一种滑坡监测系统及其方法与流程

本发明涉及不良地质勘测技术领域，尤其涉及一种滑坡监测系统及其方法。

背景技术：

随着人类活动的日益频繁，铁路、公路、矿山、水利、厂房等工程建设使滑坡灾害发生几率日益增加。对于工程建设诱发的滑坡灾害，往往需要快速准确勘察滑坡下滑量参数，为滑坡危害评估、后处理方案的选择、支档结构的设计及治理成本的核算等提供可靠依据。目前，滑坡下滑量参数主要通过估算得到，误差较大，在艰险山区更是如此。近些年，出现了基于遥感图像信息处理和目视判别相结合的二维遥感判释方法，用于对滑坡灾害的勘察。

在铁路勘察设计过程中，地面摄影测量是近景摄影技术在测绘重要工点地形图的工程技术应用。由于数字摄影测量技术的快速发展和广泛应用，传统地面摄影测量使用的地面立体摄影仪和千板影像也越来越少，传统地面摄影测量在勘测中的应用也越来越少。随着近景摄影测量技术发展和理念的突破，尤其是“多基线、多影像近景摄影测量”薪新原理的提出，以及相应的多基线数字近景摄影测量系统研制成功，给数字地面摄影测量提供新的应用研究机会。

但摄像技术应用于滑坡监测中具有一定局限性，如受到环境因素的影响，在能见度较低或夜晚的情况下就无法进行滑坡检测。

技术实现要素：

本发明的目的一在于提供一种滑坡监测方法，具有全天候监测滑坡形态的优点。

本发明的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种滑坡监测方法，包括如下步骤：s1：在滑坡表面多条等高线上分别设置多个超声波发射点，在滑坡周边且位于滑坡上方设置3个不在同一直线上的超声波接收点；s2：超声波发射点向超声波接收点发射超声波信号；s3：根据超声波发射点发射超声波信号的发射时间和超声波接收点接收超声波信号的接收时间，差值运算计算得到接收时长，然后根据声波传播速度与接收时长计算得到超声波接收点与超声波发射点之间的实时距离；s4：建立空间坐标系，记录滑坡表面超声波发射点的初始位置坐标和超声波接收点的固定位置坐标；s5：根据三个超声波接收点的固定位置坐标和超声波发射点分别与三个超声波接收点之间的实时距离，并以超声波接收点的实时位置坐标作为未知数，列出实时位置坐标、固定位置坐标与实时距离之间的关系式，构建定位方程组，计算得到实时位置坐标；s6：将同一等高线的超声波发射点的实时位置坐标用曲线进行连接，获得滑坡形状模拟图。

进一步的，每个超声波发射点都具有相互区别的地址码，超声波信号中携带有地址码。

进一步的，每个超声波发射点均同步接收到命令发射超声波信号的指令后，同步发送超声波信号。

进一步的，以时间顺序将滑坡形状模拟图进行排序，整合形成动态展示图。

本发明的目的二在于提供一种滑坡监测系统，具有全天候监测滑坡形态的优点。

本发明的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种滑坡监测系统，包括浮动定位装置、固定接收装置和服务器，所述浮动定位装置包括超声波发射器和射频接收器，所述固定装置包括超声波接收器、射频发射器、计时器和无线局域网模块，浮动定位装置设置于滑坡表面多条等高线上，每条等高线上均设置有多个浮动定位装置，固定接收装置有3个，设置在滑坡周边且位于滑坡上方，固定接收装置的射频发射器向浮动定位装置的射频接收器发出指令命令超声波发射器发出超声波信号至超声波接收器，所述服务器与无线局域网模块通信连接，服务器用于进行如下步骤：根据超声波发射点发射超声波信号的发射时间和超声波接收点接收超声波信号的接收时间，差值运算计算得到接收时长，然后根据声波传播速度与接收时长计算得到超声波接收点与超声波发射点之间的实时距离；建立空间坐标系，记录滑坡表面超声波发射点的初始位置坐标和超声波接收点的固定位置坐标；根据三个超声波接收点的固定位置坐标和超声波发射点分别与三个超声波接收点之间的实时距离，并以超声波接收点的实时位置坐标作为未知数，列出实时位置坐标、固定位置坐标与实时距离之间的关系式，构建定位方程组，计算得到实时位置坐标；将同一等高线的超声波发射点的实时位置坐标用曲线进行连接，获得滑坡形状模拟图。

进一步的，每个浮动定位装置均具有相互区别的地址码，超声波发射器发出的信号中携带有地址码。

进一步的，所述服务器还用于以时间顺序将滑坡形状模拟图进行排序，整合形成动态展示图。

进一步的，所述浮动定位装置还包括浮动座、杆体和标识牌，浮动座呈中空的锥形，杆体的一端与浮动座的尖端连接、另一端与标识牌连接，所述超声波发射器和射频接收器设于所述浮动座内。

进一步的，所述固定接收装置还包括立柱和箱体，所述立柱一端插设于滑坡周边的地面上、另一端与箱体连接，所述超声波接收器、射频发射器、计时器和无线局域网模块设于所述箱体内。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明实现了滑坡形态的全天候监测，打破了釆用数字地面摄影测量方法进行滑坡勘测所受到的环境局限，解决了在能见度低或夜晚等情况下无法用摄影进行测量的问题。

附图说明

图1是本发明实施例滑坡监测的方法流程图；

图2是本发明实施例空间坐标系求超声波发射点的示意图；

图3是本发明实施例超声波发射点的处置位置坐标与实时位置坐标的对比图；

图4是本发明实施例滑坡检测系统在滑坡上的布置图；

图5是本发明实施例滑坡检测系统的框图；

图6是本发明实施例浮动定位装置和固定接收装置的结构示意图。

附图标记：1、浮动定位装置；11、超声波发射器；12、射频接收器；101、浮动座；102、杆体；103、标识牌；2、固定接收装置；21、超声波接收器；22、射频发射器；23、计时器；24、无线局域网模块；201、立柱；202、箱体；3、服务器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。

本发明揭露了一种滑坡监测系统及其方法。

如图1所示，是滑坡监测的方法流程图，包括如下步骤：

s1：在滑坡表面多条等高线上分别设置多个超声波发射点，在滑坡周边且位于滑坡上方设置3个不在同一直线上的超声波接收点；

具体地，超声波一般是指频率大于20khz的机械振动波。超声波测距可采用传播时间检测法进行，即测量超声波从超声波发射点发出经空气传播到超声波接收点的传播时间t，将t与其在空气中的传播速度v相乘，就得到超声波此时的传播距离s。在滑坡表面的等高线上设置多个超声波发射点，使滑坡监测在初始状态超声波发射点作为各个监测点排布整齐，便于与后期变化的形态做对比。

s2：超声波发射点向超声波接收点发射超声波信号；

具体地，所有超声波发射点受控制而同时发送超声波信号的，以显示在同一时刻下所有超声波发射点的位置。每个超声波发射点均具有一个相互区别地址码，从而可记录每次超声波发射点的位置，并可供分析该超声波发射点的位置变化。

s3：根据超声波发射点发射超声波信号的发射时间和超声波接收点接收超声波信号的接收时间，差值运算计算得到接收时长，然后根据声波传播速度与接收时长计算得到超声波接收点与超声波发射点之间的实时距离；

s4：建立空间坐标系，记录滑坡表面超声波发射点的初始位置坐标和超声波接收点的固定位置坐标；

s5：根据三个超声波接收点的固定位置坐标和超声波发射点分别与三个超声波接收点之间的实时距离，并以超声波接收点的实时位置坐标作为未知数，列出实时位置坐标、固定位置坐标与实时距离之间的关系式，构建定位方程组，计算得到实时位置坐标；

具体的，上述步骤s3～s5中，如图2所示，对处于空间坐标系中的物体位置坐标进行计算，实现局域空间的定位功能。在空间内，对超声波发射点m进行定位，则需建立如图所示的直角坐标系，并在该空间的上方设置3个超声波接收点，其固定位置坐标分别为：c1(x1，y1，z1)、c2(x2，y2，z2)、c3(x3，y3，z3)。根据声波的传播速度、时间和距离的关系，超声波接收点与3个超声波发射点之间的实时距离为l1、l2、l3，则信号发射点m的实时位置坐标(x，y，z)与3个超声波发射点之间的函数关系可由下式表示：

超声波发射点的位置不断变化，l1、l2、l3值也在不断变化，其实时位置坐标(x，y，z)也在不断更新，从而实现可对超声波发射点的定位跟踪。

s6：将同一等高线的超声波发射点的实时位置坐标用曲线进行连接，获得滑坡形状模拟图。

具体地，如图3所示，是超声波发射点的处置位置坐标与实时位置坐标的对比图。通过对比观察，就可直观的反应滑坡的形状变化。将滑坡形状模拟图以时间顺序进行排序，然后进行动画制作，可整合形成动态展示图，从而以动态的方式展现滑坡的形态变化。

结合如图4和图5，图4是滑坡检测系统的布置图，图5是滑坡检测系统的框图，包括浮动定位装置1、固定接收装置2和服务器3，所述浮动定位装置1包括超声波发射器11和射频接收器12。所述固定装置包括超声波接收器21、射频发射器22、计时器23和无线局域网模块24，浮动定位装置1设置于滑坡表面多条等高线上，每条等高线上均设置有多个浮动定位装置1，浮动定位装置1均具有相互区别的地址码，超声波发射器11发出的信号中携带有地址码。固定接收装置2有3个，设置在滑坡周边且位于滑坡上方，固定接收装置2的射频发射器22向浮动定位装置1的射频接收器12发出指令命令超声波发射器11发出超声波信号至超声波接收器21，所述服务器3与无线局域网模块24通信连接。

服务器3用于进行如下步骤：根据超声波发射点发射超声波信号的发射时间和超声波接收点接收超声波信号的接收时间，差值运算计算得到接收时长，然后根据声波传播速度与接收时长计算得到超声波接收点与超声波发射点之间的实时距离；建立空间坐标系，记录滑坡表面超声波发射点的初始位置坐标和超声波接收点的固定位置坐标；根据三个超声波接收点的固定位置坐标和超声波发射点分别与三个超声波接收点之间的实时距离，并以超声波接收点的实时位置坐标作为未知数，列出实时位置坐标、固定位置坐标与实时距离之间的关系式，构建定位方程组，计算得到实时位置坐标；将同一等高线的超声波发射点的实时位置坐标用曲线进行连接，获得滑坡形状模拟图。服务器3还用于以时间顺序将滑坡形状模拟图进行排序，整合形成动态展示图。

如图6所示，浮动定位装置1还包括浮动座101、杆体102和标识牌103，浮动座101呈中空的锥形，杆体102的一端与浮动座101的尖端连接、另一端与标识牌103连接，所述超声波发射器11和射频接收器12设于所述浮动座101内。固定接收装置2还包括立柱201和箱体202，所述立柱201一端插设于滑坡周边的地面上、另一端与箱体202连接，所述超声波接收器21、射频发射器22、计时器23和无线局域网模块24设于所述箱体202内。

工作中原理：服务器3通过无线局域网对固定接收装置2发出命令，固定接收装置2收到该命令后，在其向浮动定位装置1发出射频信号命令同时，还要通过计时器23开始计时；命令信号被浮动定位装置1通过射频接收器12接收后，发出超声波信号，当固定接收装置2收到超声波信号后计时器23停止计时；计数器将值通过无线局域网模块24发送到服务器3端，服务器3将此值转换成时间计算出接收时长，并进一步换算成浮动定位装置1至该固定接收装置2的实时距离，服务器3再通过计算3个的实时距离值确定该浮动定位装置1的实时坐标值。上述的数字逻辑电路通过复杂可编程器件(cpld)很容易实现。