内，具体埋设方法是：在铁路路基9的坡面上竖向钻孔，将磁场发射元件 埋设在路基深部，埋设深度h不大于30米，通常根据地质条件h取10米~20米，埋设完毕 后填不少于〇. 3米厚的砂土、再灌浆至路基的坡面。磁场发射元件随铁路路基坍塌运动并 发射磁场。
[0032] 如图4所示，磁场探测装置数量为两套分别位于测点111和测点212,如图2所示， 每套磁场探测装置包括四个用于接收磁场发射元件所发射的磁场信息的三轴磁传感器5、 用以定位的GPS6、和用以传输三轴磁传感器及GPS数据的无线通讯模块7,所述四个三轴磁 传感器5呈正方形布置，所述GPS6位于正方形的中心，三轴磁传感器5、GPS6和无线通讯模 块7由电源8提供电源。
[0033] 数据控制系统13包括计算机终端和网络，接收无线通讯模块的数据，并将数据计 算成磁场发射元件的三维位置参数，并绘制随着铁路路基塌陷全过程演化的磁场发射元件 的实时位置曲线，确定铁路路基塌陷的变形阶段，并给出相应的预警。
[0034] 实施例2
[0035] 本实施例为应用上述铁路路基塌陷全过程演化动态监测系统进行铁路路基坍塌 监测的方法。
[0036] 该监测方法包括如下步骤：
[0037] S1)通过三维离散元方法计算铁路路基塌陷全过程演化，根根铁路路基塌陷全过 程演化中的位移和应力的大小，将铁路路基的全过程塌陷演化分为5个不同的变形阶段， 分别为：①路基深部变形扩展阶段，②路基深部塌陷扩展阶段，③路基表面变形扩展阶段， ④路基表面变形失稳阶段，⑤路基整体塌陷阶段。上述计算的铁路路基塌陷全过程为理论 计算推演，针对铁路路基塌陷的全过程，给出相应的5个预警标准。第①阶段为安全，客运 列车和货运列车可正常通过。第②阶段为轻度危险，普通客运列车可正常通过，高速客运列 车和货运列车必须减速通过，应选择部分区域的路基进行加固。第③阶段为较危险，普通客 运列车必须减速通过，高速客运列车和货运列车不得通过，应选择更大区域的路基进行加 固。第④阶段为危险，铁路路基即将破坏，客运列车和货运列车不得通过，铁路路基必须马 上进行加固。第⑤阶段为极度危险，铁路路基已经破坏且已危及轨道，客运列车和货运列车 都不得通过，铁路路基必须进行加固。
[0038] 在铁路路基内埋设磁场发射元件，通过三维离散元方法理论推演出该磁场发射元 件的运动轨迹，绘制磁场发射元件的运动轨迹与铁路路基塌陷全过程演化的关系曲线，该 关系曲线也就是给出了与铁路路基塌陷5个变形阶段的相对应的路基深部传感石块位移 的范围，本步骤的关系曲线是理论计算出的关系曲线，即用理论推演出的磁场发射元件的 运动轨迹与铁路路基塌陷全过程演化的5个阶段相比较得出的。
[0039] S2)在路基表面任意选择两个测点（Xl，yi， Zl)和（x2, y2, z2)设置磁场探测装置，磁 场探测装置中的四个三轴磁传感器的编号分别为A、B、C、D，GPS编号为0，如图2所示，AB⑶ 四个三轴磁传感器的XYZ轴方向相同，其中AB位于X轴，⑶位于Y轴，AB⑶的分布中心为 原点0。
[0040] S3)理论计算磁场发射元件在两个测点（Xi, yu zD和（x2, y2, z2)的磁场梯度值 (Bxx 1，Bxy Bxz Byy Byz D 和（Bxx 2, Bxy 2, Bxz 2, Byy 2, Byz 2):
[0041] 磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁视为磁偶极子，磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁 激发的磁场的磁感应强度为B a，铁轨激发的磁场的磁感应强度Bt，地磁场的磁感应强度为 Be，附近的环境磁场为噪声磁场，其磁感应强度为B n。
[0042] 当磁场探测装置在铁路路基上进行监测时，磁场探测装置中的三轴磁传感探头测 得的磁感应强度为B，其相应的磁场梯度张量为G。则，B = Ba+Bt+Be+Bn。由于铁轨的尺寸 和磁导率恒定，铁路的磁场保持恒定，直接计算铁轨产生的磁场B t。Bn为具有脉动性质的 噪声磁场，通过小波滤波的方式消除。则三轴磁传感探头测得的磁感应强度为B中，仅剩下 Ba+Be〇
[0043] 相应的，磁场梯度张量G，含有Ga+Gy由于地球磁场的梯度张量值一般比地磁异常 的梯度值梯度张量小得多，所以G a+Ge~G a，即得到了磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁激发 的磁场的磁场梯度张量Ga。
[0044] 磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁激发磁场，由于磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁 与磁场探测装置的距离比钕铁硼永磁铁的尺寸大得多，将磁场发射元件中的钕铁硼永磁铁 视为磁偶极子，其磁矩为m(m x，my，mz)。磁场发射元件的磁矩，与磁场发射元件在坐标系中 的方位有关，展开后为 <
为磁矩的模，由钕铁硼永 磁铁的尺寸、剩磁和矫顽力确定。0和Cp为钕铁硼永磁铁的方位角，反映磁场发射元件的滚 动。磁场梯度张量定位中的未知数由磁矩参数m(mx, my, mz)和位置参数X，y, Z简化为参数
[0045] 在路基表面任意选择两个测点，采用磁场探测装置进行测量磁场发射元件的磁感 应强度。磁场发射元件在任一测点处的磁感应强度为：
[0046]
(1)
[0047] 式中，y。为介质磁导率，m(mx,my, mz)为钕铁硼永磁铁的磁矩，r=xi+yj+zk为磁 场发射元件至测点的位矢，r=|r|。
[0048] 磁感应强度B的梯度张量为：
[0049]
[0051] 如表示成空间三个方向（x，y，z)的变化率，则磁场梯度张量包括9个要素，即：
[0052]
[0053]根据公式（1)_ (4)计算出（Bxx Bxy Bxz Byy Byz :)和（Bxx 2, Bxy 2, Bxz 2, Byy 2, Byz 2)〇
[0054] S4)根据磁场探测装置的实测值计算磁场发射元件在两个测点（Xl， yi，Zl)和 2，B yy 2，B yz 2):
[0055] 测量磁场发射元件在磁场探测装置所在的测点激发的磁场，得到磁感应强度 B' A，B' e，B'b和B' D。上述磁感应强度均为三维矢量（B' X，B' y，B' z)，则磁场发射 元件在磁场探测装置所在的测点处激发的磁场梯度如下：
[0056]
[0062] 式中，式中，B' X1、B' yjPB' zl(i = A，B，C，D分别对应四个三轴磁传感器中的 一个）为磁感应强度，直接由磁场探测装置中的4个三轴磁传感器测量得到。L为X轴及Y 轴上两个三轴磁传感器之间的距离，建议取0. 3~0. 5米。
[0063]S5)根据理论值（Bxxi，Bxyi，Bxzi，Byyi，Byz J 和（Bxx2,Bxy2,Bxz2,Byy2,Byz 2)与实测 值（B xxdB xydB xzdB yydB yz D 和（B xx 2, B xy 2, B xz 2, B yy 2, B yz 2)，通 过优化算法得到三维位置参数的解，使得计算磁场梯度与实测磁场梯度的拟合误差最小， 得到磁场发射元件的三维位置参数2,汉:
[0064] 在无源空间中，磁感应强度的旋度为0,即_￥ x虑=Q:，.则磁场梯度张量为对称， Bxy-Byx= 0，B yz-Bzy= 0，B XZ-BZX= 0;磁感应强度的散度为 0,即 〇,则其迹 trace G =Bxx+Byy+Bzz= 0。故在磁场梯度张量的9个要素中，仅有5个要素是独立的。
[0065] 由于存在5个未知数氣__，如果仅有1个测点、即只有5个非线性方程， 则无法求得真实的唯一解。因此，在2个测点（Xl，yi， Zl)和〇^，72,22)，得到两组实测磁场 梯度值（B xx B xy B xz B yy B yz :)和（B xx 2, B xy 2, B xz 2, B yy 2, B yz 2 )，即通过优化算法寻找三维位置参数的解，使得计算磁场梯度与实测磁场梯度的拟合误差 最小，即：
[0066]
[0067]式中，（Bxxi，Bxyi，Bxzi，Byy^Byz J 和（Bxx2,Bxy2,Bxz2,Byy2,Byz 2)为通过式（1)，式 (3)~式⑷计算得到的磁场梯度，均含有未知的参数(X，j\二民; (B' xxpB' xy