一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统及方法与流程

本发明涉及地质灾害监测系统技术领域，具体涉及一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统及方法。

背景技术：

近些年来，各种地质灾害监测技术越来越多的应用于地质灾害监测中。通过建立科学实用的地质灾害监测系统对地质灾害进行实时监测和预防，可以直接减少和避免人员伤亡和经济损失。地质灾害监测不仅是地质灾害研究的重点工作和关键环节，而且是有效防治地质灾害的必要前提和关键措施。只有利用综合监测手段，在对大量可靠的监测数据进行科学分析的基础上，才能做出及时准确的预测预报。

传统的地面沉降测量方法包括水准测量、基岩标和分层标测量，将测量的数据发送给数据分析模块，数据分析模块即可以根据这些测量数据分析出地面沉降及水平位移速率，这些方法精度很高，但只能在较小的范围内开展工作，且目前在进行地面沉降监测时，上述三种方法各自独立使用，在监测过程中容易出现监测数据单一甚至相互矛盾、结果质量不达标等问题，给地面沉降监测数据分析及效果带来负面影响。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统及方法，在用传统的地面监测技术的同时，通过静力水准仪、位移传感器以及雷达成像进行相互验证、相互比较，能够得出更加全面准确的地面沉降监测数据，有利于结果分析及监测可靠性的提高。利用数据发送终端可以将数据发送给主控台，通过无线通讯模块可以将数据发送到手机等移动通信终端上，使相关的技术人员能够第一时间得到监测反馈信息，有助于及时决策，尽可能减少地面沉降带来的经济损失，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统，包括基准杆、主控台、用于采集监测体地面沉降及水平位移数据的数据监测模块、用于对采集的数据进行分析并根据分析结果判断地面沉降及水平位移程度的数据分析模块，所述数据监测模块设置于要监测的监测体所在的地面，所述基准杆设置在预设的基准点处，所述数据监测模块包括静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块，所述基准杆中设置有作为基准的静力水准仪和位移传感器，所述基准杆中的静力水准仪与数据监测模块中的静力水准仪电连接，所述基准杆中的位移传感器与数据监测模块中的位移传感器电连接，所述数据监测模块中的静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块均与所述数据分析模块电连接，所述数据分析模块与所述主控台电连接。

进一步地，所述数据分析模块包括合成模块和分析模块，所述静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块均与所述合成模块电连接，所述合成模块与所述分析模块电连接。

进一步地，所述数据分析模块还包括模拟器，所述合成模块还与所述模拟器电连接。

进一步地，所述数据监测模块为多个，多个数据监测模块分散的设置于监测体上，多个所述数据监测模块到基准杆的距离均相同。

进一步地，所述数据分析模块还包括数据发送终端，所述系统还包括移动通信终端，所述分析模块通过数据发送终端分别与所述主控台和移动通信终端电连接。

进一步地，所述数据分析模块还包括无线通信模块，所述数据发送终端通过无线通信模块与移动通信终端电连接。

进一步地，所述数据分析模块还包括储存模块，所述储存模块分别与所述分析模块和合成模块电连接。

进一步地，所述雷达成像模块为合成孔径雷达。

作为本发明的第二方面，提供一种多源的实时地面沉降及水平位移监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:

步骤1，将静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块合成在一个模块中，并将该模块设置于需要监测的监测体所在的地面；

步骤2，通过静力水准仪采集监测体地面沉降数据，通过位移传感器采集监测体地面水平位移数据，通过雷达成像模块采集监测体地面沉降及水平位移数据；

步骤3，根据所述静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块采集的地面沉降及水平位移数据分析判断地面沉降及水平位移程度，做出及时决策。

优选地，步骤3具体包括：

将雷达成像模块的观测的地面沉降及水平位移降数据、静力水准仪采集的地面沉降数据和位移传感器采集到地面水平位移数据进行坐标系统一处理；

根据处理后的数据建立可视化的数字高程模型；

将处理后的数据与历年地面沉降及水平位移数据对比，并将数据对比结果发送给主控台。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，在用传统的地面监测技术的同时，将静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块合成在一个模块中，通过静力水准仪、位移传感器以及雷达成像进行相互验证、相互比较，能够得出更加全面准确的地面沉降监测数据，有利于结果分析及监测可靠性的提高。利用数据发送终端可以将数据发送给主控台，通过无线通讯模块可以将数据发送到手机等移动通信终端上，使相关的技术人员能够第一时间得到监测反馈信息，有助于及时决策，尽可能减少地面沉降带来的经济损失。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，作为本发明的第一方面，提供一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统，包括基准杆、主控台、用于采集监测体地面沉降及水平位移数据的数据监测模块、用于对采集的数据进行分析并根据分析结果判断地面沉降及水平位移程度的数据分析模块，所述数据监测模块设置于要监测的监测体所在的地面，所述基准杆设置在预设的基准点处，所述数据监测模块包括静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块，所述基准杆中设置有作为基准的静力水准仪和位移传感器，所述基准杆中的静力水准仪与数据监测模块中的静力水准仪电连接，所述基准杆中的位移传感器与数据监测模块中的位移传感器电连接，所述数据监测模块中的静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块均与所述数据分析模块电连接，所述数据分析模块与所述主控台电连接。所述基准杆设置在预设的基准点处，所述基准点是人为判断的稳定区域，即不会发生沉降或水平位移的区域，和监测体相隔一定距离，所述基准杆中也设置有静力水准仪和位移传感器，由于基准杆设置在基准点处，所述基准杆中静力水准仪和位移传感器实测的地面沉降及水平位移数据为基准数据。

其中，所述雷达成像模块优选为合成孔径雷达，合成孔径雷达技术(insar)是利用雷达波长作为量测尺度，通过两次成像相干波的相位差获得卫星到地面目标的距离差，采用遥感中insar技术进行地面数据采集，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。

另外，当监测体面积比较大时，可以根据实际需要及数据监测模块的监测范围设置多个数据监测模块，以覆盖更多的监测面积，当数据监测模块为多个时，多个数据监测模块到基准杆的距离应相同。

上述实施例中，通过监测体上的静力水准仪测量数据与基准杆上静力水准仪的测量数据的对比，计算出静力水准仪检测区域相对于基准点处的差异沉降量，通过监测体上的位移传感器与基准杆上位移传感器的测量数据的对比，计算出位移传感器监测区域相对于基准点处的水平位移变化情况；通过雷达成像模块测量整个监测体地面的地面沉降及水平位移数据，数据分析模块根据雷达成像模块、静力水准仪及位移传感器测量到的监测体地面的沉降及水平位移数据分析判断地面沉降及水平位移程度。所述雷达成像模块优选为合成孔径雷达,采用合成孔径雷达技术(insar)，利用雷达波长作为量测尺度，通过两次成像相干波的相位差获得卫星到地面目标的距离差，采用遥感中insar技术进行地面沉降及水平位移数据采集。

优选地，所述数据分析模块包括合成模块和分析模块，所述静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块均与所述合成模块电连接，所述合成模块与所述分析模块电连接。

优选地，所述数据分析模块还包括模拟器，所述合成模块还与所述模拟器电连接。

优选地，所述数据分析模块还包括数据发送终端，所述系统还包括移动通信终端，所述分析模块通过数据发送终端分别与所述主控台和移动通信终端电连接。

优选地，所述数据分析模块还包括无线通信模块，所述数据发送终端通过无线通信模块与移动通信终端电连接。

优选地，所述系统还包括储存模块，所述储存模块分别与所述分析模块和合成模块电连接，所述存储模块存储有对应地理位置的历年沉降及水平位移数据。

上述实施例中，采用雷达成像模块及遥感中insar技术进行监测体地面沉降及水平位移数据采集，使用静力水准仪对监测体地面进行常规地面沉降数据采集，然后使用位移传感器对监测体地面进行常规地面水平位移数据采集，合成模块将雷达成像模块采集的地面沉降及水平位移数据、静力水准仪采集的地面沉降数据和位移传感器采集到地面水平位移数据根据地理位置进行坐标系统一处理，使雷达成像模块、静力水准仪和位移传感器采集的地面数据处于同一坐标系中，并将处理后数据传送到所述模拟器和分析模块，所述模拟器根据雷达成像模块、静力水准仪、位移传感器测量到的地面沉降及水平位移数据建立可视化的数字高程模型(dem)，通过模拟器自带的显示模块进行可视化显示，并可通过数据发送终端将数字高程模型(dem)发送给主控台或者移动通信终端，所述分析模块将合成模块发送过来的地面沉降及水平位移数据与历年地面沉降及水平位移数据进行分析对比，并可做出判断，例如，该区域的历年地面沉降及水平位移数据显示地面沉降和/或水平位移超过多少存在地震或建筑物崩塌的风险，则实时数据接近及超过该风险地面沉降和/或水平位移值时，向主控台或者移动通信终端发送预警信息，并将数据对比结果通过数据发送终端发送到主控台，或者通过无线通信模块发送到移动通信终端，使相关的技术人员能够第一时间得到监测反馈信息，有助于及时决策。

另外，还可以通过分析历年地面沉降及水平位移数据在分析模块中设置合理的地面沉降及水平位移阈值，当实测的地面沉降及水平位移值超过地面沉降及水平位移阈值时，向主控台或者移动通信终端发送预警信息，使相关的技术人员能够第一时间得到监测反馈信息，有助于及时决策。

本发明，将静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块合成在一个模块中，静力水准仪和位移传感器监测的范围小，但是相对于雷达成像模块的准确性高，雷达成像模块监测的范围大，可覆盖整个需要监测的监测体地面，但测量数据准确性不如静力水准仪和位移传感器，通过静力水准仪、位移传感器以及雷达成像采集地面沉降及水平位移数据，进行相互验证、相互比较，能够得出更加全面准确的地面沉降及水平位移监测数据，有利于结果分析及监测可靠性的提高。利用数据发送终端可以将数据发送给主控台，通过无线通讯模块可以将数据发送到手机等移动通信终端上，使相关的技术人员能够第一时间得到监测反馈信息，有助于及时决策，尽可能减少地面沉降及水平位移带来的经济损失。

作为本发明的另一方面，提供一种实时地面沉降及水平位移监测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块合成在一个模块中，并将该模块设置于需要监测的监测体所在的地面；

步骤2，通过静力水准仪采集监测体地面沉降数据，通过位移传感器采集监测体地面水平位移数据，通过雷达成像模块采集监测体地面沉降及水平位移数据；

步骤3，根据所述静力水准仪、位移传感器和雷达成像模块采集的地面沉降及水平位移数据分析判断地面沉降及水平位移程度，做出及时决策。

优选地，所述步骤3具体包括：

将雷达成像模块的观测的地面沉降及水平位移降数据、静力水准仪采集的地面沉降数据和位移传感器采集到地面水平位移数据进行坐标系统一处理；

对处理后的数据进行相关性计算，建立可视化的数字高程模型；

将处理后的数据与历年地面沉降及水平位移数据比对，并将数据对比结果发送给主控台。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。