[发明专利]深部真三维变形监测的地磁和偏扭同步修正方法及系统

说明书

本发明公开了一种深部真三维变形监测的地磁和偏扭同步修正方法及系统。针对深部复杂的三维变形和真实条件下地磁非平稳变化，综合采用杆式位移计取代现有阵列式/柔性位移计每段的刚性杆件，同时结合坐标变换、样条回归、变形叠加和在监测钻孔附近同时钻取同样深度的修正孔安装同类型、同长度新型仪器进行地磁修正的方法克服了现有阵列式/柔性位移计在竖直条件下不能监测沉降分量、不能进行地磁修正和忽略三维分量之间相互耦合的问题，实现了深部真实三维变形的高精度监测，有效克服了地磁、仪器扭转和参数漂移。本方法原理直观、逻辑严密、容易编程实现，具有广阔的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及一种深部真三维变形监测的地磁和偏扭同步修正方法及系统，属于滑坡等地质灾害、地下工程变形和大坝安全监测等技术领域。

背景技术

地磁变化是影响电子罗盘测量精度的重要因素，由于目前无法对地磁变化进行有效修正，从而导致许多厂家的双轴固定式测斜仪、阵列式位移计(也称柔性位移计)等干脆取消磁场传感器，而只采用重力加速度传感器，实际上重力加速度传感器只能测量固定式测斜仪/阵列式位移计每节测量单元相对重力矢量的夹角，无法得到在水平面内的方位，因此不能进行水平面的不同方位的变形修正。另外目前的固定式测斜仪/阵列式位移计轴向每段都是采用固定长度不可变形的刚性材料制成或连接的，同时仪器一般安装在测斜孔内，没有与被监测对象的土体(或岩石、混凝土等)分段紧密结合，从而使得仪器不能监测在轴线方向上的进行伸长或缩短变形。另外，通过每节测量单元的倾斜利用三角函数推求的得到竖直变形实际上不能包括所有的变形成分，而且忽略了三维变形三个分量之间的相互影响，因此现有的仪器和技术只能近似测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种深部真三维变形监测的地磁和偏扭同步修正方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种深部真三维变形监测的地磁和偏扭同步修正方法，包括：

获取监测孔中三维变形监测装置的每节测量单元的监测孔姿态数据，其中，测量单元为安装有姿态传感器的杆式位移计，每节杆式位移计通过万向节链接形成三维变形监测装置；

获取修正孔中三维变形监测装置的每节测量单元的修正孔姿态数据，其中，修正孔为在监测孔附近相同地磁环境下钻取同样深度的孔，并且与监测孔深度相同以及孔内布置相同的真三维变形监测装置，修正孔孔径大于监测孔，真三维变形监测装置处于自由下垂状态；

根据修正孔姿态数据利用B样条回归的方法确定监测孔相应深度上的姿态数据分布，该姿态数据获得监测孔对应测点高程变形修正数据；

利用该变形修正数据对监测孔中对应深度的监测孔实测数据进行修正，即获得被监测对象的真三维变形。

进一步的，所述监测孔中的每节测量单元与被监测的土层之间通过锚固装置锚固；修正孔中的每节测量单元的锚固装置处于自由状态，不与被监测土层进行锚固；

进一步的，所述修正孔中的真三维变形监测装置是在重力作用下的轴线为竖直自由状态。

进一步的，所述姿态传感器包括高精度电子罗盘和三轴重力加速度计。

进一步的，所述根据修正孔姿态数据利用样条回归的方法确定深度上的分布，根据监测孔杆式位移计的测值计算每节测量单元中测点的高程坐标；依据所述高程坐标和所述姿态数据沿深度方向上的分布确定相应高程处的变形修正数据；根据所述姿态数据计算得到由于地磁漂移和仪器参数引起的变形误差过程包括：

利用修正孔内三维变形监测装置实测的磁场和加速度传感器的输出采用B样条回顾获得姿态数据在深度方向上的分布，再利用监测孔对应得测点深度获得监测孔各测点修正变形矢量为其中x_εj(t),y_εj(t),z_εj(t)分别为监测孔中三维直角坐标系中三个方向的变形分量，j表示第j个节点的序号；