[發明專利]基于北斗的地表及深層三維空間變形監測裝置及數據處理方法

在審

• 申請號: 202210553326.1
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114963964A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 姚池;黃波;張小波;楊建華;姜清輝;周創兵
• 申請（專利權）人: 南昌大學;深圳市捷感科技有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01B21/32;G06F17/11;G06F17/16;G06K9/62
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 何世常

1.一種基于北斗的地表及深層三維空間變形監測裝置，其特征在于：包括深層水平位移監測模塊(1)以及北斗位移監測模塊(2)，所述深層水平位移監測模塊(1)位于被監測的巖土體內，用于監測巖土體深層水平位移；所述深層水平位移監測模塊(1)的上方固定有北斗位移監測模塊(2)，所述北斗位移監測模塊用于通過北斗監測地表水平及豎向位移。

2.如權利要求1所述的基于北斗的地表及深層三維空間變形監測裝置，其特征在于：所述深層水平位移監測模塊(1)包括位于巖土體的監測孔內的測斜管(3)，所述測斜管(3)內設置有測量桿(4)，所述測量桿(4)包括若干個傾角傳感器、若干個連接桿(5)以及若干個萬向接頭，所述連接桿(5)的兩端分別設置有一個萬向接頭，所述傾角傳感器(13)通過萬向接頭以及連接桿間隔的連接到一起構成測量桿(4)，所述測斜管(3)與所述監測孔之間的間隙通過填充層(6)進行填充。

3.如權利要求2所述的基于北斗的地表及深層三維空間變形監測裝置，其特征在于：所述北斗位移監測模塊(2)包括支撐桿(7)，所述支撐桿(7)的下端固定在所述深層水平位移監測模塊(1)上，所述支撐桿(7)的上端設置有北斗接收機集成機箱(8)、電源供電系統(9)以及天線罩(10)，所述北斗接收機集成機箱(8)用于監測地表水平及豎向位移，所述電源供電系統(9)用于為所述深層水平位移監測模塊以及北斗位移監測模塊中需要供電的模塊提供工作電源，所述傾角傳感器(13)測量的值通過有線網絡傳輸給所述北斗接收機集成機箱內的采集器進行數據處理，所述天線罩(10)內設置有通信天線，所述通信天線與所述北斗接收機集成機箱內的通信模塊連接，用于實現定位數據的接收處理。

4.如權利要求3所述的基于北斗的地表及深層三維空間變形監測裝置，其特征在于：所述測斜管(3)以及測量桿(4)的上端與地面上的混凝土墩(11)固定連接，所述支撐桿(7)的下端與所述測斜管相對設置并與所述混凝土墩(11)的上端固定連接，通過所述混凝土墩(11)將所述深層水平位移監測模塊(1)以及北斗位移監測模塊(2)連接成一體。

5.一種基于北斗的地表及深層三維空間變形數據處理方法，使用如權利要求1-4中任意一項所述的監測裝置，其特征在于包括如下步驟：

采用地表位移融合算法，融合北斗位移監測模塊(2)和深層水平位移監測模塊(1)的水平位移值，計算地表水平位移融合值；

采用深層位移平差算法，以地表水平位移融合值和深層水平位移監測模塊底端位移值為邊界，對深層位移監測模塊各傳感器節點進行測量平差，得到改正值；

用所得改正值對所有深層位移傳感器測量數據進行更新，用所得地表水平位移融合值對北斗監測模塊測量值進行同步更新。

6.如權利要求5所述的基于北斗的地表及深層三維空間變形數據處理方法，其特征在于：當出現以下兩種情況時會造成數據異常，第一種，安裝深層水平位移監測模塊(1)的監測孔(12)初始設計深度不足，使得測量僅獲取巖土體的深層相對位移值，造成實際測量數據偏??；第二種，深層水平位移監測模塊(1)中固定的傾角傳感器(13)偶然異動，造成實際測量數據偏大異常；

當出現第一種情況時，陣列式深層水平位移監測模塊僅能有效表征不穩定體中巖土體深層位移相對變化，與實際值偏差較大，數據處理方法如下：用深層水平監測模塊與北斗位移監測模塊的地表水平位移差異值，計算對深層水平位移監測模塊所有傳感器測量值進行補償；

當出現第二種情況時，個別固定的傾角傳感器(13)測量數據不穩定，使得整個深層水平位移監測模塊測量誤差較大，一般表現為深層水平位移監測模塊計算的地表水平位移值大于北斗測量數據，數據處理方法：以北斗地表水平位移值和深層水平位移監測模塊底端位移值為邊界，采用深層水平位移平差算法對深層水平位移監測模塊各傳感器進行測量平差，利用所得改正值對所有深層位移監測各個傳感器測量數據進行更新。