本发明专利技术公开了一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置及方法，涉及地质灾害监测领域，装置包括GNSS接收机(1)、太阳能电池板(2)、主控制机箱(3)、安装支架(4)和三维阵列式柔性测斜仪系统，GNSS接收机(1)用于接收GNSS信号，太阳能电池板(2)用于提供电力供应，主控制机箱(3)用于数据传输，安装支架(4)用于控制三维阵列式柔性测斜仪系统线缆的走线。本发明专利技术解决了现有滑坡预测没有将地表位移监测数据和地下钻孔内的深部位移监测数据进行融合分析滑坡方向，以及缺少多点多源预测方法和设备的问题。的问题。的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置及方法
[0001]本专利技术涉及地质灾害监测领域，特别是涉及一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置及方法。
技术介绍
[0002]我国由于幅员辽阔，山地众多，每年各地都会发生不太规模的地质灾害，其中滑坡是主要地质灾害之一，滑坡是斜坡上的岩体或土体，在人为因素、雨水作用、地下水活动等各种因素影响下，受自身重力影响，沿着一定的软弱面或带整体或分散地往下滑动的自然现象，其中软弱面或带称为滑面。
[0003]目前，对于滑坡的地表形变位移监测方法和设备较多，对于滑坡地下的监测主要利用三维阵列式柔性测斜仪做滑面的监测，这两种方法虽然可以得到地表的形变数据和地下的岩土体位移数据，但两种数据很难产生联系，很难综合利用地表位移监测数据和地下钻孔内的深部位移监测数据进行滑坡方向的综合分析，缺少一种在确定滑坡的滑动面深度后，将地表的形变位移监测得到的数据和地下的三位阵列式柔性测斜仪深部位移监测得到的数据相融合，对滑坡方向做出多点多源预测的方法和自动化监测集成设备。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置及方法解决了现有滑坡预测没有将地表位移监测数据和地下钻孔内的深部位移监测数据进行融合分析滑坡方向，以及缺少多点多源预测方法和设备的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置，其特征在于，包括GNSS接收机、太阳能电池板、主控制机箱、安装支架和三维阵列式柔性测斜仪系统，所述GNSS接收机位于安装支架顶部，所述太阳能电池板和主控制机箱均设置在安装支架上且位于GNSS接收机下方，所述主控制机箱内部包括DTU和4G物联网卡，且二者通信连接，所述安装支架的底部与三维阵列式柔性测斜仪系统连接；
[0006]GNSS接收机用于接收GNSS信号，太阳能电池板用于提供电力供应，主控制机箱用于数据传输，安装支架用于GNSS接收机、太阳能电池板和主控制机箱的挂接及控制三维阵列式柔性测斜仪系统线缆的走线。
[0007]上述方案的有益效果是：本专利技术将GNSS地表位移监测设备和三维阵列式柔性测斜仪系统进行集成，利用DTU和4G物联网卡进行数据传输，利用柔性测斜仪监测数据生成深部位移监测曲线，在判断得到滑坡画面深度后，对GNSS地表形变监测数据和三维阵列式柔性测斜仪得到的钻孔内地下深部位移监测数据利用矢量加法法则进行数据融合，实现对滑坡方向的多点多源精确预测。
[0008]进一步地，三维阵列式柔性测斜仪系统包括加速度计、连接钢管和PVC测斜管，所述加速度计和连接钢管位于PVC测斜管内部，且两个加速度计通过连接钢管连接PVC测斜管的底部和顶部。
[0009]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了三维阵列式柔性测斜仪系统的内部结构。
[0010]除此之外，本专利技术还采用的技术方案为：一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011]S1：利用GNSS接收机获取GNSS信号，经处理获得钻孔处的地表形变位移量；
[0012]S2：利用三维阵列式柔性测斜仪系统收集钻孔内不同深度加速度计测得的加速度，结合PVC测斜管传感的段长，组成深部倾角变化值数据；
[0013]S3：利用主控制机箱内的DTU将地表形变位移量和深部倾角变化值数据向指定的IP服务器进行数据传输，增加时间属性后形成序列数据；
[0014]S4：利用MySQL数据表对序列数据进行结构化存储，并通过IP服务器进行数据调用和数据监测；
[0015]S5：基于数据调用和数据监测，运用矢量加法法则分别计算地表合位移形变矢量和滑坡滑动面处位移形变矢量；
[0016]S6：将地表合位移形变矢量和滑坡滑动面处位移形变矢量进行数据融合，得到滑坡位移方向矢量，完成滑坡方向的集成预测。
[0017]上述方案的有益效果是：本专利技术提供了一种基于矢量运算法则的滑坡方向预测方法，该方法将地表和地下监测数据进行有效融合，对滑坡方向进行精确预测，为滑坡后续推力计算、防治措施设计提供重要依据，解决了现有滑坡预测没有将地表位移监测数据和地下钻孔内的深部位移监测数据进行融合分析滑坡方向，以及缺少多点多源预测方法和设备的问题。
[0018]进一步地，S1中获得钻孔处的地表形变位移量包括以下分步骤：
[0019]S1
‑
1：通过GNSS接收机内置的测量系统从GNSS信号中提取原始信息，并通过嵌入式软件系统处理后形成一个位置坐标；
[0020]S1
‑
2：基于形成的位置坐标，同时结合原始信息中的速度和加速度，通过差分算法获得钻孔处的地表形变位移量。
[0021]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，利用GNSS接收机获取原始信息，并通过软件处理得到位置坐标，通过差分算法获得钻孔处的地表形变位移量。
[0022]进一步地，S5中计算地表合位移形变矢量包括以下分步骤：
[0023]A1：确定位移方向，包括X方向、Y方向和H方向，其中，X轴正方向为正北方向，Y轴正方向为正东方向，H轴表示沉降；
[0024]A2：基于位移方向，在滑坡体前缘、中部和后缘共布置k个钻孔和装置，在监测周期t后获得k个在空间水平面上的投影地表位移矢量
[0025]A3：在空间水平面上利用矢量加法法则对和相加得到地表合位移形变矢量地表合位移形变矢量长度为：
[0026][0027]其中，为的长度，为的长度；
[0028]从正北方向起顺时针旋转到方向线的水平夹角为该点的地表合位移形变方向。
[0029]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，运用矢量加法法则对投影地表位移矢量相加获得地表合位移形变矢量，进而获得地表合位移形变矢量长度以及地表合位移形变方向。
[0030]进一步地，S5中计算滑坡滑动面处位移形变矢量包括以下分步骤：
[0031]B1：根据每一个钻孔不同深度累计位移量变化曲线人为判定曲面突变处为滑动面深度处，取离滑动面深度处最近的钻孔的加速度计q的倾角变化值
[0032]B2：基于倾角变化值将三维阵列式柔性测斜仪系统的基本测量单元的线方向和长度L在空间水平面上投影得到滑坡滑动面处位移形变矢量则滑坡滑动面处位移形变矢量的长度为
[0033][0034]从正北方向线起顺时针旋转到方向线的水平夹角为滑坡滑动面处位移形变方向。
[0035]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，获得滑坡滑动面处位移形变矢量、滑坡滑动面处位移形变矢量长度以及滑坡滑动面处位移形变方向。
[0036]进一步地，S6中滑坡位移方向矢量为
[0037][0038]滑坡位移形变矢量值为
[0039][0040]滑坡方向方位角为从正北方向线起顺时针旋转到方向线的水平夹角。
[0041]上述进一步方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置，其特征在于，包括GNSS接收机(1)、太阳能电池板(2)、主控制机箱(3)、安装支架(4)和三维阵列式柔性测斜仪系统，所述GNSS接收机(1)位于安装支架(4)顶部，所述太阳能电池板(2)和主控制机箱(3)均设置在安装支架(4)上且位于GNSS接收机(1)下方，所述主控制机箱(3)内部包括DTU和4G物联网卡，且二者通信连接，所述安装支架(4)的底部与三维阵列式柔性测斜仪系统连接；所述GNSS接收机(1)用于接收GNSS信号，所述太阳能电池板(2)用于提供电力供应，所述主控制机箱(3)用于数据传输，所述安装支架(4)用于GNSS接收机(1)、太阳能电池板(2)和主控制机箱(3)的挂接及控制三维阵列式柔性测斜仪系统线缆的走线。2.根据权利要求1所述的基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测装置，其特征在于，所述三维阵列式柔性测斜仪系统包括加速度计(5)、连接钢管(6)和PVC测斜管(7)，所述加速度计(5)和连接钢管(6)位于PVC测斜管(7)内部，且两个加速度计(5)通过连接钢管(6)连接PVC测斜管(7)的底部和顶部。3.一种基于矢量运算法则的滑坡方向集成预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用GNSS接收机获取GNSS信号，经处理获得钻孔处的地表形变位移量；S2：利用三维阵列式柔性测斜仪系统收集钻孔内不同深度加速度计测得的加速度，结合PVC测斜管传感的段长，组成深部倾角变化值数据；S3：利用主控制机箱内的DTU将地表形变位移量和深部倾角变化值数据向指定的IP服务器进行数据传输，增加时间属性后形成序列数据；S4：利用MySQL数据表对序列数据进行结构化存储，并通过IP服务器进行数据调用和数据监测；S5：基于数据调用和数据监测，运用矢量加法法则分别计算地表合位移形变矢量和滑坡滑动面处位移形变矢量；S6：将地表合位移形变矢量和滑坡滑动面处位移形变矢量进行数据融合，得到滑坡位移方向矢量，完成...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹杨，董秀军，常兴旺，刘毅，杨科，何秋霖，邓睿，李佳宏，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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