一种建筑物地下沉降监测方法及监测系统与流程

本发明涉及土体沉降监测，具体涉及一种建筑物地下沉降监测方法及监测系统。

背景技术：

1、在建筑工程中，建筑物地基变形是尤其需要严格控制的，在建筑物地基修建过程中以及工后运营阶段，应进行必要的地基水平位移及竖向位移观测，以判断地基变形是否在合理的范围内，保证建筑物安全，随着我国城市化的进程，城市建筑面积日益扩大。当建筑物建成以后，如若建筑物在使用过程中出现地基沉降不均和沉降范围过大，极易引起上部建筑的开裂、倾斜甚至倒塌。

2、近年来，差分合成孔径雷达干涉测量技术是区域沉降监测最有效和常用的手段，利用dinsar技术，能够采用非接触的方式，对地表上某个研究区域在一定周期内的微小形变量进行监测，这种方法尤其适用于地表区域沉降监测。但这种技术受到时空失相干及大气的影响较大，监测精度一般在厘米级。永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术，把关注的重点整个sar影像转移到了相关性良好的永久散射体点，在降低时空失相干影响的同时，大大提高了解缠的精度，但是由于沉降在空间维和时间维都有显著的变化，没有结合其特点选取合适的数学模型难以保证所提取的结构体上沉降点的精度。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种建筑物地下沉降监测方法，包括如下步骤：

2、s1、利用机载激光雷达对各个待测区域进行点云数据的采集,生成三维向量数据序列；

3、s2、根据所述三维向量数据序列计算多个相邻待测区域的地形形变比值序列；

4、s3、对所述多个相邻待测区域的地形形变比值序列进行突变位置分析，确定沉降隐患区域；

5、s4、向隐患区域输入振动信号，基于振动信号能量变化确定沉降隐患区域内的沉降异常位置。

6、进一步地，步骤s2包括：

7、获取三维向量数据序列中的第i个待测区域的高程值zi，将高程值zi通过下式转化为第i个待测区域的地形形变值：

8、 ；

9、式中，为标定系数，为第i个待测区域的散射角度；

10、计算相邻待测区域的地形形变比值ti：

11、；

12、其中，为第i个待测区域的地形形变值，为第i+1个待测区域的地形形变值，zi+1第i+1个待测区域的高程值zi，为第i+1个待测区域的散射角度；

13、多个相邻待测区域的地形形变比值ti形成地形形变比值序列t={t1，…ti，…tn-1}。

14、进一步地，步骤s3包括：

15、 s31、对地形形变比值序列t进行对数运算lnt,得到对数序列d,d={d1、…、dk、…、dn-1}；对于每个k,将样本序列分成d1,d2,…,dk-1和dk,dk+1,…,dn-1两段,计算两段样本的平均值、以及总体样本的平均值；

16、s32、计算两段样本的离差平方和之和sk及总的离差平方和s：

17、；

18、；

19、其中，dj为对数序列d中的第j个样本，k为将对数序列d分割为两段样本的分割点；

20、s33、令分割点k取不同的值，不断的变换两段样本的分割方式，直至找到sk和s均突变的分割点k。

21、进一步地，步骤s4包括：

22、s41、计算振动信号在横向和纵向上的能量值；

23、s42、计算所述横向和纵向上的能量值的方差值，设置阈值确定沉降异常位置。

24、进一步地，步骤s41中，将振动信号f(t)展开成能量幅值表现形式，有下式：

25、；

26、式中，t为时间，隐患区域内的位置坐标为（a,b），r为隐患区域面积，c为振动系数,为能量幅值；

27、计算振动信号在横向和纵向上的能量值：

28、；

29、其中，a为隐患区域的横向坐标a的最大值，b为隐患区域纵向坐标b的最大值，e(a)为横向振动信号能量值,e(b)为纵向振动信号能量值。

30、进一步地，步骤s41中，计算振动信号在横向和纵向上的能量值的方差值r：

31、；

32、设定检测阈值ur,计算公式为:

33、；

34、则隐患区域内的位置（a,b）处的横向振动信号能量值和纵向振动信号能量值均大于ur时，此位置为沉降异常位置。

35、本发明还提出了一种建筑物地下沉降监测系统，包括：机载激光雷达、处理器、监测装置、振动信号发生装置、振动信号采集装置；

36、利用所述机载激光雷达对各个待测区域进行点云数据的采集,将采集到的点云数据输入到所述处理器，生成三维向量数据序列，并根据三维向量数据序列计算多个相邻待测区域的地形形变比值序列；

37、所述监测装置对多个相邻待测区域的地形形变比值序列进行突变位置分析，确定沉降隐患区域；

38、所述振动信号发生装置向隐患区域输入振动信号，所述振动信号采集装置基于振动信号能量变化确定沉降隐患区域内的沉降异常位置。

39、相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

40、利用机载激光雷达对各个待测区域进行点云数据的采集,生成三维向量数据序列；根据所述三维向量数据序列计算多个相邻待测区域的地形形变比值序列；对所述多个相邻待测区域的地形形变比值序列进行突变位置分析，确定沉降隐患区域；向隐患区域输入振动信号，基于振动信号能量变化确定沉降隐患区域内的沉降异常位置,从而有导向性的对风险性高的区域进行重点监测，提高监测效率。

技术特征：

1.一种建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，步骤s2包括：

3.根据权利要求2所述的建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，步骤s3包括：

4.根据权利要求3所述的建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，步骤s4包括：

5.根据权利要求4所述的建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，步骤s41中，将振动信号f(t)展开成能量幅值表现形式，有下式：

6.根据权利要求5所述的建筑物地下沉降监测方法，其特征在于，步骤s41中，计算振动信号在横向和纵向上的能量值的方差值r：

7.一种建筑物地下沉降监测系统，其特征在于，包括：机载激光雷达、处理器、监测装置、振动信号发生装置、振动信号采集装置；

技术总结
本发明提出了一种建筑物地下沉降监测方法及监测系统，涉及沉降监测技术领域，利用机载激光雷达对各个待测区域进行点云数据的采集,生成三维向量数据序列；根据所述三维向量数据序列计算多个相邻待测区域的地形形变比值序列；对所述多个相邻待测区域的地形形变比值序列进行突变位置分析，确定沉降隐患区域；向隐患区域输入振动信号，基于振动信号能量变化确定沉降隐患区域内的沉降异常位置。

技术研发人员：刘祥武,余忠祥,马振水,谢晨峰,王林
受保护的技术使用者：天津风霖物联网科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1