基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置及数据处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置及数据处理方法，所述测量装置包括深层水平位移监测模块以及北斗位移监测模块，所述深层水平位移监测模块位于被监测的岩土体内，用于监测岩土体深层水平位移；所述深层水平位移监测模块的上方固定有北斗位移监测模块，所述北斗位移监测模块用于通过北斗监测地表水平及竖向位移。所述监测装置具有测量精度及信噪比高，融合性好，稳定及可靠性高，建设成本低等优点。建设成本低等优点。建设成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置及数据处理方法


[0001]本专利技术涉及空间形变监测装置
，尤其涉及一种基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置及数据处理方法。

技术介绍

[0002]岩土或结构工程安全问题受到业界普遍关注与重视，空间变形监测一直为岩土或结构工程安全分析评估、防治决策等工作提供了重要的科学数据支持。当前岩土或结构工程空间变形监测内容较多，尤以地表水平竖向位移及深层水平位移的监测最为关键。地表位移监测方法或手段主要有全站仪、测量机器人、北斗(GNSS)变形监测、无人机倾斜摄影、合成孔径雷达、三维激光扫描仪等，深层位移监测以滑动式或固定式测斜仪、阵列位移计等测斜法为主。但工程安全监测应用场景中，这些在线监测方法或手段普遍独立建设运行，监测单元数据融合性较差，数据成果准确性、可靠性较低；同时，系统监测单元集成度较低，独立建设成本相对较高，不利于工程安全监测要求及普适性应用推广。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种测量精度高，建设成本低的基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，其特征在于：包括深层水平位移监测模块以及北斗位移监测模块，所述深层水平位移监测模块位于被监测的岩土体内，用于监测深层水平位移；所述深层水平位移监测模块的上方固定有北斗位移监测模块，所述北斗位移监测模块用于通过北斗监测地表水平及竖向位移。
[0005]进一步的技术方案在于：所述深层水平位移监测模块包括位于岩土体的监测孔内的测斜管，所述测斜管内设置有测量杆，所述测量杆包括若干个倾角传感器、若干个连接杆以及若干个万向接头，所述连接杆的两端分别设置有一个万向接头，所述倾角传感器通过万向接头以及连接杆间隔的连接到一起构成测量杆，所述测斜管与所述监测孔之间的间隙通过填充层进行填充。
[0006]进一步的技术方案在于：所述北斗位移监测模块包括支撑杆，所述支撑杆的下端固定在所述深层水平位移监测模块上，所述支撑杆的上端设置有北斗接收机集成机箱、电源供电系统以及天线罩，所述北斗接收机集成机箱用于监测地表水平及竖向位移，所述电源供电系统用于为所述深层水平位移监测模块以及北斗位移监测模块中需要供电的模块提供工作电源，所述倾角传感器测量的值通过有线网络传输给所述北斗接收机集成机箱内的采集器进行数据处理，所述天线罩内设置有通信天线，所述通信天线与所述北斗接收机集成机箱内的通信模块连接，用于实现定位数据的接收处理。
[0007]进一步的技术方案在于：所述测斜管以及测量杆的上端与地面上的混凝土墩固定
连接，所述支撑杆的下端与所述测斜管相对设置并与所述混凝土墩的上端固定连接，通过所述混凝土墩将所述深层水平位移监测模块以及北斗位移监测模块连接成一体。
[0008]本专利技术实施例还公开了一种基于北斗的地表及深层三维空间变形数据处理方法，使用所述的监测装置，其特征在于包括如下步骤：
[0009]采用地表位移融合算法，融合北斗位移监测模块和深层水平位移监测模块的地表水平位移值，计算地表水平位移融合值；
[0010]采用深层位移平差算法，以地表水平位移融合值和深层水平位移监测模块底端位移值为边界，对深层位移监测模块各传感器节点进行测量平差，得改正值；
[0011]用所得改正值对所有深层位移传感器测量数据进行更新，用所得地表水平位移融合值对北斗监测模块测量值进行同步更新。
[0012]进一步的技术方案在于：当出现以下两种情况时会造成数据异常，第一种，安装深层水平位移监测模块的监测孔初始设计深度不足，使得测量获取岩土体深层相对位移值，造成实际测量数据偏小；第二种，深层水平位移监测模块中固定的倾角传感器偶然异动，造成实际测量数据偏大异常；
[0013]当出现第一种情况时，阵列式深层水平位移监测模块仅能有效表征不稳定体中岩土体深层位移相对变化，与实际值偏差较大，数据处理方法如下：用深层水平监测模块与北斗位移监测模块的地表水平位移差异值，计算对深层水平位移监测模块所有传感器测量值进行补偿；
[0014]当出现第二种情况时，个别固定的倾角传感器测量数据不稳定，使得整个深层水平位移监测模块测量误差较大，一般表现为深层水平位移监测模块计算的地表水平位移值大于北斗测量数据，数据处理方法：以北斗地表水平位移值和深层水平位移监测模块底端位移值为边界，采用深层水平位移平差算法对深层水平位移监测模块各传感器进行测量平差，利用所得改正值对所有深层位移监测各个传感器测量数据进行更新。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置和方法充分结合北斗监测绝对位移测量数据可靠性高，以及固定式倾斜传感器深层位移监测布设灵活性好且测量精度高等技术优势，构建基于北斗的地表水平位移及深层水平位移三维空间变形一体式智能在线监测装置及数据融合降噪处理方法，实现对岩土或结构工程地表与深层三维空间位移变形准确、可靠、低成本一体式同步高精度测量，继而降本增质，更好满足工程安全监测需求。本申请所述方法，一方面集成形成岩土体三维空间位移变形一体式在线监测装置，同点位共享安装，降低建设成本；另一方面通过数据融合分析实现智能降噪，有效提高成果数据准确性可靠性；同时，地表及深层位移监测两个模块的集成融合有效提高一体式监测系统测量精度，又反作用于深层水平位移监测单元，优化减少固定式倾斜传感器布设数量，降低整体系统建设成本。
附图说明
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0017]图1是本专利技术实施例所述装置的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术实施例所述方法的流程图；
[0019]其中：1、深层水平位移监测模块；2、北斗位移监测模块；3、测斜管；4、测量杆；5、万
向接头；6、填充层；7、支撑杆；8、北斗接收机集成机箱；9、电源供电系统；10、天线罩；11、混凝土墩；12、监测孔；13、倾角传感器；14、地平面。
具体实施方式
[0020]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0022]如图1所示，本专利技术实施例公开了一种基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，包括深层水平位移监测模块1以及北斗位移监测模块2，所述深层水平位移监测模块1位于被监测的岩土体内，用于监测岩土体深层水平位移；所述深层水平位移监测模块1的上方固定有北斗位移监测模块2，所述北本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，其特征在于：包括深层水平位移监测模块(1)以及北斗位移监测模块(2)，所述深层水平位移监测模块(1)位于被监测的岩土体内，用于监测岩土体深层水平位移；所述深层水平位移监测模块(1)的上方固定有北斗位移监测模块(2)，所述北斗位移监测模块用于通过北斗监测地表水平及竖向位移。2.如权利要求1所述的基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，其特征在于：所述深层水平位移监测模块(1)包括位于岩土体的监测孔内的测斜管(3)，所述测斜管(3)内设置有测量杆(4)，所述测量杆(4)包括若干个倾角传感器、若干个连接杆(5)以及若干个万向接头，所述连接杆(5)的两端分别设置有一个万向接头，所述倾角传感器(13)通过万向接头以及连接杆间隔的连接到一起构成测量杆(4)，所述测斜管(3)与所述监测孔之间的间隙通过填充层(6)进行填充。3.如权利要求2所述的基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，其特征在于：所述北斗位移监测模块(2)包括支撑杆(7)，所述支撑杆(7)的下端固定在所述深层水平位移监测模块(1)上，所述支撑杆(7)的上端设置有北斗接收机集成机箱(8)、电源供电系统(9)以及天线罩(10)，所述北斗接收机集成机箱(8)用于监测地表水平及竖向位移，所述电源供电系统(9)用于为所述深层水平位移监测模块以及北斗位移监测模块中需要供电的模块提供工作电源，所述倾角传感器(13)测量的值通过有线网络传输给所述北斗接收机集成机箱内的采集器进行数据处理，所述天线罩(10)内设置有通信天线，所述通信天线与所述北斗接收机集成机箱内的通信模块连接，用于实现定位数据的接收处理。4.如权利要求3所述的基于北斗的地表及深层三维空间变形监测装置，其特征在于：所述测斜管(3)以及测量杆(4)的上端与地面上的混凝土墩(11)固定连接，所述支撑杆(7)的下端与所述测斜管相对设置并与所述混凝土墩(11)的上端固定连接，通过所述混凝土墩(11)将所述深层水平位移监测模块(1)以及北斗位移监测模块(2)连接成一体。5.一种基于北斗的地表及深层三维空间变形数据处理方法，使用如权利要求1
‑
4中任意一项所述的监测装置，其特征在于包括如下步骤：采用地表位移融合算法，融合北斗位移监测模块(2)和深层水平位移监测模块(1)的水平位移值，计算地表水平位移融合值；采用深层位移平差算法，以地表水平位移融合值和深层水平位移监测模块底端位移值为边界，对深层位移监测模块各传感器节点进行测量平差，得到改正值；用所得改正值对所有深层位移传感器测量数据进行更新，用所得地表水平位移融合值对北斗监测模块测量值进行同步更新。6.如权利要求5所述的基于北斗的地表及深层三维空间变形数据处理方法，其特征在于：当出现以下两种情况时会造成数据异常，第一种，安装深层水平位移监测模块(1)的监测孔(12)初始设计深度不足，使得测量仅获取岩土体的深层相对位移值，造成实际测量数据偏小；第二种，深层水平位移监测模块(1)中固定的倾角传感器(13)偶然异动，造成实际测量数据偏大异常；当出现第一种情况时...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚池，黄波，张小波，杨建华，姜清辉，周创兵，
申请(专利权)人：深圳市捷感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：