CN112504158B - 一种边坡变形监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种边坡变形监测装置包括加固结构、监测单元以及接收单元；加固结构包括多组管体；管体水平设置在边坡上，且相邻两组管体沿水平方向串联；监测单元包括感应件和采集盒；感应件设置在管体内壁上；采集盒与感应件电连接，用于接收感应件的边坡变形信号；接收单元与采集盒电连接，用于接收采集盒的边坡变形信号。本发明的多组管体能对边坡进行加固；当发生滑坡时，边坡作用在管体外壁上，使得管体发生变形，感应件获取管体变形信号，并通过接收单元向外界后台传输，实用性和抗干扰能力强。本发明还公开一种边坡变形监测方法，通过依次获取的方式，能在降低功耗的前提下实时对边坡的变形进行监测，从而做到早预防早示警。

Description

一种边坡变形监测装置及方法
技术领域
本发明涉及边坡监测技术领域，具体涉及一种边坡变形监测装置及方法。
背景技术
申请号为CN201921224251.2的中国专利公开了一种远距离非接触式的可视化边坡监测装置，其采用激光测距监测技术实现对边坡变形的监测，但边坡上一般都有草木，草木生长旺盛，容易遮挡，从而对激光测距造成干扰，往往需要对边坡上的草木进行砍伐，不仅维护成本高，而且加剧了边坡滑坡的风险，同时也不利于长时间的边坡监测；另外，该方案中的核心激光器件往往需要进口，而且其对距离和区域的监测有一定的限制，对一个庞大的山体边坡需要数量较多的监测装置，成本高昂。
综上所述，急需一种抗干扰能力强、成本低廉且能对边坡进行加固的边坡变形监测装置及方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种抗干扰能力强、成本低廉且能对边坡进行加固的边坡变形监测装置及方法，具体技术方案如下：
一种边坡变形监测装置，包括监测单元、接收单元以及沿竖直方向相互平行设置在边坡上的多组加固结构；所述加固结构包括多组管体；所述管体水平设置在边坡上，且相邻两组管体沿水平方向串联，用于固定边坡；所述监测单元包括感应件和采集盒；所述感应件设置在管体内壁上，通过监测管体变形从而监测边坡变形信号；所述采集盒与感应件电连接，用于接收感应件的边坡变形信号；所述接收单元与采集盒电连接，用于接收采集盒的边坡变形信号。
以上技术方案优选的，所述加固结构还包括竖直设置在边坡上的固定桩；所述固定桩沿水平方向位于两组管体之间，且水平方向相邻的两组管体均与固定桩连接。
以上技术方案优选的，所述监测单元与管体一一对应设置。
以上技术方案优选的，所述感应件包括至少两组感应单件；两组感应单件相互电连接，且分别与采集盒电连接，能形成桥式电路结构。
以上技术方案优选的，所述采集盒包括放大器和第一微控制器；所述放大器与感应单件连接；所述第一微控制器与放大器连接，用于接收边坡变形信号；所述第一微控制器与感应单件连接，便于控制感应单件采集变形信号；所述第一微控制器与接收单元连接，能实现双向通信。
以上技术方案优选的，所述接收单元包括光伏板、电池以及第二微控制器；所述光伏板与电池连接，能将产生的电能储存；所述电池分别与监测单元以及第二微控制器连接，用于供电；所述第二微控制器与第一微控制器连接，能实现双向通信；所述第二微控制器与外界后台连接，能实现第二微控制器与外界后台的双向通信。
以上技术方案优选的，所述管体外壁套设有保护层。
本发明还公开了一种边坡变形监测方法，采用了所述的边坡变形监测装置，包括如下步骤：
步骤a：第二微控制器通过第一微控制器向感应单件发送指令，感应单件获取管体的变形信号；
步骤b：变形信号传输送至放大器进行滤波和放大；
步骤c：滤波和放大后的信号送至第一微控制器，第一微控制器对变形信号进行编号；
步骤d：编号后的变形信号依次经第一微控制器以及第二微控制器传输至外界后台；
所述步骤a中，首先，第二微控制器向第一组监测单元的第一微控制器发送指令，第一组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；接着，第二微控制器向第二组监测单元的第一微控制器发送指令，第二组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；以此类推，直至全部监测单元的变形信号获取完成。
以上技术方案优选的，所述步骤a中，所述第二微控制器在收到外界后台的指令后向第一微控制器发送采集指令，或者是每间隔1-60分钟第二微控制器主动向第一微控制器发送采集指令。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
（1）本发明的边坡变形监测装置包括监测单元、接收单元以及沿竖直方向相互平行设置在边坡上的多组加固结构；所述加固结构包括多组管体；所述管体水平设置在边坡上，且相邻两组管体沿水平方向串联，用于固定边坡；所述监测单元包括感应件和采集盒；所述感应件设置在管体内壁上，通过监测管体变形从而监测边坡变形信号；所述采集盒与感应件电连接，用于接收感应件的边坡变形信号；所述接收单元与采集盒电连接，用于接收采集盒的边坡变形信号。本发明通过水平串联设置的多组管体，能对边坡进行加固，并且感应件设置在管体内壁上，当发生滑坡时，边坡作用在管体外壁上，使得管体发生变形，感应件获取管体变形信号，并通过接收单元向外界后台传输，避免了设置激光监测时受到外界因素的干扰，实用性和抗干扰能力强；并且相比现有技术中采用激光监测，激光监测只能实现边坡的点监测，而本发明的感应件和管体的结合使得能在加固的同时实现边坡的区域监测，监测范围更大，成本也更加低廉；本发明的加固结构设有多组，通过沿竖直方向设置多组加固结构，使得对边坡能进行更有效加固的同时便于感应件在边坡上的监测，本发明通过沿竖向设置的多组加固结构，将边坡沿竖直方向分隔成多层，任意一层发生滑坡时，对设置在下端的管体形成挤压，管体发生形变使得本发明能实现对边坡的各层的变形监测（即进行多层次的监测），而相比于现有技术中采用管体竖直插设在边坡上的监测方式相比，竖直插设仅能对边坡进行点监测，要实现大范围监测成本较高，且竖直插设的加固作用有限。
（2）本发明的加固结构还包括竖直设置在边坡上的固定桩；所述固定桩沿水平方向位于两组管体之间，且水平方向相邻的两组管体均与固定桩连接；通过固定桩连接水平方向上的两组管体（管体两端上设有与固定桩连接的挂钩），保证管体的稳固。
（3）本发明的监测单元与管体一一对应设置，即每组管体内均设有监测单元，便于利用成本优势实现大范围、多层次的边坡监测，实用性好。
（4）本发明的感应件包括至少两组感应单件；两组感应单件相互电连接，且分别与采集盒电连接，能形成桥式电路结构，便于提高监测精度。
（5）本发明的采集盒包括放大器和第一微控制器；通过放大器将监测到的变形信号进行放大和滤波，显著提高监测精度，并通过第一微控制器向接收单元传输。
（6）本发明的接收单元包括光伏板、电池以及第二微控制器；光伏板能为监测单元以及第二微控制器供电，实用性好；第二微控制器与外界后台实现双向通信，便于接收外界后台的指令以及向外界后台传输信号和数据。
（7）本发明的管体外壁套设有保护层（优选PVC保护套管），防止管体受腐蚀，保证管体使用寿命。
本发明还公开一种边坡变形监测方法，采用了所述的边坡变形监测装置，包括如下步骤：步骤a：第二微控制器通过第一微控制器向感应单件发送指令，感应单件获取管体的变形信号；步骤b：变形信号传输至放大器进行滤波和放大；步骤c：第一微控制器对变形信号进行编号；步骤d：编号后的的信号依次经第一微控制器、第一CAN通信单元、第二微控制器以及第二CAN通信单元传输至外界后台；所述步骤a中，首先，第二微控制器向第一组监测单元的第一微控制器发送指令，第一组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；接着，第二微控制器向第二组监测单元的第一微控制器发送指令，第二组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；以此类推，直至全部监测单元的变形信号获取完成。本发明的方法通过依次获取的方式，保证设置在边坡上的多组监测单元至少有一个处于工作状态（在获取变形信号的状态），能在降低功耗的前提下实时对边坡的变形进行监测，便于获取各个管体的变形信号（即边坡变形对管体的作用量），从而做到早预防早示警。此处优选第二微控制器可以在收到外界后台的指令后向第一微控制器发送采集指令，或者是每间隔1-60分钟第二微处理主动向第一微控制器发送采集指令，第二微控制器能主动获取变形信号，便于实时监控，防止出现过大的监测空档期。
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是本实施例的边坡变形监测装置在边坡上安装完成后的示意图（示意了四组加固结构）；
图2是图1中管体和监测单元配合的结构示意图（示意了管体内部）；
图3是图1中接收单元的结构示意图；
图4是图1中监测单元和接收单元配合的原理框图；
其中，1、加固结构；1.1、管体；1.2、固定桩；2、监测单元；2.1、感应件；2.2、采集盒；3、接收单元；3.1、光伏板；3.2、电池；3.3、第二微控制器；3.4、监测桩。
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：
一种边坡变形监测装置，包括监测单元2、接收单元3以及沿竖直方向相互平行设置在边坡上的多组加固结构1，如图1-4所示，具体如下；
如图1所示，多组加固结构1沿竖直方向平行，沿竖直方向形成等高线式的结构。此处加固结构的竖向间隔根据实际情况选择。
如图1所示，所述加固结构1包括固定桩1.2和多组管体1.1；所述边坡沿水平方向设有沟槽；所述管体沿水平对应设置在沟槽内并进行预埋，且同一组加固结构的相邻两组管体沿水平串联；所述固定桩竖直插设在边坡上，且沿水平位于两组管体之间，水平方向相邻的两组管体通过挂钩连接在固定桩上（此处优选管体连接在固定桩上时具有0.01-20N的预紧力）。此处管体数量根据实际情况选择。
优选的，管体1.1材质选用具有弹性的镀锌钢。
如图2所示，所述监测单元2包括感应件2.1和采集盒2.2；所述感应件包括至少两组感应单件（如电阻应变计），本实施例优选一组感应件包括六组感应单件，感应单件对应贴合在管体的内壁上，当边坡某处出现向下滑动时对管体造成挤压，使得管体发生向下凹陷的形变，紧贴在管体内壁上的感应单件（电阻应变计）会产生变化，并向采集盒（具体是采集盒的放大器）传输；所述采集盒包括放大器和第一微控制器；所述放大器与感应单件电连接；所述放大器与第一微控制器电连接，便于向第一微控制器传输变形信号；所述第一微控制器与感应单件电连接，便于控制感应单件获取管体的变形信号；所述第一微控制器通过第一CAN通信单元与接收单元实现双向通信。
优选的，每两组感应单件为一个小单元，即小单元的两组感应单件分别与放大器电连接，能形成桥式电路结构。
如图3所示，所述接收单元包括监测桩3.4、光伏板3.1、电池3.2以及第二微控制器3.3；所述监测桩用于光伏板、电池以及第二微控制器的安装；所述光伏板用于产生电能，并通过电池储存；所述第二微控制器通过第一CAN通信单元与第一微控制器实现双向通信，从而向第一微控制器发送指令以及接收信号数据；所述第二微控制器通过第二CAN通信单元与外界后台实现双向通信，便于第二微控制器向外界后台发送数据以及接收外界后台的指令。此处电池能为监测单元（包括感应单件、放大器以及第一微控制器）、第二微控制器以及第二CAN通信单元供电。
优选的，第一CAN通信单元以及第二CAN通信单元分别实现第二微控制器与第一微控制器之间以及第二微控制器与外界后台之间双向通信的技术参考现有技术。
优选的，监测桩内设有报警器，当某处管体的变形量超过预设值时第二微控制器控制报警器报警（此处预设值根据实际情况选择）。
本发明还公开了一种边坡变形监测方法，采用了所述的边坡变形监测装置，如图4所示，包括如下步骤：
步骤a：第二微控制器通过第一微控制器向感应单件发送指令，感应单件获取管体的变形信号，具体是：外界后台向第二微控制器发送指令，第二微控制器通过第一CAN通信单元向第一微控制器发送指令，第一微控制器向感应单件发送指令，感应单件获取管体的变形信号；此处第二微控制器也可以在不收到外界后台的指令时，定时（时间间隔根据监测单元的数量选择，本实施例优选30min）向第一微控制器发送指令，采集管体的变形信号。
步骤b：变形信号传输至放大器进行滤波和放大。
步骤c：第一微控制器对变形信号进行编号，便于能准确获知管体变形的具体位置。
步骤d：编号后的信号依次经第一微控制器以及第二微控制器传输至外界后台；此处第一微控制器与第二微控制器之间通过第一CAN通信单元进行双向通信，第二微控制器与外界后台之间通过第二CAN通信单元进行双向通信。
优选的，所述步骤a中，首先，第二微控制器向第一组监测单元的第一微控制器发送指令，第一组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；接着第二微控制器向第二组监测单元的第一微控制器发送指令，第二组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；以此类推，直至全部的监测单元的信号获取完成。
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 (9)

1.一种边坡变形监测装置，其特征在于，包括监测单元（2）、接收单元（3）以及沿竖直方向相互平行设置在边坡上的多组加固结构（1）；所述加固结构（1）包括多组管体（1.1）；所述管体（1.1）水平设置在边坡上，且相邻两组管体沿水平方向串联，用于固定边坡；所述监测单元（2）包括感应件（2.1）和采集盒（2.2）；所述感应件（2.1）设置在管体（1.1）内壁上，通过监测管体变形从而监测边坡变形信号；所述采集盒（2.2）与感应件（2.1）电连接，用于接收感应件的边坡变形信号；所述接收单元（3）与采集盒（2.2）电连接，用于接收采集盒的边坡变形信号。
2.根据权利要求1所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述加固结构（1）还包括竖直设置在边坡上的固定桩（1.2）；所述固定桩沿水平方向位于两组管体之间，且水平方向相邻的两组管体均与固定桩连接。
3.根据权利要求2所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述监测单元（2）与管体（1.1）一一对应设置。
4.根据权利要求3所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述感应件（2.1）包括至少两组感应单件；两组感应单件相互电连接，且分别与采集盒（2.2）电连接，能形成桥式电路结构。
5.根据权利要求4所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述采集盒（2.2）包括放大器和第一微控制器；所述放大器与感应单件连接；所述第一微控制器与放大器连接，用于接收边坡变形信号；所述第一微控制器与感应单件连接，便于控制感应单件采集变形信号；所述第一微控制器与接收单元连接，能实现双向通信。
6.根据权利要求5所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述接收单元（3）包括光伏板（3.1）、电池（3.2）以及第二微控制器（3.3）；所述光伏板与电池连接，能将产生的电能储存；所述电池分别与监测单元以及第二微控制器连接，用于供电；所述第二微控制器与第一微控制器连接，能实现双向通信；所述第二微控制器与外界后台连接，能实现第二微控制器与外界后台的双向通信。
7.根据权利要求6所述的边坡变形监测装置，其特征在于，所述管体（1.1）外壁套设有保护层。
8.一种边坡变形监测方法，采用了如权利要求7所述的边坡变形监测装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a：第二微控制器通过第一微控制器向感应单件发送指令，感应单件获取管体的变形信号；
步骤b：变形信号传输送至放大器进行滤波和放大；
步骤c：滤波和放大后的信号送至第一微控制器，第一微控制器对变形信号进行编号；
步骤d：编号后的变形信号依次经第一微控制器以及第二微控制器传输至外界后台；
所述步骤a中，首先，第二微控制器向第一组监测单元的第一微控制器发送指令，第一组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；接着，第二微控制器向第二组监测单元的第一微控制器发送指令，第二组监测单元的感应单件获取变形信号后传输至外界后台；以此类推，直至全部监测单元的变形信号获取完成。
9.根据权利要求8所述的边坡变形监测方法，其特征在于，所述步骤a中，所述第二微控制器在收到外界后台的指令后向第一微控制器发送采集指令，或者是每间隔1-60分钟第二微控制器主动向第一微控制器发送采集指令。
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GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A slope Deformation monitoring device and method

Effective date of registration: 20230613

Granted publication date: 20210511

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Changsha Wangcheng District sub branch

Pledgor: Hunan Lianzhi Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980043732