一种基于水准点监测的区域沉降时空变化特征获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水准点监测区域地面沉降时空变化特征的方法，包括获取待检测资料，水准检测点布设，数据监测，数据计算及汇总建模等五个步骤。本发明专利技术系统构建简单，通用性好，可有效满足多种类型城市地质结构监测作业的需要，同时检测作业数据获取全面、获取数据精度高、数据获取及处理作业运行自动化程度高，有效实现利用城市区域的有限的水准监测网点的沉降变化数据，进行多项式加权插值处理，得到区域沉降的时空变化特征，数据运算处理效率和精度高，实现按照监测周期时序处理，拟合计算区域等值线进而得到区域沉降的时空变化特征，为研究城市区域地表沉陷规律，监测城市地质灾害提供有力的数据支撑。地质灾害提供有力的数据支撑。地质灾害提供有力的数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水准点监测的区域沉降时空变化特征获取方法


[0001]本专利技术涉及一种基于水准点监测的区域沉降时空变化特征获取方法，属地质勘测


技术介绍

[0002]城市不良地质作用主要是地面沉降。随着城市化进程的快速发展以及城市建设的迅猛增长，受城市建筑物等荷载持续增加、地下空间持续开发以及城市地下水被过度开采等因素影响，都会导致城市地表出现沉降、倾斜甚至塌陷坑等严重的灾害，尤其是沿海城市的填海区。城市地表出现裂缝、塌陷坑、建筑物倾斜、地表沉陷等灾害现象，为掌握城市区域沉降变化的空间分布特征，预防和避免灾变的发生，目前，城市区域地表沉降监测主要采用地表沉降监测点、大范围的卫星雷达监测的方法等手段进行。但由于地表沉降监测点属于点状变化，无法满足城市区域的时空变化分析的需求，而卫星雷达监测受到自身缺陷的限制以及城市建筑物建设等方面因素影响，大范围的监测具有一定效果。采用卫星雷达遥感监测不能够针对桥梁、管廊以及密集建筑物区有针对性的监测。
[0003]同时，目前相关技术有已公开专利CN108362856A和CN208536829U，CN108362856A技术从物理建模角度，对城市的基本构筑物进行模拟仿真分析，研究仅限于试验分析。因此均不同程度存在对应现有城市区域水准点监测的以点数据形式获取数据，不利于分析城市区域沉降时空变化特征，点沉降数据难全面反映区域特征的技术难点。
[0004]因此针对这一问题，迫切需要开发一种基于水准点监测的区域沉降时空变化特征获取方法，以满足实际使用的需要。
专利技术内容
[0005]本专利技术目的就在于克服上述不足，提供一种基于水准点监测的区域沉降时空变化特征获取方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于水准点监测区域地面沉降时空变化特征的方法，包括以下步骤：
[0008]S1，获取待检测资料，首先划定待监测区域范围，然后通过查阅文献资料，获取待监测区域范围内的水文、城市建设、交通、城市规划、城市工程建设以及地质资料数据，并将获取的数据录入到综合服务器中备用；
[0009]S2，水准检测点布设，根据S1步骤采集的数据，进行水准基准点和布设区域水准监测点布设；
[0010]S3，数据监测，利用水准仪等高精度测量仪器以不低于二等水准测量的精度对地表水准监测点监测点进行周期性监测，获取各监测点的高程数据并将高程数据发送至综合服务器中，并由综合服务器对水准成果一方面进行水准路线闭合平差处理，获得水准路线上个点平差值；另一方面进行水准网严密平差处理，获得整个区域水准点的高程最优平差值；
[0011]S4，数据计算，根据地面监测点分布和监测点沉降量，确定若干插值窗口，计算各插值点与插值窗口内的所有水准点之间的距离、沉降速度、沉降加速度等参数；然后根据反距离方法，确定各个水准点沉降量与插值点的权；最后，构建反距离加权插值多项式，并分别计算各插值窗口对应的各个时间序列的沉降量插值以及水准点沉降量，直到完成整个区域的插值为止，并将各计算数据发送至综合服务器中备用；
[0012]S5，汇总建模，由综合服务器根据S4步骤获得的数据，得到区域大量插值点云，然后依据狄洛尼规则构建TIN模型，计算得到各个时间序列的地面沉降等值线；并根据下沉等值线，构建各个时间序列的城市区域地面沉降云图以及沉降速率云图；最后利用各个时间序列的地面沉降云图以及沉降速率云图，分析城市地面沉降时空变化以及变化速率等特征即可。
[0013]进一步的，所述S4步骤中，在进行数据计算时：
[0014]a、观测周期视地表下沉速度而定，在地表移动活跃阶段，应缩短观测周期。同一点的相邻两期监测点高程求差获得本次沉降，各期测得的高程值与首期观测值求差得到累积沉降量；
[0015][0016]式中：h
i
为第i次监测获得的监测点本次沉降，为第i次监测获得的监测点本次沉降；H
i
为第i次监测获得的监测点高程值，H0为首次监测获得的监测点高程值；
[0017]b、根据监测周期的间隔天数，可计算本次沉降速度以及累积沉降速度值，
[0018][0019]式中：v
i
为第i周期沉降速度；为累积沉降速度，t
i
为两次监测的时间间隔天数；为累积监测天数；
[0020]c、计算插值点与插值窗口内的所有水准点之间的距离、沉降速度、沉降加速度等参数，然后根据反距离方法，确定各个水准点沉降量与插值点的权，最后，构建反距离加权插值多项式，计算插值点的沉降量，具体计算方法如公式为：
[0021][0022]式中：hi为插值点计算沉降量；hj为内插计算窗口内的水准点的沉降量；m为内插窗口内的已知水准点个数；δ
ij
为水准点的权重；p,q,r为多项式次数；θ
ij
为依据dij距离计算的权重值；Δv
j
为已知水准点沉降速率；Δa
j
为已知水准点的沉降加速度；dij为已知水准点与插值点的距离；σ为平滑因子。
[0023]进一步的，所述S2步骤中，在进行水准基准点和布设区域水准监测点布设时，水平基准点处均设一个检测终端，各检测终端间相互并联并通过无线通讯网络与综合服务器建立数据连接。
[0024]进一步的，所述检测终端包括定位锚杆、托盘、承载柱、主检测板、辅助检测板、压力传感器、弹簧柱、检测面板、倾角传感器、三轴陀螺仪及检测电路，所述承载柱为轴向截面呈矩形的柱状腔体结构，其上端面与检测面板连接，下端面与托盘连接，且托盘、承载柱、检测面板间同轴分布，所述托盘下端面另与至少一条锚杆连接，且锚杆与托盘下端面垂直分布，所述主检测板、辅助检测板数量一致，且均不少于3个，其中各个主检测板环绕检测检测面板轴线均布，并通过铰链与检测面板间铰接，辅助检测板环绕托盘轴线均布，并通过铰链与托盘侧表面铰接，所述主检测板、辅助检测板板面间相互平行分布，且主检测板、辅助检测板之间通过一条弹簧柱连接，所述弹簧柱两端分别通过压力传感器与主检测板、辅助检测板连接，且弹簧柱轴线与承载柱轴线平行分布，所述主检测板、辅助检测板内均设一个倾角传感器，所述三轴陀螺仪及检测电路均嵌于承载柱内，且所述检测电路分别与压力传感器、倾角传感器、三轴陀螺仪电气连接。
[0025]进一步的，所述托盘和检测面板间通过柔性护套连接，所述柔性护套包覆在承载柱外并与承载柱同轴分布。
[0026]进一步的，所述检测面板包括基座、光伏板、定位槽、信号指示灯、通讯天线及接线端子，所述基座为横断面呈矩形的板状结构，其下端面设横断面呈“冂”字形的装配槽，通过装配槽包覆在承载柱上端面外并与承载柱同轴分布，所述基座侧表面设至少两个环绕其轴线均布的收纳腔，且每个收纳腔内均设1—2个光伏板，所述光伏板上端面与基座上端面平行分布，其后半部分通过铰链与收纳腔侧壁铰接，且光伏板嵌于收纳腔时，光伏板外侧面与基座测表面平齐分布，光伏板位于收纳腔外时，位于收纳腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水准点监测区域地面沉降时空变化特征的方法，其特征在于：所述基于水准点监测区域地面沉降时空变化特征的方法包括以下步骤：S1，获取待检测资料，首先划定待监测区域范围，然后通过查阅文献资料，获取待监测区域范围内的水文、城市建设、交通、城市规划、城市工程建设以及地质资料数据，并将获取的数据录入到综合服务器中备用；S2，水准检测点布设，根据S1步骤采集的数据，进行水准基准点和布设区域水准监测点布设；S3，数据监测，利用水准仪等高精度测量仪器以不低于二等水准测量的精度对地表水准监测点监测点进行周期性监测，获取各监测点的高程数据并将高程数据发送至综合服务器中，并由综合服务器对水准成果一方面进行水准路线闭合平差处理，获得水准路线上个点平差值；另一方面进行水准网严密平差处理，获得整个区域水准点的高程最优平差值；S4，数据计算，根据地面监测点分布和监测点沉降量，确定若干插值窗口，计算各插值点与插值窗口内的所有水准点之间的距离、沉降速度、沉降加速度等参数；然后根据反距离方法，确定各个水准点沉降量与插值点的权；最后，构建反距离加权插值多项式，并分别计算各插值窗口对应的各个时间序列的沉降量插值以及水准点沉降量，直到完成整个区域的插值为止，并将各计算数据发送至综合服务器中备用；S5，汇总建模，由综合服务器根据S4步骤获得的数据，得到区域大量插值点云，然后依据狄洛尼规则构建TIN模型，计算得到各个时间序列的地面沉降等值线；并根据下沉等值线，构建各个时间序列的城市区域地面沉降云图以及沉降速率云图；最后利用各个时间序列的地面沉降云图以及沉降速率云图，分析城市地面沉降时空变化以及变化速率等特征即可。2.根据权利要求1所述的一种基于水准点监测区域地面沉降时空变化特征的方法，其特征在于：所述S4步骤中，在进行数据计算时：a、观测周期视地表下沉速度而定，在地表移动活跃阶段，应缩短观测周期。同一点的相邻两期监测点高程求差获得本次沉降，各期测得的高程值与首期观测值求差得到累积沉降量；式中：h
i
为第i次监测获得的监测点本次沉降，为第i次监测获得的监测点本次沉降；H
i
为第i次监测获得的监测点高程值，H0为首次监测获得的监测点高程值；b、根据监测周期的间隔天数，可计算本次沉降速度以及累积沉降速度值，式中：v
i
为第i周期沉降速度；为累积沉降速度，t
i
为两次监测的时间间隔天数；为累积监测天数；
c、计算插值点与插值窗口内的所有水准点之间的距离、沉降速度、沉降加速度等参数，然后根据反距离方法，确定各个水准点沉降量与插值点的权，最后，构建反距离加权插值多项式，计算插值点的沉降量，具体计算方法如公式为：式中：hi为插值点计算沉降量；hj为内插计算窗口内的水准点的沉降量；m为内插窗口内的已知水准点个数；δ
ij
为水准点的权重；p,q,r为多项式次数；θ
ij
为依据dij距离计算的权重值；Δv
j
为已知水准点沉降速率；Δa
j
为已知水准点的沉降加速度；dij为已知水准点与插值点的距离；σ为平滑因子。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳广春，张文志，邹友峰，薛永安，任筱芳，王孜健，蔡来良，杜梦豪，杨森，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：