上一周期的最优角度数据αT-1进行对比，取角度偏差值σ为σ＝|αT-αT-1|；
将σ与角度预警阈值θ进行对比，角度预警阈值θ共有三个等级θ1、θ2和θ3，且θ1＜θ2＜θ3，θ1、θ2和θ3均取值在0.2°-5°之间(具体取值根据项目决定)；
调控后的时间间隔T′通过表达式7)获得：
Figure RE-GDA0002603746930000102
当θ1≤σ＜θ2时，进行一级预警调控；当θ2≤σ＜θ3时，进行二级预警调控；当θ3≤σ时，进行三级预警调控。
当发生一级预警调控、二级预警调控以及三级预警调控中的任意一种后，控制中心将按T′时间间隔解算24小时，24小时以后恢复初始设定的时间间隔T0继续循环进行监测。
本发明结合北斗监测和电子罗盘，采用电子罗盘和北斗卫星导航系统联合进行监测，将地表和地下位移同时测量，能实时获得地表及地下位移情况；电子罗盘的监测数据为监测系统提供了高精度的姿态数据，系统能够根据电子罗盘的瞬时高精度性进行有效预警。本发明中利用电子罗盘测量位移传动轴三个方向的倾斜角度，得到传动轴的姿态信息，然后根据姿态信息以及天线位置的坐标计算得到地表和地下两个监测点的坐标信息，并能根据电子罗盘的监测角度动态调节北斗数据的解算频率，提高北斗数据的实时性。还可以根据需求采用其他型号的电子罗盘，计算原理同本实施例。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，包括监测桩(1)、位移传动装置(2)、北斗接收机(3)以及数据处理器；
所述监测桩(1)设置在边坡上，且监测桩(1)位于边坡上设有的钻孔的正上方；
所述位移传动装置(2)包括下部位移传动盘(2.1)、下部位移传动轴(2.2)、位移传动轴支架(2.3)、上部位移传动轴(2.4)、电子罗盘(2.5)以及接收天线(2.6)，所述下部位移传动轴(2.2)和上部位移传动轴(2.4)串联设置形成位移传动轴，所述下部位移传动轴(2.2)位于钻孔内且所述上部位移传动轴(2.4)位于监测桩(1)内，位移传动轴通过位移传动轴支架(2.3)可转动式设置在边坡上；所述下部位移传动盘(2.1)设置在下部位移传动轴(2.2)上且位于钻孔内；所述电子罗盘(2.5)和接收天线(2.6)均设置在上部位移传动轴(2.4)的上端；
所述北斗接收机(3)与接收天线(2.6)连接，所述北斗接收机(3)和电子罗盘(2.5)均与数据处理器连接。
2.根据权利要求1所述的基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，还包括设置在监测桩(1)上端的天线罩(4)，所述接收天线(2.6)通过天线托盘(5)可转动式设置在天线罩(4)内；所述北斗接收机(3)通过天线线(6)与接收天线(2.6)连接。
3.根据权利要求2所述的基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，所述接收天线(2.6)下端设有连接轴(2.7)，天线滑动架(2.8)上设有与连接轴(2.7)匹配的天线滑动轴承(2.9)，所述连接轴(2.7)贯穿所述天线滑动轴承(2.9)设置且连接轴(2.7)的下端端部通过天线托盘万向节(2.10)设置在上部位移传动轴(2.4)的上端端部；天线滑动架(2.8)通过天线滑动架滑动轴承(2.11)活动设置在天线托盘(5)上。
4.根据权利要求3所述的基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，位移传动轴通过球形铰链(2.12)活动设置在位移传动轴支架(2.3)上；
所述下部位移传动轴(2.2)的下端端部设有传动盘万向节(2.13)，所述传动盘万向节(2.13)通过传动盘轴承(2.14)活动设置在下部位移传动盘(2.1)上。
5.根据权利要求4所述的基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，还包括设置在监测桩(1)上的设备箱(7)；所述数据处理器包括数据传输芯片以及控制中心，所述北斗接收机(3)和电子罗盘(2.5)通过数据传输芯片与控制中心连接；
所述数据传输芯片和北斗接收机(3)均设置在设备箱(7)内。
6.根据权利要求5所述的基于北斗的边坡监测装置，其特征在于，还包括电源装置，所述电源装置包括太阳能板(9)、蓄电池(10)和光伏控制器(11)，蓄电池(10)设置在设备箱内或边坡上，光伏控制器设置在设备箱(7)内；所述太阳能板(9)通过太阳能板支架(12)可拆卸式设置在监测桩(1)上；所述太阳能板(9)、蓄电池(10)、数据传输芯片和北斗接收机(3)均与所述光伏控制器(11)连接。
7.一种基于北斗的边坡监测方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的边坡监测装置，具体包括如下步骤：
第一步、安装好边坡监测装置；
第二步、获取地表和地下两个监测位置的位移量，具体是：
步骤2.11、获取接收天线的初始位置、位移传动轴支架的中心点的初始位置以及下部位移传动盘的中心点的初始位置；
步骤2.12、获取T时间段内接收机的观测数据以及电子罗盘东向E、北向N和垂直方向U三个方向的测量值；
步骤2.13、控制中心首先根据步骤2.11和步骤2.12获得的位置数据计算接收天线的位置，然后结合步骤2.12的电子罗盘的测量值和接收天线的位置分别计算位移传动轴支架的中心点以及下部位移传动盘的中心点的位移量，得到地表和地下两个监测位置的位移量。
8.根据权利要求7所述的基于北斗的边坡监测方法，其特征在于，获取电子罗盘东向E、北向N和垂直方向U三个方向的测量值包括以下步骤：
步骤2.21、电子罗盘在T时间内采样n次，得到n次采样角度数据α1、α2、α3…αn，n取大于等于1且小于等于5000的自然数；
步骤2.22、根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据，得到剔除后的角度数据；
步骤2.23、利用最小二乘算法将步骤2.22剔除后的角度数据进行最优估计，得到电子罗盘在T时间段内的最优角度数据αT，αT＝(ax，ay，az)。
9.根据权利要求8所述的基于北斗的边坡监测方法，其特征在于，根据3倍中误差原则剔除n次采样数据的粗差数据包括以下步骤：
步骤①、采用表达式6)计算n个采样数据的中误差：
Figure FDA0002603746920000031
其中：αi为第i个采样角度数据；
Figure FDA0002603746920000032
为n个采样角度数据的平均值，δ为n个采样角度数据的中误差；
步骤②、将步骤①所得αi与3×δ进行比较，若αi＞3×δ，则认为αi为粗差数据，将αi删除，并利用三次样条插值对αi进行插值修复；否则无需剔除，保留数据。
10.根据权利要求8所述的基于北斗的边坡监测方法，其特征在于，还包括根据步骤2.23所得最优角度数据αT调控北斗数据的解算时间间隔T得到调控后的时间间隔T′，具体是：
将αT与上一周期的最优角度数据αT-1进行对比，取角度偏差值σ＝|αT-αT-1|；
将角度偏差值σ与角度预警阈值θ进行对比，角度预警阈值θ＝[θ1 θ2 θ3]，且θ1＜θ2＜θ3；
调控后的时间间隔T′通过表达式7)获得：
Figure FDA0002603746920000033
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