【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程地质灾害监测，尤其涉及一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统。
技术介绍
1、我国幅员辽阔，自然条件复杂，山区面积约占国土面积的70％，由边坡等重大基础设施所引发灾害屡见不鲜，已成为世界上滑坡地质灾害发生最为频繁的国家之一。据统计，2020年我国共发生地质灾害7840起，其中滑坡4810起，造成139人死亡，直接经济损失50.2亿元。因此对滑坡进行智能监测实现防灾减灾具有重要意义。
2、近些年物联网技术(iot)得到了发展，它将各种所需要的监测信息，通过网络接入，实现物与人的泛在连接，实现对现场监测信息的智能化感知、识别和管理。
3、现有的滑坡防灾减灾监测系统，监测的参数较为单一，在判断土体稳定性时，无法结合滑坡土体的各项参数进行综合评估，影响评估的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，系统自带滑坡稳定性分析策略，根据多源传感技术监测得到的多项参数综合评估滑坡土体的稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，包括前端感应系统、数据采集系统、太阳能供电系统、远程传输系统和移动终端；
4、所述前端感应系统和所述数据采集系统用于感应并采集滑坡所处地区的降雨量和滑坡体的土壤含水率、土体三维应力、土体滑动力和土体位移量；
5、所述远程传输系统由4g网关构成，将所
6、所述移动终端包括监测系统、预警系统和管理系统；
7、所述监测系统基于采集得到的数据，实时在线查看现场情况；
8、所述预警系统内置滑坡稳定性分析策略，可根据所述监测系统得到的现场监测数据分析滑坡体的应力状态，生成滑坡体深部位移和地表位移的时程曲线，综合评估滑坡稳定状态，所述预警系统还能够将所述监测系统监测的降雨量与降雨阈值进行比较，当降雨量超过降雨阈值时进行实时预警；
9、所述管理系统用于记录系统登录人身份信息和登录时间信息；
10、所述太阳能供电系统为所述前端感应系统、所述数据采集系统和所述远程传输系统供电。
11、进一步的，所述前端感应系统包括霍尔元件测斜仪、光纤光栅三维土压力盒、mems表面测斜仪、雨量计、土壤水分计和光纤光栅锚索测力计，所述霍尔元件测斜仪用于监测滑坡体深部水平位移，所述光纤光栅三维土压力盒用于测量滑坡体内部土体的三维应力，所述mems表面测斜仪用于监测降雨冲刷引起的地表变形以及滑坡滑动引起的地表形变，所述雨量计用于监测滑坡体所处环境的降雨量，所述土壤水分计用于测量土体含水率，所述光纤光栅锚索测力计(6)用于监测土体滑动力。
12、进一步的，所述光纤光栅三维土压力盒为正十二面体，所述光纤光栅三维土压力盒包括十二面体基座、6个光纤光栅一维土压力盒和mems三维姿态测量芯片，所述光纤光栅一维土压力盒和所述mems三维姿态测量芯片设于所述十二面体基座上，6个所述光纤光栅一维土压力盒分别设于所述光纤光栅三维土压力盒不共法线的六个面上，分别用于测量相对应的六个方向上的独立法向应力，所述mems三维姿态测量芯片用于测量所述光纤光栅三维土压力盒旋转产生的欧拉角。
13、进一步的，所述预警系统内置的滑坡稳定性分析策略，包括以下步骤：
14、s1：根据所述土壤水分计监测得到的土体含水率ω，确定不同含水率ω下的土体内摩擦角c和土体粘聚力
15、s2：所述光纤光栅三维土压力盒埋入土体的不同深度处，将6个所述光纤光栅一维土压力盒分别测得的6个方向上的法向正应力σa、σb、σc、σd、σe、σf分别带入下列公式：
16、σ＝σxl2+σym2+σzn2+2τxylm+2τyzmn+2τzxnl (1)
17、其中，σ为所述光纤光栅一维土压力盒测得的法向正应力，σx为x方向应力，σy为y方向应力，σz为z方向应力，l为法向正应力与x轴的方向余弦，m为法向正应力与y轴的方向余弦，n为法向正应力与z轴的方向余弦，τxy为xy平面剪应力，τyz为yz平面剪应力，τzx为zx平面剪应力；
18、公式(1)可扩展为如下矩阵形式：
19、
20、其中，σi(i＝a,b,c,d,e,f)分别代表a,b,c,d,e,f六个方向的法向正应力，li(i＝a,b,c,d,e,f)分别代表a,b,c,d,e,f六个方向的法向正应力与x轴的方向余弦，mi(i＝a,b,c,d,e,f)分别代表a,b,c,d,e,f六个方向的法向正应力与y轴的方向余弦，ni(i＝a,b,c,d,e,f)分别代表a,b,c,d,e,f六个方向的法向正应力与z轴的方向余弦，σx为x方向应力，σy为y方向应力，σz为z方向应力，σxy为xy面剪应力，σyz为yz面剪应力，σzx为xz面剪应力；
21、公式(2)中的li(i＝a,b,c,d,e,f)，mi(i＝a,b,c,d,e,f)，ni(i＝a,b,c,d,e,f)可通过下式计算
22、
23、其中分别为x、y、z方向的单位向量((1,0,0),(0,1,0),(0,0,1))；是6个正应力的方向向量；
24、s3：对因滑坡滑动而导致的所述光纤光栅三维土压力盒产生的旋转进行修正，应力方向向量的修正可通过下面公式实现：
25、
26、其中，θ,η,ξ是装置旋转产生的三个欧拉角，可由所述mems三维姿态测量芯片测得，xi、yi、zi表示方向向量，x'i、y'i、z'i表示修正后的方向向量；
27、s4：通过上述公式即可获得方向修正后的土体的三维应力σ'x、σ'y、σ'z、σ'xy、σ'yz和σ'zx，对三维应力状态矩阵求特征值和特征向量得到主应力及其方向：
28、
29、
30、其中，σ'x、σ'y、σ′z、σ'xy、σ'xz、σ'yx、σ'yz、σ'zx和σ'zy分别为修正后的x、y、z、xy、xz、yx、yz、zx和zy平面剪应力，a为三维应力矩阵，λ为特征值，λ(σ1，σ2，σ3)代表三个主应力，为特征向量；
31、s5：所述光纤光栅三维土压力盒测得三个主应力σ1，σ2，σ3，σ1为最大主应力，σ2为中主应力，σ3为最小主应力，将最小主应力σ3带入下式(7)摩尔库伦土体抗剪强度准则中即可获得极限状态下土体的最大主应力σ1f，
32、
33、其中，c为不同含水率下的土壤内摩擦角，为不同含水率下的土壤粘聚力；
34、s6：将计算得到的σ1f与所述光纤光栅三维土压力盒测得的最大主应力σ1做比较，根据下式获得边坡的安全系数f：
35、
36、当f＜1，则认为土体发生破坏，代表边坡失稳，当f＝1，则认为土体处于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：包括前端感应系统、数据采集系统、太阳能供电系统、远程传输系统和移动终端；
2.根据权利要求1所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述前端感应系统包括霍尔元件测斜仪(1)、光纤光栅三维土压力盒(2)、MEMS表面测斜仪(3)、雨量计(4)、土壤水分计(5)和光纤光栅锚索测力计(6)，所述霍尔元件测斜仪(1)用于监测滑坡体深部水平位移，所述光纤光栅三维土压力盒(2)用于测量滑坡体内部土体的三维应力，所述MEMS表面测斜仪(3)用于监测降雨冲刷引起的地表变形以及滑坡滑动引起的地表形变，所述雨量计(4)用于监测滑坡体所处环境的降雨量，所述土壤水分计(5)用于测量土体含水率，所述光纤光栅锚索测力计(6)用于监测土体滑动力。
3.根据权利要求2所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述光纤光栅三维土压力盒(2)为正十二面体，所述光纤光栅三维土压力盒(2)包括十二面体基座(10)、6个光纤光栅一维土压力盒(11)和MEMS三维姿态测
4.根据权利要求3所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述预警系统内置的滑坡稳定性分析策略，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述数据采集系统包括光纤光栅解调仪(7)、霍尔元件采集仪(8)和MEMS测斜仪主机(9)，所述光纤光栅解调仪(7)用于采集所述光纤光栅三维土压力盒(2)和所述光纤光栅锚索测力计(6)监测的数据，所述霍尔元件采集仪(8)用于采集所述霍尔元件测斜仪(1)监测的数据，所述MEMS测斜仪主机(9)用于采集所述MEMS表面测斜仪(3)监测的数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于IoT和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述太阳能供电系统包括太阳能电池板和蓄电池。
...【技术特征摘要】
1.一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：包括前端感应系统、数据采集系统、太阳能供电系统、远程传输系统和移动终端；
2.根据权利要求1所述的一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述前端感应系统包括霍尔元件测斜仪(1)、光纤光栅三维土压力盒(2)、mems表面测斜仪(3)、雨量计(4)、土壤水分计(5)和光纤光栅锚索测力计(6)，所述霍尔元件测斜仪(1)用于监测滑坡体深部水平位移，所述光纤光栅三维土压力盒(2)用于测量滑坡体内部土体的三维应力，所述mems表面测斜仪(3)用于监测降雨冲刷引起的地表变形以及滑坡滑动引起的地表形变，所述雨量计(4)用于监测滑坡体所处环境的降雨量，所述土壤水分计(5)用于测量土体含水率，所述光纤光栅锚索测力计(6)用于监测土体滑动力。
3.根据权利要求2所述的一种基于iot和多源传感技术的滑坡智能监测与评价系统，其特征在于：所述光纤光栅三维土压力盒(2)为正十二面体，所述光纤光栅三维土压力盒(2)包括十二面体基座(10)、6个光纤光栅一维土压力盒(11)和mems三维姿态测量芯片(12)，所述光纤光栅一维土压力盒(11)和所述mems三维姿态测量芯片(12)设于所述十二面体基...
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