一种滑坡水下网式三维变形监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术提供一种滑坡水下网式三维变形监测系统及监测方法，多个水下多功能3D位移计呈格构状布置且依次连接，壳体内可旋转安装有四个转动轴，转动轴沿上下向延伸，转动轴一端与壳体连接有收缩发条，壳体周向间隔贯穿设有四个穿孔，拉线与穿孔一一对应，拉线一端缠绕至转动轴上，另一端从穿孔穿出与相邻水下多功能3D位移计的拉线连接；位移计与拉线相对应，测量拉线收放长度，三轴加速度传感器、磁通门监测水下多功能3D位移计的倾角变化与方位角变化。本发明专利技术提出的技术方案的有益效果是：可基于组网式监测方法，通过感知监测滑坡表面大量点的空间状态变化，反演积分计算从而间接得到滑坡水下变形演化特征，是现有滑坡位移监测手段的有益补充。段的有益补充。段的有益补充。

【技术实现步骤摘要】
一种滑坡水下网式三维变形监测系统及监测方法


[0001]本专利技术涉及滑坡灾害监测
，尤其涉及一种滑坡水下网式三维变形监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]我国中西部地区山地分布广泛，雨水条件充足，地质灾害频发，每年因地质灾害造成的人、财损失巨大，其中滑坡灾害约占总数的2/3。水是滑坡地质灾害的一个重要诱发因素，因而也是滑坡地质灾害监测的重要内容。近些年，三峡水库的水位周期性的波动使得大量古滑坡复滑，采取相应的监测手段，对水库滑坡变形特征持续监测是滑坡地质灾害防治的重要基础，也是滑坡地质灾害预测预警的重要前提。
[0003]滑坡水下变形是水库滑坡变形监测的重要内容之一。几十年来，滑坡变形监测技术持续发展，包括GPS，全站仪、TDR，埋入式布设光纤、钻孔测斜、Insar、近地摄影法等大量的监测手段被发现、发展，并取得了一定的监测效果。然而，由于诸如防水、水下变形特征采集等滑坡水下变形监测的挑战性，传统监测技术均无法在水下环境有效应用。如何适应水下变形监测时的大变形、长续航、高精度、高可靠性等需求，提出一套针对滑坡前缘水位波动下滑体变形特征监测的解决方案和监测设备，对滑坡中长期预测预报、滑坡灾害防治具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术的实施例提供了一种滑坡水下网式三维变形监测系统及监测方法。
[0005]本专利技术的实施例提供一种滑坡水下网式三维变形监测系统，包括多个水上监测站和多个水下多功能3D位移计；
[0006]多个所述水下多功能3D位移计呈格构状布置且依次连接，固定于水上滑体表面和水下滑体表面，每一所述水上监测站与水上滑体表面的一所述水下多功能3D位移计固定连接，位于水上滑体表面的所述水下多功能3D位移计至少为三个，且不在同一直线上，所述水上监测站上设有GPS装置，用于获取水上滑体表面的所述水下多功能3D位移计的空间位置；
[0007]所述水下多功能3D位移计包括壳体、四个转动轴、四个拉线、四个位移计、传感器组件；所述壳体内可旋转安装有四个转动轴，所述转动轴沿上下向延伸，所述转动轴一端与所述壳体连接有收缩发条，所述壳体周向间隔贯穿设有四个穿孔，所述拉线与所述穿孔一一对应，所述拉线一端缠绕至所述转动轴上，另一端从所述穿孔穿出与相邻所述水下多功能3D位移计的拉线连接；所述位移计固定于所述壳体内，每一所述位移计与所述拉线相对应，用于测量所述拉线收放长度，所述传感器组件包括三轴加速度传感器和磁通门，所述三轴加速度传感器、磁通门固定于所述壳体内，分别用于监测所述水下多功能3D位移计的倾角变化与方位角变化。
[0008]进一步地，所述位移计包括发光元件、光敏元件和光栅盘，每一所述光栅盘同轴固
定于每一所述转动轴上，所述转动轴旋转带动所述光栅盘旋转，所述发光元件和光敏元件分别位于所述光栅盘上下两侧，且固定于所述壳体内，所述光敏元件用于获取所述光栅盘的转动距离，从而获得所述拉线的收放长度。
[0009]进一步地，所述壳体内设有隔板以在上下向形成位移计腔室和传感器腔室，所述位移计位于所述位移计腔室内，所述传感器组件位于所述传感器腔室内。
[0010]进一步地，所述发光元件位于所述位移计腔室内，所述光敏元件位于所述传感器腔室内，所述隔板与所述发光元件相对的位置贯穿设有透光孔。
[0011]进一步地，所述转动轴上固定有轮毂，所述拉线一端缠绕至所述轮毂上。
[0012]进一步地，所述壳体与所述转动轴相对的位置设有凹槽，所述转动轴安装于所述凹槽内，所述转动轴与至少一所述凹槽内连接有所述收缩发条。
[0013]进一步地，所述传感器组件还包括水温传感器，所述水温传感器位于所述壳体内，用于监测水温数据；和/或，
[0014]还包括微型摄像头，所述传感器腔室侧壁设有透明监测窗，所述微型摄像头固定于所述透明监测窗内侧，用于观测水下滑体的受侵蚀状态。
[0015]进一步地，所述壳体内固定有集成电路板，所述集成电路板与水温传感器、三轴加速度传感器、磁通门、位移计、微型摄像头、光敏元件电连接，用于监测数据的收集、处理与传递。
[0016]进一步地，所述水上监测站上设有太阳能供电装置，所述太阳能供电装置与所述水下多功能3D位移计中的所有设备电连接，并在监测过程中持续供电；和/或，
[0017]所述水上监测站上设有通讯模块，所述壳体内固定有数据收发装置，所述数据收发装置与所述集成电路板电连接、与所述通讯模块通讯连接，所述通讯模块用于获取所述水下多功能3D位移计的监测信息，并通过GPRS发送至移动监测终端或者网络。
[0018]本专利技术的实施例还提供一种监测方法，包括以下步骤：
[0019]S1在前期勘探的基础上确定需要监测滑坡的位置，并通过放线确定滑坡具体监测部位；
[0020]S2将水下多功能3D位移计编号后以格构式的方式通过拉线相连接的方式组网，将水下多功能3D位移计布设到水上滑体表面和水下滑体表面，布设时在水上滑体表面至少留有3个以上不在同一直线上的水下多功能3D位移计；
[0021]S3将水上监测站与水上滑体表面的水下多功能3D位移计固定连接；
[0022]S4通电后，利用水上监测站的GPS设备获取各水上监测站的位置数据，利用三轴加速度传感器监测每个水下多功能3D位移计的倾角变化，利用磁通门监测每个水下多功能3D位移计的方位角变化，实现了单节点空间姿态变化的监测，利用位移计获取拉线收放长度，从而计算相邻两个水下多功能3D位移计之间的距离，实现滑坡水面以下变形状态的实时监测。
[0023]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：类似有限元的思想，可基于组网式监测方法，通过感知监测滑坡表面大量点的空间状态变化，反演积分计算从而间接得到滑坡水下变形演化特征，是现有滑坡位移监测手段的有益补充。该方法所涉及传感器均为成熟技术，结构简单、设计合理。
[0024]提供了一个滑坡变形监测的稳定、安全的水下空间，可在与周围岩土体协调变形
的同时，保护内部监测传感器，提供供电条件，实现滑坡水下变形的长时间、全过程跟踪监测。
[0025]可以实现滑坡水下滑体坡表的多参数监测，包含水下坡表侵蚀状态、水下滑体坡表变形参数等，有利于阐明和判定滑坡位移不同阶段的发展趋势，丰富并验证现有滑坡的预报方法。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的滑坡水下网式三维变形监测系统一实施例的结构示意图；
[0027]图2是图1中水下多功能3D位移计的爆炸示意图；
[0028]图3是图1中水下多功能3D位移计另一视角的爆炸示意图；
[0029]图4是图1中位移计腔室内的结构示意图；
[0030]图5是本专利技术中监测原理示意图；
[0031]图6是本专利技术提供的监测方法一实施例的流程示意图。
[0032]图中：水上监测站1、监测墩11、太阳能供电装置12、GPS装置13、通讯模块14、水下多功能3D位移计2、壳体20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滑坡水下网式三维变形监测系统，其特征在于，包括多个水上监测站和多个水下多功能3D位移计；多个所述水下多功能3D位移计呈格构状布置且依次连接，固定于水上滑体表面和水下滑体表面，每一所述水上监测站与水上滑体表面的一所述水下多功能3D位移计固定连接，位于水上滑体表面的所述水下多功能3D位移计至少为三个，且不在同一直线上，所述水上监测站上设有GPS装置，用于获取水上滑体表面的所述水下多功能3D位移计的空间位置；所述水下多功能3D位移计包括壳体、四个转动轴、四个拉线、四个位移计、传感器组件；所述壳体内可旋转安装有四个转动轴，所述转动轴沿上下向延伸，所述转动轴一端与所述壳体连接有收缩发条，所述壳体周向间隔贯穿设有四个穿孔，所述拉线与所述穿孔一一对应，所述拉线一端缠绕至所述转动轴上，另一端从所述穿孔穿出与相邻所述水下多功能3D位移计的拉线连接；所述位移计固定于所述壳体内，每一所述位移计与所述拉线相对应，用于测量所述拉线收放长度，所述传感器组件包括三轴加速度传感器和磁通门，所述三轴加速度传感器、磁通门固定于所述壳体内，分别用于监测所述水下多功能3D位移计的倾角变化与方位角变化。2.如权利要求1所述的滑坡水下网式三维变形监测系统，其特征在于，所述位移计包括发光元件、光敏元件和光栅盘，每一所述光栅盘同轴固定于每一所述转动轴上，所述转动轴旋转带动所述光栅盘旋转，所述发光元件和光敏元件分别位于所述光栅盘上下两侧，且固定于所述壳体内，所述光敏元件用于获取所述光栅盘的转动距离，从而获得所述拉线的收放长度。3.如权利要求2所述的滑坡水下网式三维变形监测系统，其特征在于，所述壳体内设有隔板以在上下向形成位移计腔室和传感器腔室，所述位移计位于所述位移计腔室内，所述传感器组件位于所述传感器腔室内。4.如权利要求3所述的滑坡水下网式三维变形监测系统，其特征在于，所述发光元件位于所述位移计腔室内，所述光敏元件位于所述传感器腔室内，所述隔板与所述发光元件相对的位置贯穿设有透光孔。5.如权利要求1所述的滑坡水下网式三维变形监测系统，其特征在于，所述转动轴上固定有轮毂，所述拉线一端缠绕至所述轮毂上。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊荣，唐辉明，张永权，李长冬，张青，马俊伟，夏丁，林成远，鲁莎，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：