一种测斜系统及其测斜方法与流程

本发明涉及岩土监测技术领域，尤其涉及一种测斜系统及其测斜方法。

背景技术：

近年来，地震、山体滑坡等自然灾害频发，给人民生命、财产造成了巨大损失；城镇化的推进以及城市建设的速度加快，地铁、深基坑工程越来越密集，潜在、次生地质灾害隐患较多。所以，长期、实时的地质灾害监测预警系统，在避免、减少地质灾难、事故，以及降低灾难、事故造成的人财损失方面，起着非常关键的作用。山体土体滑坡、尾矿库变形、坝体变形、深基坑变形等土体深层水平位移监测是被行业专家公认的地质灾害监测系统中最直接的监测项目。多年来，传统监测项目由于基于传统陀螺仪理论的固定、滑动测斜仪成本过高，制约了自动化监测的发展。很多如建筑基坑监测等应用场景，还不得不用人工操作滑动测斜仪的方式在实施监测，效率低、滑动测斜系统不稳定、数据反馈不及时等等弊端越来越凸显，满足不了实时监测的目的，也不能从根本上起到地质灾害预警的作用。随着微电子、无线通信、信息感知和处理技术的快速发展，物联网技术越来越多地被应用到自然灾害的监测等领域中。广泛应用的固定式测斜装置是通过将类似于活动式测斜仪的测斜探头固定安装在测斜管内，通过网络传输数据以实现自动化监测。

申请公布号为cn103195108a的中国发明专利申请文件公开了一种测斜系统及方法，测斜系统包括测斜管、导线和测头，测头设在导线的一端，测头通过设在测头上的导轮沿侧线管壁运动，测斜系统还包括一个自动测斜装置，导线穿过自动测斜装置设置，且测头通过自动测斜装置对导线的控制实现测头的运动，自动测斜装置包括动力及控制装置、接收及发射装置以及服务器，接收及发射装置与服务器连接，接收及发射装置与动力及控制装置连接，导线由动力及控制装置的运转实现对导线的控制。

但是上述的一种测斜系统及方法中，测斜系统的测头通过设在测头上的导轮沿侧线管壁运动且测头通过自动测斜装置对导线的控制实现测头的运动，从而实现自动化测斜；但是上述的测斜系统只能对斜度进行检测，但是没有对检测数据进行处理，无法直观的对监测点土体的深层水平位移的变化进行了解判断。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的其中一个目的在于提供一种测斜系统，能够直观的对监测点土体的深层水平位移的变化进行了解判断。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种测斜系统，包括测斜管以及对测斜管进行测斜的测斜装置，所述测斜装置包括测斜传感模块、数据采集模块和在线监测模块；

所述测斜传感模块包括若干个设置在测斜管内的角度传感器，所述角度传感器对测斜管的倾角进行检测；

所述数据采集模块包括传输单元和处理单元；所述传输单元对测斜传感模块检测的数据进行采集，并且将采集的检测数据传递给处理单元；所述处理单元对传输单元传输的数据进行计算，并且将计算结果发送给在线监测模块；

所述在线监测模块，根据处理单元发送的数据信息进行分析，得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化信息。

通过上述技术方案，测斜系统包括测斜管以及对测斜管进行测斜的测斜装置，所述测斜装置包括测斜传感模块、数据采集模块和在线监测模块；通过将测斜管插入到进行测斜监测地点，进而通过设置在测斜管内的多个角度传感器对测斜管的倾斜状态进行检测；数据采集模块包括传输单元和处理单元；进而传输单元对测斜传感模块检测的数据进行采集并且将采集的数据传递给处理单元，处理单元对传输单元传输的数据进行计算，并且将计算结果发送给在线监测模块；通过在线监测模块对处理单元发送的数据信息进行分析，进而得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化信息，从而能够准确直观的对监测点的土体的深层水平位移的变化信息进行监测。

较佳的，所述测斜传感模块还包括连杆组件，所述连杆组件包括多个连接杆；所述相邻相接杆的首尾固定连接，多个连接杆的呈折线状置于测斜管中；每个连接杆的两端与测斜管内壁抵接，所述连接杆组件的最上端固定在测斜管内壁上；所述连接杆的中部固定有垂直支架，所述角度传感器平行固定在垂直支架上。

通过上述技术方案，通过连接组件的设置，能够方便快捷的将多个角度传感器均匀的安装到测斜管内，进而通过角度传感器的多点的数据采集，从而能够对测斜管的倾斜角度变化得出更加精确的测试结果。

较佳的，所述相邻连接杆之间设置有拉力弹簧和卡角器，所述卡角器包括两块一体设置的连接板，所述连接板的相交角度与两相邻连接之间的夹角相同；所述卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接；所述卡角器包括两块一体设置的连接板，所述连接板的相交角度与两相邻连接之间的夹角相同；所述卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接。

通过上述技术方案，通过在相邻连接杆之间设置拉力弹簧和卡角器，卡角器包括两块一体设置的连接板，连接板的相交角度与两相邻连接之间的夹角相同；卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接；卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接，通过卡接器的限位作业和拉力弹簧的对两相邻连接杆的拉力，进而将两相邻连接杆保持在特定的角度，从而防止连接杆之间的相交角度发生变化，进而造成影响角度传感器的检测结果。

较佳的，所述数据采集模块还包括gprs网络通信单元和gps定位单元；所述gps定位单元对测斜位置坐标进行定位，所述gprs网络通信单元将gps定位单元的定位信息发送给在线监测模块。

通过上述技术方案，数据采集模块还包括gprs网络通信单元和gps定位单元；通过gps定位单元实现对测斜位置的坐标进行定位，通过gprs网络通信单元将gps定位单元的定位信息发送给在线监测模块，从而能够通过在线监测模块对测斜的位置进行定位。

较佳的，所述在线监测模块包括分析单元，所述分析单元由基于restful架构的web服务器构成，所述分析单元根据处理单元发送的数据信息进行计算，得出监测点土体的深层水平位移的变化信息。

通过上述技术方案，在线监测模块包括分析单元，分析单元由基于restful架构的web服务器构成，进而能够通过网络系统实现电脑pc端、手机app端在线监测的各种功能。

较佳的，所述在线监测模块还包括预警模块；所述预警模块对分析单元的输出的监测点土体的深层水平位移的变化信息进行监测，当土体的深层水平位移的变化超出安全标准时，向外界发出警报信息。

通过上述技术方案，在线监测模块还包括预警模块，通过预警模块对分析单元输出的监测土体的深层水平位移的变化信息进行监测，从而当土体深层水平位移的变化超出安全标准时，向外界的发出警报信息，从而能够对监测者及时提醒。

较佳的，所述传输单元采用rs485传输单元。

通过上述技术方案，传输单元采用rs485传输单元，rs485传输单元具有极强的抗共模干扰能力，总线收发器灵敏度很高，广泛应用于测绘和数据采集行业，是作为测斜系统的传输单元的优选方案。

较佳的，所述角度传感器采用水平度角度传感器。

通过上述技术方案，水平度角度传感器与普通光栅倾角仪、钟表-千分尺角度放大器和光栅码盘角度计等角度检测原件进行对比具有角度检测结果准确、性价比优良等优点，是作为角度传感器的优选方案。

较佳的，所述连接杆采用碳纤维材质。

通过上述技术方案，碳纤维材质具有质量轻、刚性好、防水防腐等特性，能够良好的适用于将倾角角度传感器安装到测斜管内的使用工况，是连接杆制作材质的优选方案。

本发明的另一个目的在于提供一种测斜方法，能够直观的对监测点土体的深层水平位移的变化进行了解判断。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

步骤s1：将连接杆固定在测斜管上面后，待角度传感器数据稳定后，记录在线监测模块的监测数据；

步骤s2：用测量工具对每个角度传感器至测斜管内壁的垂直距离以及连接杆顶端至测斜管的垂直距离进行多次测量，并对测量值进行取平均值；

步骤s3：对测斜管进行调节，使连接杆倾斜角度变化，待角度传感器数据稳定后，记录在线监测模块的监测数据；

步骤s4：将步骤s3中调节测斜管后的监测数据与调节测斜管前的监测数据进行作差计算，得到调节前后在线监测模块的位移变化量；

步骤s5：使用测量工具对调节固定之间后的每个角度传感器至测斜管的垂直距离以及连接杆顶端至测斜管的垂直距离进行多次测量，并取对测量值取平均值；

步骤s6：将步骤s5中调节测斜管后的测量平均值与调节测斜管前的测量数据进行计算，得到调节前后采用测量工具测量的位移变化量；

步骤s7：将在线监测模块的位移变化量与采用测量工具实际测量的位移变化量进行对比分析。

通过上述技术方案，通过将安装连接杆上的角度传感器，对测斜管变化进行实时检测，通过测斜管斜度变化前后的变化斜度进行测量计算，进而通过将在线监测模块的位移变化量与采用测量工具实际测量的位移变化量进行对比分析；从而能够得出使用测斜系统进行测斜的偏差值，进而能够对测斜系统的测斜效果进行修正，从而使用测斜系统进行测斜的数据更加准确。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.测斜系统包括测斜管以及对测斜管进行测斜的测斜装置，所述测斜装置包括测斜传感模块、数据采集模块和在线监测模块；通过将测斜管插入到进行测斜监测地点，进而通过设置在测斜管内的多个角度传感器对测斜管的倾斜状态进行检测；数据采集模块包括传输单元和处理单元；进而传输单元对测斜传感模块检测的数据进行采集并且将采集的数据传递给处理单元，处理单元对传输单元传输的数据进行计算，并且将计算结果发送给在线监测模块；通过在线监测模块对处理单元发送的数据信息进行分析，进而得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化信息，从而能够准确直观的对监测点的土体的深层水平位移的变化信息进行监测；

2.通过在相邻连接杆之间设置拉力弹簧和卡角器，卡角器包括两块一体设置的连接板，连接板的相交角度与两相邻连接之间的夹角相同；卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接；卡角器的两连接板分别与两相邻连接杆的侧面固定连接，通过卡接器的限位作业和拉力弹簧的对两相邻连接杆的拉力，进而将两相邻连接杆保持在特定的角度，从而防止连接杆之间的相交角度发生变化，进而造成影响角度传感器的检测结果；

3.通过将安装连接杆上的角度传感器，对测斜管变化进行实时检测，通过测斜管斜度变化前后的变化斜度进行测量计算，进而通过将在线监测模块的位移变化量与采用测量工具实际测量的位移变化量进行对比分析；从而能够得出使用测斜系统进行测斜的偏差值，进而能够对测斜系统的测斜效果进行修正，从而使用测斜系统进行测斜的数据更加准确。

附图说明

图1为测斜装置的功能模块图；

图2测斜系统的结构示意图；

图3为凸显相邻连接杆的连接关系的结构示意图；

图4为卡角器的结构示意图。

附图标记：1、测斜管；2、测斜装置；21、测斜传感模块；211、连杆组件；2111、连接杆；2112、垂直支架；2113、卡角器；2114、连接板；2115、拉力弹簧；212、角度传感器；22、数据采集模块；221、传输单元；222、处理单元；223、gps定位单元；224、gprs网络通信单元；23、在线监测模块；231、分析单元；232、预警模块。

实施例：一种测斜系统，参照图1和图2，包括测斜管1以及对测斜管1进行测斜的测斜装置2。测斜装置2包括测斜传感模块21、数据采集模块22和在线监测模块23。

参照图2和图3，测斜传感模块21包括连接组件和若干个设置在测斜管1内的角度传感器212。连杆组件211包括多个连接杆2111，相邻相接杆的首尾固定连接，多个连接杆2111的呈折线状置于测斜管1中。连接杆2111采用碳纤维材质。碳纤维材质具有质量轻、刚性好、防水防腐等特性，能够良好的适用于将倾角角度传感器安装到测斜管1内的使用工况，是连接杆2111制作材质的优选方案。

每个连接杆2111的两端与测斜管1内壁抵接，连接杆2111组件的最上端固定在测斜管1内壁上。连接杆2111的中部固定有垂直支架2112，角度传感器212平行固定在垂直支架2112上。通过多个角度传感器212的多点的数据采集，从而能够对测斜管1的倾斜角度变化得出更加精确的测试结果。角度传感器212采用水平度角度传感器。水平度角度传感器与普通光栅倾角仪、钟表-千分尺角度放大器和光栅码盘角度计等角度检测原件进行对比具有角度检测结果准确、性价比优良等优点，是作为角度传感器212的优选方案。

参照图3和图4，相邻连接杆2111之间设置有拉力弹簧2115和卡角器2113，卡角器2113包括两块一体设置的连接板2114，连接板2114的相交角度与两相邻连接之间的夹角相同；卡角器2113的两连接板2114分别与两相邻连接杆2111的侧面固定连接；拉力弹簧2115的两端分别与相邻连接杆2111固定连接。通过卡接器的限位作业和拉力弹簧2115的对两相邻连接杆2111的拉力，进而将两相邻连接杆2111保持在特定的角度，从而防止连接杆2111之间的相交角度发生变化，进而造成影响角度传感器212的检测结果。

参照图1，数据采集模块22包括传输单元221、处理单元222、gprs网络通信单元224和gps定位单元223。传输单元221采用rs485传输单元221，传输单元221采用rs485传输单元221，rs485传输单元221具有极强的抗共模干扰能力，总线收发器灵敏度很高，广泛应用于测绘和数据采集行业，是作为测斜系统的传输单元221的优选方案。

参照图1，传输单元221对测斜传感模块21检测的数据进行采集，并且将采集的检测数据传递给处理单元222；处理单元222对传输单元221传输的数据进行计算，并且将计算结果发送给在线监测模块23，进而通过监测模块进行监测。gps定位单元223对测斜位置坐标进行定位，gprs网络通信单元224将gps定位单元223的定位信息发送给在线监测模块23，从而能够通过在线监测模块23对测斜的位置进行定位。

处理单元222的处理逻辑流程如下。建立平面坐标轴，沿变形监测方向为x轴，沿深度方向为y轴，并假定连接杆2111固定端的坐标为（x,y）。通过对测斜管1顶部的平面位移监测，为连接杆2111固定端的坐标提供有效的修改参数。角度传感器212向下依次编号为1、2、3、4...,连接杆2111的长度为l，测斜管1的直径为d。进而能够得每个连接杆2111中间位置安装的角度传感器212相对与连接杆2111固定端的坐标。顶点坐标为(x-1/2d,y)；角度传感器1的坐标为(x-1/2lsin|α1|,y+1/2lcos|α1|)；角度传感器2的坐标为(x-1/2lsin|α1|+1/2lsin|α2|,y+1/2lcos|α1|+1/2lcos|α2|)，其他的角度传感器的相对连接杆2111固定端的坐标可以类似得出，进而处理单元222将计算得出的坐标数据发送给在线监测模块23。

参照图1，在线监测模块23根据处理单元222发送的数据信息进行分析，得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化信息。在线监测模块23包括分析单元231和预警单元。分析单元231由基于restful架构的web服务器构成。分析单元231通过处理单元222发送的数据信息，实时模拟生成测斜管1的曲线图，通过对不同时间的曲线图对比分析，得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化情况的角度传感器相对坐标通过计算机绘图软件实时模拟生成测斜管1的曲线图，通过对不同时间的曲线图对比分析，得出该时间段内监测点土体的深层水平位移的变化情况。预警模块232对分析单元231输出的监测土体的深层水平位移的变化信息进行监测，从而当土体深层水平位移的变化超出安全标准时，向外界的发出警报信息，从而能够对监测者及时提醒。

一种测斜方法，包括以下方法步骤：

步骤s1：将连接杆2111固定在测斜管1上面后，待角度传感器212数据稳定后，记录在线监测模块23的监测数据；

步骤s2：用测量工具对每个角度传感器212至测斜管1内壁的垂直距离以及连接杆2111顶端至测斜管1的垂直距离进行多次测量，并对测量值进行取平均值；

步骤s3：对测斜管1进行调节，使连接杆2111倾斜角度变化，待角度传感器212数据稳定后，记录在线监测模块23的监测数据；

步骤s4：将步骤s3中调节测斜管1后的监测数据与调节测斜管1前的监测数据进行作差计算，得到调节前后在线监测模块23的位移变化量；

步骤s5：使用测量工具对调节固定之间后的每个角度传感器212至测斜管1的垂直距离以及连接杆2111顶端至测斜管1的垂直距离进行多次测量，并取对测量值取平均值；

步骤s6：将步骤s5中调节测斜管1后的测量平均值与调节测斜管1前的测量数据进行计算，得到调节前后采用测量工具测量的位移变化量；

步骤s7：将在线监测模块23的位移变化量与采用测量工具实际测量的位移变化量进行对比分析。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。