CN105973199A - 一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置及方法 - Google Patents

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石繁荣
庹先国
李怀良
任珍文
吕中云
荣文钲
江山
冷阳春
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Abstract

本发明公开了一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置及方法，包括测量单元和用于封装所述测量单元的探管；所述测量单元包括垂直封装于胶囊型外壳内的双轴加速度传感器，依次与所述双轴加速度传感器连接的微处理器和数据传输电路，以及同时与所述双轴加速度传感器、微处理器、数据传输电路连接的供电电路；本发明在同一口竖井中级联安装多个测量装置，通过采集各测量点的重力加速度，简单、快速地计算出各测量点的偏移角度，进而精准确定滑坡面。本发明能够根据实际监测对象对测量装置的数量和位置进行灵活调整，施工简单、快捷，具有较强的抗干扰能力，确保数据采集的准确性和有效性。

Description

一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及滑坡体地质灾害监测领域，具体涉及一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置及方法。
背景技术
我国是世界上受滑坡灾害最严重的国家之一，山地滑坡对人民生命财产安全造成了巨大损失，因此，在山地地质灾害监测中，对滑坡体的监测尤为重要。
在监测滑坡体的各类参数中，滑坡体的深部倾斜度测量是非常重要的参数，通过测量两个相邻测量装置之间的倾斜角角度的变化可计算出滑坡体内部形变机制，确定滑动面位置。
滑坡体深部倾斜度一般采用测点型倾斜度测量方法，测点型倾斜度测量又分为移动式倾斜度测量和固定式倾斜度测量。移动式倾斜度测量方法需要在滑坡体中安装测量管，并且在测量管中安装导轨，倾斜角度测量仪通过导轨至上而下的从导轨内部滑过，逐点记录个测量点的倾斜角度；该方法的优点是能够精确的测量每个点的数据，进而能给出更接近实际的位移曲线；但是，该方法施工难度大且不能实现实时自动监测的目的。固定式倾斜度测量方法通过在测量管的固定位置安装倾斜角度测量仪，实时记录安装点出的倾斜角度；该方法虽然在精度上相对较差，但是可以实现实时自动监测的目的，因此，在工程中广泛应用，但是，固定式倾斜度测量的倾斜度测量仪相对于测量管完全固定，因此很难根据实际监测对象对传感器数量和位置进行调整。
发明内容
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供了一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置及方法， 能够根据实际监测对象对测量装置的数量和位置进行灵活调整，施工简单、快捷，具有较强的抗干扰能力，确保数据采集的准确性和有效性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，包括测量单元和用于封装所述测量单元的探管；所述探管包括用于封装测量单元的胶囊型外壳，紧贴于胶囊型外壳外部的防水外套，以及分别设置于胶囊型外壳上、下端的向上接头和向下接头；所述测量单元包括垂直安装在胶囊型外壳内的双轴加速度传感器，依次与所述双轴加速度传感器连接的微处理器和数据传输电路，以及同时与所述双轴加速度传感器、微处理器、数据传输电路连接的供电电路；所述胶囊型外壳的上端设有便于数据传输电路与外部连接的开口。
优选地，所述数据传输电路为RS485通讯芯片。
优选地，所述胶囊型外壳由不锈钢材质制作，所述防水外套由防水胶制作。
优选地，所述向上接头和向下接头均由易于裁剪的材质制作而成。
优选地，所述向上接头与向下接头的内部结构相互契合。
本发明还提供了该测量装置的测量方法，包括以下步骤：
（1）根据滑坡体竖井的深度，确定测量装置的数量，将多个测量装置依次连接并以级联方式垂直埋设于滑坡体竖井中；
（2）各测量装置的微处理器驱动各自的双轴加速度传感器获取测量点处重力加速度g的X轴分量gx和Y轴分量gy，
利用公式，计算出各测量点相对于坐标系的偏转角度和，计算出各测量点相对于坐标系的偏转角度和；再利用公式，计算出各测量点相对于Z轴的倾斜角度，其中n≥1，且n为整数；
（3）实时周期采集各测量点处双轴加速度传感器的数据，得到 利用公式，计算出各测量点的偏移角度；
（3）实时周期采集各测量点双轴加速度传感器的数据，得到 利用公式，计算出各测量点的偏移角度；
（4）根据各个测量点的偏移角度找到突变点，从而计算出滑坡体滑动面。
进一步地，所述步骤（1）中，各测量装置通过各自的向下接头或向上接头相互连接，两个测量装置之间的安装距离通过裁剪向下接头或向上接头的长度进行调整。
再进一步地，所述步骤（1）中，所述各个测量装置的数据传输电路均与RS485总线连接。
优选地，所述步骤（2）中，重力加速度g为测量点处地理坐标系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn为北向坐标轴，Yn为东向坐标轴，Zn为地向坐标轴。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中的测量单元由双轴加速度传感器、微处理器和数据传输电路组成，在竖井中将模拟信号转换为数字信号，通过RS485总线传输至竖井外，具有较强的抗干扰能力，提高数据采集的准确性；通过探管对测量单元进行封装组成测量装置，而探管的上下两端设置接头，便于测量装置之间的连接，提高测量装置的布置效率。
（2）本发明中测量装置的向上接头与向下接头结构相互契合，而且采用易裁剪的材质制作，便于根据实际监测对象对测量装置的数量和位置进行灵活调整；用于封装测量单元的胶囊型外壳采用不锈钢材质制作，并在其外部设置有防水外套，对测量单元进行双重防水、防潮保护，确保测量装置在数据采集过程中稳定、完好，可进行多次反复利用，降低成本。
（3）本发明在同一口竖井中级联安装多个测量装置，通过采集各测量点的偏移角度，可以简单、准确、快速地确定偏移角度的突变节点，准确计算出滑坡体的滑坡面；通过各测量点偏移角度的变化量，进一步模拟出滑坡体内部形变状态 。
（4）本发明的测量方法中采用地理坐标系进行计算，双轴加速度传感器与探管保持垂直，确保重力加速度的X轴分量gx和Y轴分量gy的采集的正确性，减小的误差。
附图说明
图1为本发明中测量单元的结构示意图。
图2为本发明中探管的结构示意图。
图3为本发明中单个测量装置的安装示意图。
图4为本发明中多个测量装置的安装示意图。
附图中的部分零部件名称为：
1-测量单元，11-数据传输电路，2-探管，21-胶囊型外壳，22-防水外套，23-向上接头，24-向下接头，3-竖井，4-滑坡体，5-滑坡面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图4 所示，一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，包括测量单元1和用于封装所述测量单元的探管2；
所述测量单元1包括：
双轴加速度传感器，用于获取测量点处重力加速度g的X轴分量gx和Y轴分量gy；
与双轴加速度传感器连接的微处理器，当接收到控制指令时，驱动双轴加速度传感器采集数据；
与微处理器连接的数据传输电路11，用于RS485总线与微处理器之间的数据传输，本实施例中数据传输电路为RS485通讯芯片；
同时与所述双轴加速度传感器、微处理器、数据传输电路连接的供电电路。
所述探管2包括：使用不锈钢材质制作的胶囊型外壳21，使用防水胶制作的紧贴于胶囊型外壳外侧的防水外套22，以及设置于胶囊型外壳上、下端的向上接头23和向下接头24，所述向上接头23和向下接头24均采用易裁剪的材质制作而成；胶囊型外壳21的上端设有开口，便于数据传输电路与RS485总线连接。
本发明还提供了该测量装置的测量方法，包括以下步骤：
（1）根据滑坡体竖井的深度，确定测量装置的数量和分布位置，将多个测量装置通过各自的向下接头或向上接头依次连接，垂直埋设于滑坡体竖井中；每个测量装置的数据传输电路通过RS485总线级联；
（2）各测量装置的微处理器接收指令，驱动各自的双轴加速度传感器获取测量点处重力加速度g的X轴分量gx和Y轴分量gy，
利用公式，计算出各测量点相对于坐标系的偏转角度和，其中n≥1，且n为整数；然后利用公式，计算出各测量点相对于Z轴的倾斜角度；其中，重力加速度g为测量点处地理坐标系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn为北向坐标轴，Yn为东向坐标轴，Zn为地向坐标轴；
（3）实时周期采集各测量点双轴加速度传感器的数据，得到 利用公式，计算出各测量点的偏移角度；
（4）根据各个测量点的偏移角度找到突变点，从而计算出滑坡体滑动面。
滑动面的误差取决于两个相邻测量装置之间的安装距离，距离越小，误差越小，当安装距离趋近于零时，即实现了逐点记录，进而描绘出接近于实际的位移曲线。
本发明在同一口竖井中级联安装多个测量装置，通过采集每个测量点的偏移角度，可以简单、准确、快速地发现偏移角度的突变节点，准确计算出滑坡体的滑坡面；通过每个测量点偏移角度的变化量，进一步模拟出滑坡体内部形变状态 。各测量装置通过相互契合的向上或者向下接头快速连接，提高了测量装置布置的施工效率；通过微处理器读取测量点处的加速度传数据，并通过RS485总线传输至竖井外，提高了信号的抗干扰能力，确保数据采集的准确性和有效性。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，其特征在于，包括测量单元和用于封装所述测量单元的探管；所述探管包括用于封装测量单元的胶囊型外壳，紧贴于胶囊型外壳外部的防水外套，以及分别设置于胶囊型外壳上、下端的向上接头和向下接头；所述测量单元包括垂直安装在胶囊型外壳内的双轴加速度传感器，依次与所述双轴加速度传感器连接的微处理器和数据传输电路，以及同时与所述双轴加速度传感器、微处理器、数据传输电路连接的供电电路；所述胶囊型外壳的上端设有便于数据传输电路与外部连接的开口。
2. 根据权利要求1所述的一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，其特征在于，所述数据传输电路为RS485通讯芯片。
3. 根据权利要求2所述的一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，其特征在于，所述胶囊型外壳由不锈钢材质制作，所述防水外套由防水胶制作。
4. 根据权利要求3所述的一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，其特征在于，所述向上接头和向下接头均由易于裁剪的材质制作而成。
5. 根据权利要求4所述的一种适于滑坡体深部倾斜度的测量装置，其特征在于，所述向上接头与向下接头的内部结构相互契合。
6. 一种权利要求1~5所述测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据滑坡体竖井的深度，确定测量装置的数量，将多个测量装置依次连接并以级联方式垂直埋设于滑坡体竖井中；
（2）各测量装置的微处理器驱动各自的双轴加速度传感器获取测量点处的重力加速度g的X轴分量gx和Y轴分量gy，
利用公式，计算出各测量点相对于坐标系的偏转角度和；再利用公式，计算出各测量点相对于Z轴的倾斜角度，其中n≥1，且n为整数；
（3）实时周期采集各测量点处双轴加速度传感器的数据，得到 利用公式，计算出各测量点的偏移角度；
（4）根据各个测量点的偏移角度找到突变点，从而计算出滑坡体滑动面。
7. 根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤（1）中，各测量装置通过各自的向下接头或向上接头相互连接，两个测量装置之间的安装距离通过裁剪向下接头或向上接头的长度进行调整。
8. 根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述各个测量装置的数据传输电路均与RS485总线连接。
9. 根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤（2）中，重力加速度g为测量点处地理坐标系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn为北向坐标轴，Yn为东向坐标轴，Zn为地向坐标轴。
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