CN113251913A - 用于库岸边坡表面变形的综合监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，通过实地勘测分析确定变形边坡的范围以及岩体分布情况，然后将GNSS监测墩间隔布置在变形边坡表面，将所述微芯桩布置在变形边坡上的大块孤石上，将扫描仪布置在变形边坡对面使扫描区域覆盖整个变形边坡，最后，将所有监测系统连入终端服务器，设定监测频率，根据监测数据综合分析变现边坡滑移情况。通过采用三种监测系统进行综合监测，实现了快速全天候获取边坡变形情况，及时提供安全预警信息，规避了常规监测人员伤亡的风险，避免了人员和财产损失，并且能够从整体上把控滑坡体变形情况，为边坡永久治理及现场边坡排危等提供了决策依据及技术支撑。

Description

用于库岸边坡表面变形的综合监测方法

技术领域

本发明涉及水利水电监测领域，尤其是涉及一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法。

背景技术

在大坝建成初期，随着下闸蓄水，河谷中水位不断上升以及雨水侵蚀，岩土体经过一段时间的遇水软化以及内部孔压的升高，会引诱边坡变形的发生，或是放大有蠕变迹象边坡的变形量，从而带来安全隐患。目前主要采用在边坡上设置变形观测墩来对变形边坡进行监测，一般需要每天观测一次来掌握滑坡体的变形情况，遇特殊情况还要增加观测频次。由于变形观测墩需要人工现场观察，且一般布置的数量较多，导致观测时间较长，费时费力，并且检测人员存在一定安全隐患，同时该监测手段也有一定滞后性和不完整性，对边坡的整体变形情况不好把控，无法做到实时监测和提前预警。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，解决变形观测墩需要人工现场观察、并且检测人员存在一定安全隐患，同时该监测手段也有一定滞后性和不完整性的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，终端服务器控制连接的GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统进行综合监测；

监测方法包括：

S1、实地勘测分析确定变形边坡的范围以及岩体分布情况；

S2、布置GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统覆盖整个变形边坡；

S3、将所有监测系统连入终端服务器，设定监测频率，根据监测数据综合分析变现边坡滑移情况；

S4、终端服务器通过发射塔与移动端或/和用户端连接。

优选方案中，GNSS监测系统包括多个GNSS监测墩，GNSS监测墩与多个卫星连接。

优选方案中，微芯桩监测系统包括多个微芯桩和多个采集测站，所述采集测站上设有信号接收器和旋转摄像头，所述微芯桩和采集测站的布置位置保证旋转摄像头能够拍摄到所有微芯桩及所在位置。

优选方案中，所述三维激光扫描监测系统包括多个扫描仪。

布置GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统方法为：

A1、将所述的GNSS监测墩隔布置在变形边坡表面；

A2、述微芯桩监测系统的微芯桩布置在变形边坡上的大块孤石上；

A3、将所述三维激光扫描监测系统的三维激光扫描仪布置在变形边坡对面，并使扫描仪的扫描区域覆盖整个变形边坡。

布置GNSS监测墩方法为：

B1、在勘测阶段，根据岩体纵向裂隙及层间挤压破碎带将变形边坡在横向上分为多个滑移面；

B2、每个滑移面上设置1-2个GNSS监测墩，相邻两个滑移面上的GNSS监测墩在横向上相互错开。

优选方案中，在监测时，GNSS监测系统采用24-30小时连续观测，每30-40分钟解算一次数据；微芯桩监测系统每1-2小时定时采集数据，并实时上传警示信息；

三维激光扫描监测系统每隔1-2周扫描一次。

本发明的有益效果是：通过采用GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统对变形边坡进行综合监测，GNSS监测系统能够快速全天候获取边坡变形情况，及时提供安全预警信息，规避了常规监测人员伤亡的风险，避免了人员和财产损失，微芯桩能对大块孤石的振动、滑移情况进行实时监测，为现场边坡排危及处理大块孤石提供了决策依据及技术支撑，三维激光扫描监测系统能对边坡整体变形情况进行监测，为边坡整体变形趋势分析和及永久治理提供了不可替代的作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明总体示意图；

图2是本发明卫星监控示意图；

图3是本发明三维激光扫描仪和微芯桩安装示意图；

图4是本发明GNSS监测墩和三维激光扫描仪布置横截面示意图；

图5是本发明微芯桩和采集测布置横截面示意图；

图中：变形边坡区域1；GNSS监测墩2；第一采集测站3；大块孤石4；微芯桩5；第二采集测站6；三维激光扫描仪7；卫星8；终端服务器9；发射塔10；移动端11；用户端12。

具体实施方式

实施例1

如图1~5示，用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，采用由终端服务器控制连接的GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统进行综合监测；

首先，通过实地勘测分析确定变形边坡的范围以及岩体分布情况；

然后，布置设备，将所述GNSS监测系统的GNSS监测墩间隔布置在变形边坡表面，将所述微芯桩监测系统的微芯桩布置在变形边坡上的大块孤石上，将所述三维激光扫描监测系统的扫描仪布置在变形边坡对面的基础上，并使扫描仪的扫描区域覆盖整个变形边坡；

最后，将所有监测系统连入终端服务器，设定监测频率，根据监测数据综合分析变现边坡滑移情况。

在勘测阶段，根据岩体纵向裂隙及层间挤压破碎带将变形边坡在横向上分为多个滑移面，在布置设备时，每个滑移面上设置1-2个GNSS监测墩，相邻两个滑移面上的GNSS监测墩在横向上相互错开。

所述微芯桩监测系统还包括设置在安全基础上的采集测站，所述采集测站上设有信号接收器和旋转摄像头，所述微芯桩和采集测站的布置位置保证旋转摄像头能够拍摄到所有微芯桩及所在孤石。

所述三维激光扫描监测系统包括多个扫描仪，多个扫描仪间隔设置在变形边坡下方稳定的基岩上。

在监测时，GNSS监测系统采用24小时连续观测，每30分钟解算一次数据；微芯桩监测系统每1小时定时采集数据，并实时上传警示信息；三维激光扫描监测系统每隔1-2周扫描一次。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1-5所示结构，对于滑坡体的变形监测，目前常用的是全站仪外观变形监测，通过在稳定基础上安放多个观察墩，通过人工现场观察记录数据来掌握滑坡体的变形情况，该方式存在监测人员工作量大，存在安全隐患，并且无法远程实时提供数据和预警信息。

本发明用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，通过替换或是在原有全站仪外观变形监测系统基础上增加的方式，采用由终端服务器控制连接的GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统进行综合监测，具体监测过程是：

首先，通过实地勘测分析确定变形边坡的范围以及岩体分布情况；

然后，布置设备，将所述GNSS监测系统的GNSS监测墩间隔布置在变形边坡表面，将所述微芯桩监测系统的微芯桩布置在变形边坡上的大块孤石上，将所述三维激光扫描监测系统的扫描仪布置在变形边坡对面，并使扫描仪的扫描区域覆盖整个变形边坡；

最后，将所有监测系统连入终端服务器，设定监测频率，根据监测数据综合分析变现边坡滑移情况。

其中，GNSS全称为全球卫星导航系统，是利用卫星来测量物体位置的系统，GNSS自动化监测是利用卫星定位的一项三维变形监测新型技术,其基本原理是测量出已知位置的卫星到GNSS仪器之间的距离,然后综合多颗卫星的数据,解算接收机的三维位置。目前比较先进的有瑞士徕卡公司的GNSS系统，采用三星兼容技术、静态测量模式，可24小时连续观测，30分钟解算1次数据。数据采集采用徕卡的GM系列接收机和AR系列天线；供电系统采用180W太阳能板和12V150AH胶体蓄电池供电；通讯采用4G无线传输方式，通过4G手机网络将数据传送到数十公里外的办公室内，通过互联网对其进行远程操作、查看、下载和分析数据，实现滑坡体的远程实时监测。

微芯桩安全监测预警系统由微芯桩、一杆式采集测站、物联网云平台构成。微芯桩作为主要的数据采集单元，其内置微电子机械系统(MEMS)，通过MEMS传感器实时感知外界条件的变化，感知的信息传递到微控制单元(MCU)进行分析，由MCU输出我们需要的倾斜、震动、位移等指标。同时微芯桩预留附加接口，可完成对外接传感器的数据采集分析工作。微芯桩可安装在构筑物外表或岩土体上，通过微芯桩对岩土体的微小形变进行实时主动感知，监测数据通过物联网云平台分发至终端用户，用户可通过手机客户端实时对监测数据及警示信息进行查看，对于监测现场出现的紧急情况，系统可在5s之内发出预警信息。针对滑坡，该系统可实现倾斜振动、倾向、监控照片等要素的自动观测。

三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”,是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破它是利用激光测距的原理，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的坐标、反射率、颜色等信息，由这些大量、密集的点信息快速复建出1:1的真彩色“实景复制”模型。通过不同时间段空间信息的叠加比对与空间差值计算，获取滑坡体整体三维变形分布情况及时空演化规律，并形成预警机制。三维激光扫描技术能够高精度(毫米级)、高密度(点云间距5-10m)、快速(10min/次)地获取扫描对象空间信息，完全颠覆了传统的工程建模与量测的模式，在工程量测方面,使传统的点、线、面一二维量测升级到三维的体、场量测；同时，结合3S技术(遥感技术、地理信息系统和全球定位系统)，可实现区域空间快速实景复制，为工程选址、评估决策，地质灾害救援等提供精确指导。

本申请通过采用上述三种监测系统进行综合监测，实现了快速全天候获取边坡变形情况，及时提供安全预警信息，规避了常规监测人员伤亡的风险，避免了人员和财产损失，并且能够从整体上把控滑坡体变形情况，为边坡永久治理及现场边坡排危等提供了决策依据及技术支撑。

在勘测阶段，可根据岩体纵向裂隙及层间挤压破碎带将变形边坡在横向上分为多个滑移面，也可通过原有全站仪外观变形监测得到的边坡变形情况进行划分。在布置GNSS设备时，每个滑移面上根据设置1-2个GNSS监测墩，根据坡面长度，较长的设置两个，较短的设置一个，相邻两个滑移面上的GNSS监测墩最好在横向上相互错开，这样可尽可能的对整个滑坡体的变形情况进行监测。

在布置微芯桩监测系统时，除了保证各微芯桩与孤石的稳固连接外，采集测站的布置也是至关重要的，由于采集测站上设有信号接收器和旋转摄像头，需使微芯桩和采集测站的布置位置保证旋转摄像头能够拍摄到所有微芯桩及所在孤石。

在布置三维激光扫描监测系统时，根据变形边坡的具体范围，一般需要设置多个扫描仪进行扫描，为保证后续监测的稳定性，多个扫描应仪间隔设置在变形边坡下方稳定的基岩上。

在监测频次上，GNSS监测系统采用24小时连续观测，每30分钟解算一次数据，做到实时预警；微芯桩监测系统每1小时定时采集数据，并实时上传警示信息；三维激光扫描监测系统每隔1-2周扫描一次。通过三种监测手段的综合应用，能够全方位的了解边坡变形情况，做到及时发现，及时处理。

本发明通过采用GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统对变形边坡进行综合监测，GNSS监测系统能够快速全天候获取边坡变形情况，及时提供安全预警信息，规避了常规监测人员伤亡的风险，避免了人员和财产损失，微芯桩能对大块孤石的振动、滑移情况进行实时监测，为现场边坡排危及处理大块孤石提供了决策依据及技术支撑，三维激光扫描监测系统能对边坡整体变形情况进行监测，为边坡整体变形趋势分析和及永久治理提供了不可替代的作用。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：终端服务器（9）控制连接的GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统进行综合监测；

监测方法包括：

S1、实地勘测分析确定变形边坡的范围以及岩体分布情况；

S2、布置GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统覆盖整个变形边坡；

S3、将所有监测系统连入终端服务器（9），设定监测频率，根据监测数据综合分析变现边坡滑移情况；

S4、终端服务器（9）通过发射塔（10）与移动端（11）或/和用户端（12）连接。

2.根据权利要求1所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：GNSS监测系统包括多个GNSS监测墩（2），GNSS监测墩（2）与多个卫星（8）连接。

3.根据权利要求1所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：微芯桩监测系统包括多个微芯桩（5）和多个采集测站，所述采集测站上设有信号接收器和旋转摄像头，所述微芯桩和采集测站的布置位置保证旋转摄像头能够拍摄到所有微芯桩（5）及所在位置。

4.根据权利要求1所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：所述三维激光扫描监测系统包括多个扫描仪。

5.根据权利要求1所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：布置GNSS监测系统、微芯桩监测系统和三维激光扫描监测系统方法为：

A1、将所述的GNSS监测墩（2）隔布置在变形边坡表面；

A2、述微芯桩监测系统的微芯桩（5）布置在变形边坡上的大块孤石上；

A3、将所述三维激光扫描监测系统的三维激光扫描仪（7）布置在变形边坡对面，并使扫描仪的扫描区域覆盖整个变形边坡。

6.根据权利要求5所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：布置GNSS监测墩（2）方法为：

B1、在勘测阶段，根据岩体纵向裂隙及层间挤压破碎带将变形边坡在横向上分为多个滑移面；

B2、每个滑移面上设置1-2个GNSS监测墩，相邻两个滑移面上的GNSS监测墩在横向上相互错开。

7.根据权利要求1所述一种用于库岸边坡表面变形的综合监测方法，其特征是：在监测时，GNSS监测系统采用24-30小时连续观测，每30-40分钟解算一次数据；微芯桩监测系统每1-2小时定时采集数据，并实时上传警示信息；

三维激光扫描监测系统每隔1-2周扫描一次。

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