[发明专利]基于惯性测量技术的无人式滑坡横向变形监测系统及方法

说明书

本发明提供一种基于惯性测量技术的无人式滑坡横向变形监测系统及方法，变形耦合管道布设于滑坡体内，无人式轨迹仪内设有电连接的电池、电机轮、单片机、惯性传感器，单片机控制电机轮带动无人式轨迹仪在变形耦合管道内来回移动；单片机控制惯性传感器测量变形耦合管道的形状，两个监测墩分别位于变形耦合管道两端，监测墩上设有GPS设备和通讯设备，通讯设备与单片机通讯连接，单片机获取变形耦合管道的形状并发送至通讯设备。本发明提出的技术方案的有益效果是：可全天候、全球、全时间地工作，应用场景广泛，技术成熟，设计合理，适用于滑坡地表、地下乃至水下的变形监测，无人式轨迹仪测量数据更新率高、短期精度和稳定性好。

技术领域

本发明涉及滑坡变形监测技术领域，尤其涉及一种基于惯性测量技术的无人式滑坡横向变形监测系统及方法。

背景技术

滑坡是一种全球范围内常见的地质灾害，被联合国列为“国际减灾十年”的重要研究内容之一。由于滑坡灾害具有临界突发性、破坏力巨大等特点，常常给滑坡区居民的生命财产安全带来严重威胁。持续监测获得其变形特征并以此为基础来预测、治理是滑坡地质灾害的有效控制手段。

滑坡位移场的监测包括地表位移监测和深部位移监测。滑坡地表相对位移测量的方法有：机械测量法、伸缩计法、全站仪测量、数字化近景摄影和激光位移法、激光光纤测量法；滑坡地表绝对位移测量方法有：GPS法、激光雷达测量、合成孔径干涉仪法等。深部位移监测主要采用钻孔倾斜测量法。机械测量法适用于群测群防，精度差、信息量少。滑坡预警伸缩仪适用于单一裂缝监测、测量精度提高、测量数据少且需要专业人员维护。数字化近景摄影能够进行动态、三维测量，信息量高，但受滑坡上覆盖植被影响。激光位移测量需要建设基准平台、测量精度高，但易受环境影响。光纤光栅埋设测量发展较新，在岩体微变形的测量上具有明显优势，但是仍需发展完善。GPS法精度高，但只能完成地表单点的变形监测，无法获得地下局部变形和地面变形连续分布数据。激光雷达测量法适用于快速对大范围区域进行数据采集和分析，但需要基于精确的DEM。钻孔倾斜测量法测量结果精确，然而也存在管-土耦合误差以及测量耗时长、测量对象为垂向位移分布的限制。专利CN 107894239B和CN101051089A提供了一类基于惯性技术的地下变形测量技术，该类技术可应用于滑坡体空间任意深度水平方向连续位移分布信息的精确测量，并借此了解滑坡体变形特征。但是存在需要人工定期操作以及充电的局限性，使用麻烦，操作复杂。因此，基于此类技术，发展无人操作的一种滑坡体内任意空间布设，并自动持续稳定获得滑坡体内部水平向位移变化数据的方法，对滑坡工程防治、机理研究、预测预报等都具有重要的工程意义与实际价值。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种基于惯性测量技术的无人式滑坡横向变形监测系统及方法。

本发明的实施例提供一种基于惯性测量技术的无人式滑坡横向变形监测系统，包括：

变形耦合管道，布设于滑坡体内，且位于滑动面上方；

无人式轨迹仪，放置于所述变形耦合管道内，所述无人式轨迹仪上设有电连接的电池、多个电机轮、惯性传感器和单片机，所述电机轮用于与所述变形耦合管道内侧壁相抵，所述电机轮通电时，所述单片机控制所述电机轮转动，带动所述无人式轨迹仪在所述变形耦合管道内来回移动；所述无人式轨迹仪在移动过程中，所述单片机控制所述惯性传感器测量所述变形耦合管道的形状；

两个监测墩，分别与所述变形耦合管道两端固定连接，所述监测墩上设有GPS设备和通讯设备，所述GPS设备用于实时获取所述监测墩的位置，所述通讯设备与所述单片机通讯连接，所述单片机获取所述变形耦合管道的形状并发送至所述通讯设备，所述通讯设备用于将所述变形耦合管道的形状上传网络或移动终端。

进一步地，所述监测墩上设有太阳能电池，所述变形耦合管道上缠绕有无线电源发射线圈，所述太阳能电池与所述无线电源发射线圈电连接，所述无人式轨迹仪上缠绕有无线耦合线圈，所述无线电源发射线圈和所述无线耦合线圈无线耦合，所述电池与所述无线耦合线圈电连接。