CN111880206A - 一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，包括边坡监测子系统、通信基站、数据分析子系统、后台监控子系统和云端服务器；边坡监测子系统和数据分析子系统通过通信基站通信连接，数据分析子系统通讯连接后台监控子系统，后台监控子系统无线连接云端；边坡监测子系统包括卫星信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块、土壤湿度检测模块和数据采集模块。本发明利用卫星定位、联合解算技术对边坡监测部位进行实时定位和数据分析，定位精度高，监测效果好，并且通过多种监测仪器来对边坡的各项数据进行检测，不仅对边坡的变形监测起到辅助作用以进一步提高监测效果，还方便了解边坡的各项信息。
Description
技术领域
本发明涉及边坡监测技术领域，尤其涉及一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统。
背景技术
边坡指的是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面；边坡变形监测作为土木工程中的一项技术越来越受到重视，其主要是针对复杂地形条件下岩土工程的边坡变形进行实时监测，对复杂地形条件下施工时的边坡与附近建筑物的变形监测具有重要作用；另外，还可以运用到道路、桥梁等结构工程完工后的变形监测中，对于分析和评价结构工程的安全状态、验证设计的合理性以及反馈结构工程的设计与施工质量都具有非常重要的作用；此外，对天然边坡以及人工边坡，例如露天矿边坡、基坑边坡等的变形情况进行监测，进而分析边坡的稳定状态，能够对滑坡做出及时的预警；现有的边坡变形监测系统大部分采用机械装置，一方面监测及反馈不够及时，另一方面设备的故障率高及精确度较低，而能否及时而且准确的获边坡变形数据将直接影响分析结论的及时性和可靠性，甚至有时严重关系到相关工程部门做出应急反应，因此有待进行改进。
发明内容
（一）发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，利用卫星定位、联合解算技术对边坡监测部位进行实时定位和数据分析，定位精度高，监测结果更加准确，监测效果好，并且通过多种监测仪器来对边坡的各项数据进行检测，不仅对边坡的变形监测起到辅助作用以进一步提高监测效果，还方便了解边坡的各项信息，使用效果极佳。
（二）技术方案
本发明提出了一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，包括边坡监测子系统、通信基站、数据分析子系统、后台监控子系统和云端服务器；边坡监测子系统和数据分析子系统通过通信基站通信连接，数据分析子系统通讯连接后台监控子系统，后台监控子系统无线连接云端服务器；云端服务器通讯连接云端存储器，云端服务器无线连接移动智能终端；
其中，边坡监测子系统包括卫星信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块、土壤湿度检测模块和数据采集模块；信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块和土壤湿度检测模块分别与数据采集模块通讯连接；卫星信号接收模块用于接收卫星定位信号，土压力检测模块用于检测边坡内的土压力值，边坡沉降检测模块用于检测边坡沉降状况，空隙水压力检测模块用于检测边坡内的水压力，边坡倾斜检测模块用于检测边坡倾斜状况，土壤湿度检测模块用于检测边坡中的土壤湿度，数据采集模块用于接收各采集数据并发送至数据分析子系统；数据分析子系统包括微处理器、数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；数据接收模块用于接收各检测数据，数据校检模块用于对各数据进行校检，数据分类模块用于对数据进行整理分类，分析处理模块用于对各数据进行分析处理；微处理器通讯连接数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；后台监控子系统包括中央处理器、判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块；判断对比模块用于对分析数据进行判断比对，显示模块用于对监测信息进行显示和进行相关操作，警报模块用于发出警报以提醒后台操作人员及时了解边坡变形情况并作出应对，自动上传模块用于将监测信息上传至云端服务器；中央处理器通讯连接判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块。
优选的，卫星信号接收模块为 GNSS 接收机，GNSS 接收机上设有用于接收GPS、GLONASS、BDS、Galileo 中的一种或多种卫星信号的天线；GNSS 接收机上设有用于 5G 通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee中的一种或多种，GNSS 接收机、通信基站、数据分析子系统之间通过 5G 通信连接。
优选的，卫星信号接收模块为安装在边坡的北斗监测终端，北斗监测终端还包括北斗接收机、北斗接收机天线、ARM 处理终端、通讯天线和稳压器；北斗接收机天线接收卫星监测天线采集的信息，并将信息传输至 ARM 处理终端，ARM 处理终端处理数据后通过通讯天线将信息输出；该北斗监测终端共设有多个监测点，每个监测点具有一个北斗卫星接收天线，用于监测每个监测点的速度、加速度变化以及位置变化。
优选的，北斗监测终端还包括太阳能发电装置和电量监测终端；太阳能发电装置将太阳能转化为电能并供应给北斗监测终端中的用电部件，电量监测终端对电量进行监测，电量信息无线传输至数据分析子系统。
优选的，北斗监测终端上所设置监测点的数目为三个，且三个监测点分布于边坡的坡肩、坡中、坡脚处。
优选的，边坡监测子系统还包括图像采集模块；图像采集模块按照预先设定的采样频率 f 对边坡监测区域的表面图像进行采集，记录采样时刻并使采样时刻与采样图像相对应，将各采样时刻所采集的边坡表面图像同步传送至数据分析子系统，数据分析子系统基于相似度算法对所接收的各采样时刻边坡表面图像同步进行处理。
优选的，土压力检测模块为土压力盒，边坡沉降检测模块为沉降计，边坡倾斜检测模块为测斜仪，土壤湿度检测模块为湿度传感器，空隙水压力检测模块为空隙水压力计；各检测仪器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线与数据采集模块连接，埋设测试导线前套上 PVC 钢丝软管。
优选的，边坡监测子系统还包括气象监测模块，气象监测模块包括雨量计、蒸发器和测量地表温度的温度测量探头，雨量计和蒸发器设置在坡顶处以用于监测雨量数据和蒸发数据。
优选的，边坡监测子系统还包括多组水分监测探头；其中，在边坡表层中设有三组水分监测探头以用于监测边坡表层水分变化，且三组水分监测探头分布于坡肩、坡中、坡脚处的表层土体中，在边坡深层中等间距从坡顶向下埋设水分监测探头以用于监测边坡深层水分变化。
优选的，显示模块为触摸式高清显示屏，警报模块为声光警报器。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：卫星信号接收模块用于接收卫星定位信号并将相关数据发送至数据采集模块，数据采集模块通过通信基站将数据发送至数据分析子系统，数据接收模块接收各数据，数据校检模块用于对数据进行校检，分析处理模块用于对各数据进行分析处理，最终得出数据采集时刻待测点的位置，各采集时刻的分析结果进行对比了解边坡的变形状况，并将分析数据发送至后台监控终端，显示模块对监测信息和分析信息进行显示，当边坡的变形量超出一定值时，警报模块发出警报以提醒后台操作人员及时了解边坡变形情况并作出应对，自动上传模块用于将监测信息上传至云端服务器，云端存储器对数据信息进行云端存储以实现备份；基于卫星定位的变形监测是一种利用卫星定位、联合解算等技术对重点监测部位进行实时定位数据分析的形变监测手段，定位精度高，监测结果更加准确，监测效果好；土压力检测模块用于检测边坡内的土压力值，边坡沉降检测模块用于检测边坡沉降状况，空隙水压力检测模块用于检测边坡内的水压力，边坡倾斜检测模块用于检测边坡倾斜状况，土壤湿度检测模块用于检测边坡中的土壤湿度，数据采集模块用于接收各采集数据并发送至数据分析子系统，数据分析子系统对各项数据进行分析并将分析数据发送至后台监控子系统，不仅能够对边坡的变形监测起到辅助作用，提高变形监测结果的准确性，而且方便后台人员了解边坡的各项数据信息，使用效果极佳。
附图说明
图 1 为本发明提出的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统的系统框图。
图 2 为本发明提出的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统中边坡监测子系统的系统框图。
图 3 为本发明提出的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统中数据分析子系统的系统框图。
图 4 为本发明提出的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统中后台监控子系统的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图 1-4 所示，本发明提出的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，包括边坡监测子系统、通信基站、数据分析子系统、后台监控子系统和云端服务器；边坡监测子系统和数据分析子系统通过通信基站通信连接，数据分析子系统通讯连接后台监控子系统，后台监控子系统无线连接云端服务器；云端服务器通讯连接云端存储器，云端服务器无线连接移动智能终端；其中，边坡监测子系统包括卫星信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块、土壤湿度检测模块和数据采集模块；信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块和土壤湿度检测模块分别与数据采集模块通讯连接；卫星信号接收模块用于接收卫星定位信号，土压力检测模块用于检测边坡内的土压力值，边坡沉降检测模块用于检测边坡沉降状况，空隙水压力检测模块用于检测边坡内的水压力，边坡倾斜检测模块用于检测边坡倾斜状况，土壤湿度检测模块用于检测边坡中的土壤湿度，数据采集模块用于接收各采集数据并发送至数据分析子系统；数据分析子系统包括微处理器、数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；数据接收模块用于接收各检测数据，数据校检模块用于对各数据进行校检，数据分类模块用于对数据进行整理分类，分析处理模块用于对各数据进行分析处理；微处理器通讯连接数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；后台监控子系统包括中央处理器、判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块；判断对比模块用于对分析数据进行判断比对，显示模块用于对监测信息进行显示和进行相关操作，警报模块用于发出警报以提醒后台操作人员及时了解边坡变形情况并作出应对，自动上传模块用于将监测信息上传至云端服务器；中央处理器通讯连接判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块。
在一个可选的实施例中，卫星信号接收模块为 GNSS 接收机，GNSS 接收机上设有用于接收 GPS、GLONASS、BDS、Galileo 中的一种或多种卫星信号的天线；GNSS 接收机上设有用于 5G 通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee中的一种或多种，GNSS 接收机、通信基站、数据分析子系统之间通过 5G 通信连接。
在一个可选的实施例中，卫星信号接收模块为安装在边坡的北斗监测终端，北斗监测终端还包括北斗接收机、北斗接收机天线、ARM 处理终端、通讯天线和稳压器；北斗接收机天线接收卫星监测天线采集的信息，并将信息传输至 ARM处理终端，ARM 处理终端处理数据后通过通讯天线将信息输出；该北斗监测终端共设有多个监测点，每个监测点具有一个北斗卫星接收天线，用于监测每个监测点的速度、加速度变化以及位置变化；北斗监测终端还包括太阳能发电装置和电量监测终端；太阳能发电装置将太阳能转化为电能并供应给北斗监测终端中的用电部件，电量监测终端对电量进行监测，电量信息无线传输至数据分析子系统。
在一个可选的实施例中，北斗监测终端上所设置监测点的数目为三个，且三个监测点分布于边坡的坡肩、坡中、坡脚处，通过设置多个监测点以对边坡进行多点监测，进一步提高了监测效果，监测结果更加准确。
在一个可选的实施例中，边坡监测子系统还包括图像采集模块；图像采集模块按照预先设定的采样频率 f 对边坡监测区域的表面图像进行采集，记录采样时刻并使采样时刻与采样图像相对应，将各采样时刻所采集的边坡表面图像同步传送至数据分析子系统，数据分析子系统基于相似度算法对所接收的各采样时刻边坡表面图像同步进行处理。
在一个可选的实施例中，土压力检测模块为土压力盒，边坡沉降检测模块为沉降计，边坡倾斜检测模块为测斜仪，土壤湿度检测模块为湿度传感器，空隙水压力检测模块为空隙水压力计；各检测仪器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线与数据采集模块连接，埋设测试导线前套上 PVC 钢丝软管。
在一个可选的实施例中，边坡监测子系统还包括气象监测模块，气象监测模块包括雨量计、蒸发器和测量地表温度的温度测量探头，雨量计和蒸发器设置在坡顶处以用于监测雨量数据和蒸发数据，方便了解边坡区域内的气象状况。
在一个可选的实施例中，边坡监测子系统还包括多组水分监测探头；其中，在边坡表层中设有三组水分监测探头以用于监测边坡表层水分变化，且三组水分监测探头分布于坡肩、坡中、坡脚处的表层土体中，在边坡深层中等间距从坡顶向下埋设水分监测探头以用于监测边坡深层水分变化，方便了解边坡表层和深层水分状况。
在一个可选的实施例中，显示模块为触摸式高清显示屏，有助于显示和操作，警报模块为声光警报器，能够发出强烈的声光报警信号，以达到提醒后台人员注意的目的，警示效果好。
本发明中，使用时，卫星信号接收模块用于接收卫星定位信号并将相关数据发送至数据采集模块，数据采集模块通过通信基站将数据发送至数据分析子系统，数据接收模块接收各数据，数据校检模块用于对数据进行校检，分析处理模块用于对各数据进行分析处理，最终得出数据采集时刻待测点的位置，各采集时刻的分析结果进行对比了解边坡的变形状况，并将分析数据发送至后台监控终端，显示模块对监测信息和分析信息进行显示，当边坡的变形量超出一定值时，警报模块发出警报以提醒后台操作人员及时了解边坡变形情况并作出应对，自动上传模块用于将监测信息上传至云端服务器，云端存储器对数据信息进行云端存储以实现备份；卫星定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的,在边坡上设置定位信号监测点A,卫星信号接收模块在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星B1、B2、B3 所发出的信号；通过数据处理和计算,可求得该时刻定位信号监测点 A 至卫星的距离 C1、C2、C3，根据卫星星历可查到该时刻 3 颗卫星的三维坐标，从而根据公式解算出 A 点的三维坐标(X/Y/Z）；卫星定位的变形监测是一种利用卫星定位、联合解算等技术对重点监测部位进行实时定位数据分析的形变监测手段，定位精度高，监测结果更加准确，监测效果好；并且，土压力检测模块用于检测边坡内的土压力值，边坡沉降检测模块用于检测边坡沉降状况，空隙水压力检测模块用于检测边坡内的水压力，边坡倾斜检测模块用于检测边坡倾斜状况，土壤湿度检测模块用于检测边坡中的土壤湿度，数据采集模块用于接收各采集数据并发送至数据分析子系统，数据分析子系统对各项数据进行分析并将分析数据发送至后台监控子系统，不仅能够对边坡的变形监测起到辅助作用，提高变形监测结果的准确性，而且方便后台人员了解边坡的各项数据信息，使用效果极佳。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，包括边坡监测子系统、通信基站、数据分析子系统、后台监控子系统和云端服务器；边坡监测子系统和数据分析子系统通过通信基站通信连接，数据分析子系统通讯连接后台监控子系统，后台监控子系统无线连接云端服务器；云端服务器通讯连接云端存储器，云端服务器无线连接移动智能终端；其中，边坡监测子系统包括卫星信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块、土壤湿度检测模块和数据采集模块；信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块和土壤湿度检测模块分别与数据采集模块通讯连接；卫星信号接收模块用于接收卫星定位信号，土压力检测模块用于检测边坡内的土压力值，边坡沉降检测模块用于检测边坡沉降状况，空隙水压力检测模块用于检测边坡内的水压力，边坡倾斜检测模块用于检测边坡倾斜状况，土壤湿度检测模块用于检测边坡中的土壤湿度，数据采集模块用于接收各采集数据并发送至数据分析子系统；数据分析子系统包括微处理器、数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；数据接收模块用于接收各检测数据，数据校检模块用于对各数据进行校检，数据分类模块用于对数据进行整理分类，分析处理模块用于对各数据进行分析处理；微处理器通讯连接数据接收模块、数据校检模块、数据分类模块和分析处理模块；后台监控子系统包括中央处理器、判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块；判断对比模块用于对分析数据进行判断比对，显示模块用于对监测信息进行显示和进行相关操作，警报模块用于发出警报以提醒后台操作人员及时了解边坡变形情况并作出应对，自动上传模块用于将监测信息上传至云端服务器；中央处理器通讯连接判断对比模块、显示模块、警报模块和自动上传模块。
2.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，卫星信号接收模块为 GNSS 接收机，GNSS 接收机上设有用于接收 GPS、GLONASS、BDS、Galileo 中的一种或多种卫星信号的天线；GNSS 接收机上设有用于 5G 通信的数据传输接口，数据传输接口为光纤、网络、GPRS、无线网桥、zigbee 中的一种或多种，GNSS 接收机、通信基站、数据分析子系统之间通过 5G 通信连接。
3.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，卫星信号接收模块为安装在边坡的北斗监测终端，北斗监测终端还包括北斗接收机、北斗接收机天线、ARM 处理终端、通讯天线和稳压器；北斗接收机天线接收卫星监测天线采集的信息，并将信息传输至 ARM 处理终端，ARM 处理终端处理数据后通过通讯天线将信息输出；该北斗监测终端共设有多个监测点，每个监测点具有一个北斗卫星接收天线，用于监测每个监测点的速度、加速度变化以及位置变化。
4.根据权利要求 3 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，北斗监测终端还包括太阳能发电装置和电量监测终端；太阳能发电装置将太阳能转化为电能并供应给北斗监测终端中的用电部件，电量监测终端对电量进行监测，电量信息无线传输至数据分析子系统。
5.根据权利要求 3 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，北斗监测终端上所设置监测点的数目为三个，且三个监测点分布于边坡的坡肩、坡中、坡脚处。
6.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，边坡监测子系统还包括图像采集模块；图像采集模块按照预先设定的采样频率 f 对边坡监测区域的表面图像进行采集，记录采样时刻并使采样时刻与采样图像相对应，将各采样时刻所采集的边坡表面图像同步传送至数据分析子系统，数据分析子系统基于相似度算法对所接收的各采样时刻边坡表面图像同步进行处理。
7.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，土压力检测模块为土压力盒，边坡沉降检测模块为沉降计，边坡倾斜检测模块为测斜仪，土壤湿度检测模块为湿度传感器，空隙水压力检测模块为空隙水压力计；各检测仪器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线与数据采集模块连接，埋设测试导线前套上 PVC 钢丝软管。
8.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，边坡监测子系统还包括气象监测模块，气象监测模块包括雨量计、蒸发器和测量地表温度的温度测量探头，雨量计和蒸发器设置在坡顶处以用于监测雨量数据和蒸发数据。
9.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，边坡监测子系统还包括多组水分监测探头；其中，在边坡表层中设有三组水分监测探头以用于监测边坡表层水分变化，且三组水分监测探头分布于坡肩、坡中、坡脚处的表层土体中，在 边坡深层中等间距从坡顶向下埋设水分监测探头以用于监测边坡深层水分变化。
10.根据权利要求 1 所述的一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，其特征在于，显示模块为触摸式高清显示屏，警报模块为声光警报器。
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