[發明專利]一種基于多傳感器的邊坡變形立體監測系統和方法

有效

• 申請號: 202010742150.5
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111623722B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 魯光銀;張家松;張升彪;鄒俊華;候俊敏;曾智力;曾明;瞿海洋;謝旭奎
• 申請（專利權）人: 湖南致力工程科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D21/02;G06T7/33;G06F17/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于多傳感器的邊坡變形立體監測系統和方法。本發明綜合運用了三維激光掃描執行的完整表面邊坡監測和多類型傳感器執行的點位邊坡監測，通過三維激光掃描的點云數據分析確定邊坡區域分級劃分，并且結合位于不同分級區域的監測點位的多傳感器數據，利用該區域適用模型執行分析，從而獲得邊坡總體及各個區域的穩定性狀況，分析預測邊坡的形變程度和風險。本發明適應了邊坡復雜的多樣性結構和狀態，有效結合邊坡的整體狀況，可以準確分析和預測邊坡的穩定性狀態。

技術領域

本發明涉及土木工程領域，特別涉及一種基于多傳感器的邊坡變形立體監測系統和方法。

背景技術

在公路、鐵路、礦山、大壩等工程施工過程中，難免會人為或者天然形成由土方、沙石、巖體等組成的坡體，學名為邊坡；邊坡是一種復雜的可形變的結構，受到其內部或者外部各種因素的引導，易發生邊坡變形造成滑坡事故，導致經濟損失甚至是人員傷亡。因此，對公路、鐵路、礦山、大壩等工程的邊坡結構進行邊坡形變監測，分析其穩定性，判斷邊坡形變帶來的風險，對可能發生的滑坡事故進行預警，是本領域非常關注的問題。

現有技術中常用的邊坡監測手段包括表面位移監測、內部變形監測以及輔助監測。其中，表面位移監測包括：利用全站型電子測量儀開展的邊坡監測、基于GPS的邊坡監測、利用三維激光掃描的邊坡監測。利用全站型電子測量儀可以測量邊坡表面監測點位的距離、角度、高程差等參數，進而得到邊坡表面監測點位的位移、速度和形變量，進而按照特定換算推算邊坡穩定性，具有設備成本低、操作簡單、精度高的優勢，但是該方法屬于點監測，只能對邊坡表面非常有限的監測點位實施，不適于分布范圍和空間面積比較大的邊坡監測，也不利于對邊坡整體的穩定性趨勢實現監測和預判，而且依靠技術人員的人工實施，自動化程度低，受到自然環境的影響比較大。基于GPS的邊坡形變監測是在邊坡表面布設基準點和監測點，并且在每個點位安裝具有GPS定位和通信傳輸功能的監測器，監測器將每個基準點和監測點的GPS位置數據發送給后臺，后臺通過對全部點位的GPS位置數據解算分析，獲取邊坡的位移、速度和形變，從而實現對邊坡穩定性的監測，基于GPS的邊坡形變監測可以做到全天候實時監測，自動化程度高，但是依然屬于點位監測，不易于反映邊坡整體的形變趨勢，對點位選擇的周邊環境條件要求高，容易受到干擾或發生故障，需要使用一定數量的監測器，當邊坡空間較大時帶來的設備成本比較高。三維激光掃描的邊坡監測是一種主動、非接觸式的立體監測，通過對被監測的邊坡進行多期掃描，能夠獲得整個邊坡表面的三維點云數據，進而通過后期處理后獲得整個邊坡表面的位移變形，分析邊坡的穩定性，發掘具有變形滑坡趨勢的部位，具有精確、快速、實時性強、自動化程度高的優點，但是，三維激光掃描的邊坡監測在邊坡的小范圍局部變形監測方面仍然存在一定的短板，包括從點云數據中提取局部誤差區域存在困難、提取誤差大的缺陷。內部變形監測包括采用傾斜儀、滲壓計、應變計、TDR等對邊坡的傾斜變化量、滲透水壓力、機構應力、內部形變等物理參數進行測量。輔助監測包括采用雨量計、溫度計、攝像頭等對邊坡區域的降雨量、溫度、環境場景進行監測，從而為邊坡穩定性分析提供參考。內部變形監測與輔助監測能夠比較精確反映邊坡局部范圍的內部結構狀況，對邊坡穩定性分析和滑坡預測具有重要參考意義，但是現有技術中存在的問題在于，內部變形監測和輔助監測都屬于點位監測，但各種邊坡具有復雜的多樣性結構和狀態，在不同的結構和狀態下針對點位的內部變形監測和輔助監測具有不同程度的適用性和代表性意義，如果不有效結合邊坡的整體狀況，則不能準確地分析和預測邊坡的穩定性狀態。

發明內容

(一)發明目的

為克服上述現有技術存在的至少一種缺陷，本發明提供了一種基于多傳感器的邊坡變形立體監測系統和方法。本發明綜合運用了三維激光掃描執行的完整表面邊坡監測和多類型傳感器執行的點位邊坡監測，通過三維激光掃描的點云數據分析確定邊坡區域分級劃分，并且結合位于不同分級區域的監測點位的多傳感器數據，利用該區域適用模型執行分析，從而獲得邊坡總體及各個區域的穩定性狀況，分析預測邊坡的形變程度和風險。

(二)技術方案