[发明专利]地质变形三维观测系统及其安装埋设方法、测量方法

权利要求书

1.一种地质变形三维观测系统，其特征在于：它包括置于地下的三维正反双向惯性传感检测系统，以及置于地上的GNSS观测站和信息采集系统；三维正反双向惯性传感检测系统、GNSS观测站分别通过电缆与信息采集系统相连；三维正反双向惯性传感检测系统包括首尾相连、沿PVC直管轴线置于PVC直管内的若干MEMS传感器，PVC直管置于钻孔内，钻孔和PVC直管内灌注有水泥浆液且水泥浆液已凝固；MEMS传感器包括分别在X、Y、Z轴上正反双向设置的一对惯性传感器；PVC直管的轴线定义为Z轴，与Z轴垂直的平面内定义有互相垂直的X轴与Y轴；GNSS观测站置于钻孔孔口处且与PVC直管共轴。

2.如权利要求1所述的地质变形三维观测系统，其特征在于：

所述MEMS传感器包括信号处理控制器，信号处理控制器与所有所述惯性传感器连接。

3.如权利要求1所述的地质变形三维观测系统，其特征在于：

所述信息采集系统包括信号采集模块、GNSS信号接收模块和收发天线，其中：信号采集模块用于与所述三维正反双向惯性传感检测系统伸出地质表面的电缆连接，GNSS信号接收模块与所述GNSS观测站连接，收发天线与信号采集模块、GNSS信号接收模块连接。

4.如权利要求1所述的地质变形三维观测系统，其特征在于：

所述GNSS观测站还与GNSS基准站之间通过GNSS天线进行无线通讯，以使所述GNSS观测站从GNSS基准站获取其所在位置处于三维坐标系下的X、Y、Z轴变形量。

5.如权利要求1至4中任一项所述的地质变形三维观测系统，其特征在于：

地上设有可与所述信息采集系统无线通讯的信息管理系统，信息管理系统包括通讯模块、变形分析模块、数据存储模块。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的地质变形三维观测系统的安装埋设方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1)将各所述MEMS传感器通过信号线首尾连接组装好；

2)在待观测的地质结构上钻孔；

3)将所述PVC直管下放到钻孔内；

4)将首尾连接好的所有所述MEMS传感器下放到所述PVC直管内，确保所有所述MEMS传感器形成一条与所述PVC直管轴线同轴的直线；

5)向钻孔和所述PVC直管内灌注水泥浆液，直至水泥浆液灌满溢出；

6)待水泥浆液凝固后，在钻孔孔口处安装所述GNSS观测站，确保所述GNSS观测站与所述PVC直管共轴；

7)在地面上安装所述信息采集系统；

8)将最接近地质表面的所述MEMS传感器延伸到地上的电缆连接到所述信息采集系统上，以及将所述GNSS观测站通过电缆连接到所述信息采集系统上。

7.一种基于权利要求1至5中任一项所述的地质变形三维观测系统实现的地质内部变形测量方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1)每个所述MEMS传感器作为一个监测点，各监测点通过自身在X、Y、Z轴上正反双向设置的三对所述惯性传感器分别得到X、Y、Z轴变形量；

2)以最接近地质表面的监测点或以距离地质表面最远的监测点为起点，开始逐个采集各监测点的X、Y、Z轴变形量；

3)所述GNSS观测站作为观测点从GNSS基准站获取其所在位置的X、Y、Z轴变形量；

4)针对观测点以及所有监测点，累加计算并拟合出反映所述三维正反双向惯性传感检测系统所在位置的X、Y、Z轴绝对变形曲线；

5)根据X、Y、Z轴绝对变形曲线，在三维坐标系下累加计算并拟合出反映所述三维正反双向惯性传感检测系统所在位置的地质内部绝对变形形态。