CN109459094A - 基于十轴传感器的格栅位移测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提出了一种基于十轴传感器的格栅位移测试***及方法，包括：十轴传感器芯片嵌入在土工格栅内；十轴传感器芯片采集监测点各项数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；管理监测云平台根据采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警。
Description
技术领域
本公开涉及土木工程监测技术领域，特别是涉及基于十轴传感器的格栅位移测试***及方法。
背景技术
近年来地质灾害频发，对人民的生活和安全造成很大影响，不仅对工程设施造成破坏，也带来了巨大的经济损失，因此，应采取适当的地质灾害预防措施，来尽可能将地质灾害带来的损失最小化。而目前工程中多根据施工经验和工程实际对可能破坏的区域进行着重加固处理，由于地形地质、环境等各方面因素都各有差异，缺乏统一的判别标准，对于确定的可能破坏的区域受主观因素影响较大，且可能出现判断偏差，既耗时耗力，又存在较大的偶然性。因此建立一个可根据工程的实际情况判别预测其易破坏区域的***非常有必要。
现阶段土木工程中多采用土工格栅做防护网，稳定边坡。土工格栅具有强度稳定、变形小、防腐蚀、耐磨损、抗老化、寿命长、成本低、有较强的承载能力等特点，在工程中应用广泛，适用于加固沥青和水泥路面、挡土墙、路堤坝以及江河海堤等工程。
目前对地质灾害预测方法的研究多集中于实验和数值模拟，实验中通过观测结构的位移或变形量来判断结构的破坏情况及发展趋势，由于细微破坏和内部区域的破坏肉眼很难观测，且判断受主观因素影响大，人为误差较大，而数值模拟由于缺乏实验对比，不具有代表性。因此现有的地质灾害预测方法假设条件与实际差异较大，导致预测结果可靠性差，无法形成统一的理论。因此地质灾害预测方法还有待进一步的研究。
现有工程中存在采用将土工格栅与应变传感光纤光栅捆绑在一起的方法，来测量其变形和受力情况，但这种方式由于捆绑方式较易松动，一旦松动将无法准确捕捉和传递应变，导致获取的数据存在较大误差，同时此方法受其材质的限制，只能测量大变形，微小应变无法准确捕捉，因此对于结构体中的微小裂缝将无法监测，不能实现在灾害初期就及时采取相应措施的目的。
综上所述，对于地质灾害中对结构造成破坏的可视化测试及预测问题，及地质灾害对结构造成破坏后没有整体的监测管理预警***对地质灾害进行预警。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于十轴传感器的格栅位移测试***及方法，本申请将十轴传感器与土工格栅相结合，通过将十轴传感器的芯片部分嵌入到土工格栅中，可实时收集土工格栅监测点的加速度、角度、角速度、磁场等数据，并将所获得的数据传给服务器或者云端存储，进行后期数据处理与分析可得土工格栅监测点的变形量和位移，实现对结构破坏情况的动态监测，从而根据已有数据对结构破坏的发展趋势进行预测，以便提前采取相应的防护措施。
基于十轴传感器的格栅位移测试***，包括：十轴传感器芯片、土工格栅、管理监测云平台、监测数据库服务器、远程监控中心及移动用户端；
十轴传感器芯片嵌入在土工格栅内；
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
所述远程监控中心与移动用户端通过无线网络进行数据传输。
进一步的，所述土工格栅包括上肋条与下肋条；
所述上肋条或下肋条中必有一方连接侧设有凹槽；
所述十轴传感器芯片外设有一层绝缘防护层，所述十轴传感器芯片通过粘结剂与绝缘防护层紧密连接，所述十轴传感器通过粘结剂嵌入所述凹槽中；
所述上肋条与下肋条通过超声波无缝隙焊。
进一步的，所述土工格栅包括普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅两种；
将两种土工格栅通过交叉结合的方式进行铺设，对于相对安全的区域铺设普通的土工格栅，对于需要着重监测的区域铺设嵌有十轴传感器芯片的土工格栅；
所述普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅之间能够通过拼装方式进行连接。
进一步的，通过对前后两个不同时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化分析获取这段时间发生的嵌入十轴传感器芯片的土工格栅的位移变化，再进一步通过分析得到土工格栅层的三维变形；
若十轴传感器芯片的位移始终为零或十轴传感器芯片的方位始终未发生变化，则说明嵌入十轴传感器芯片的土工格栅未发生变形或位移变化；
若十轴传感器芯片的位移发生变化或十轴传感器芯片的方位发生改变，则说明嵌入十轴传感器芯片发生变形或位移变化，应及时重点观测该十轴传感器芯片所在位置的数据，分析十轴传感器芯片所在位置的土工格栅的变形情况，便于适时采取相应防护措施。
进一步的，从t时刻到t+Δt时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化，
Δx＝x(t+Δt)-x(t)
其中，Δx是位移，表示任一点从t时刻到t+Δt时刻的位移；
假设各观测点之间所形成的线段的变化用正应变表示，各线段夹角的变化用剪应变表示，考察结构体内任意一微小线段，则其正应变即长度的相对变化即为，
其中，ε是正应变，即长度的相对变化，l是某线段的初始长度，l′是变形后该线段的长度；
其剪应变即方向的相对改变即为，
γ＝α-α′
其中，γ是剪应变，是用来表示角度变化的量，α和α′分别表示结构体内的任意线段在变形前后的角度。
进一步的，所述十轴传感器芯片之间能够通过LoRa无线传感网络进行数据交互；
所述十轴传感器芯片与管理监测云平台、所述监测数据库服务器与远程监控中心、所述远程监控中心与移动用户端分别能通过GPRS或无线3G/4G网络或北斗通信方式连接。
进一步的，所述远程监控中心能够24小时自动监测土工格栅各维度参数，进一步对数据进行分析判断，并根据监测值达到的预警等级的不同，采取相应级别的自动报警方式；
所述远程监控中心向所述移动用户端根据预警等级的不同发送相应的预警信息；
所述移动用户端能够向远程监控中心发送地质监测相关信息。
进一步的，通过所述远程监控中心与移动用户端进行登录操作时需要进行用户认证或CA认证；
实现数据处理的全过程可追溯，确保每一条数据的上传、修改及删除均能对应到每一个远程监控中心与移动用户端。
基于十轴传感器的格栅位移测试***的使用方法，包括步骤如下：
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
当发生地质灾害时，根据灾害预警等级的不同，远程监控中心向移动用户端发送相应的预警信息。
进一步的，还包括步骤如下：
施工时，每一层嵌有十轴传感器芯片的土工格栅铺设完成后，随即进行调试，观察数据是否存在误差较大，以便及时对土工格栅中的十轴传感器芯片进行灵敏度调试；
土工格栅全部铺设完成后，进行初始化设置；
所述基于十轴传感器的格栅位移测试***在应用初期，将嵌有十轴传感器芯片的土工格栅广泛铺设，并采用全面监测的方式全面监测地质灾害完整结构体的变形情况；
利用采集处理的信息将监测预警数据库建立完成后，采用定点监测的方式，通过监测预警数据库的分析判断，重点监测易变形处的变形情况。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开采用在现有土工格栅的基础上嵌入十轴传感器芯片的方式，对结构进行防护的同时，实时监测其受力情况，分析其位移及变形，从而有效监测地质灾害对结构造成的破坏及其发展趋势，以便及时采取相应措施。
2、本公开基于十轴传感器的格栅位移测试***可以很好地将结构表面及内部的破坏情况实时反映，其对于细微的裂缝也能准确捕捉到，获得的数据更加精准，增强破坏的可视化和可控性，有助于提前采取有效的防护措施。
3、本公开通过将十轴传感器嵌入到土工格栅中而获得的数据精准，可靠性强，可以准确地反映出地质结构内部的破坏情况，有助于对地质结构破坏的过程进行分析和研究，可以作为相关科学研究的辅助和对照，节省大量的野外实验时间，为地质破坏影响的研究提供依据。
4、本公开采用将芯片嵌入土工格栅的方式，土工格栅强度较大，相应的承载能力较强，抗腐蚀与老化的效果较好，摩阻力系较大，网格分步较为均匀，具有便捷的施工工艺技术，且使用周期相对也较长，将芯片嵌入土工格栅对土工格栅的功能特性影响较小，同时可进行量化生产，流水线操作，操作简单，施工方便，不需要进行二次操作，一次安装好即可使用。
5、本公开采用的十轴传感器有着体积超小，高精密，高可靠性，低成本等优点，非常适合将其芯片嵌入到土工格栅中，以便测量相应结构的位移或变形量，从而得到该结构的破坏情况，可实时监测运动姿态，获得方位、高度和温度，其中3轴加速度、3轴陀螺仪和3轴磁力计，内置数字运动处理引擎，可减少复杂的融合，拥有更低的功耗，更适用于可穿戴设备，而气压高度计中内置温度传感器，可进行温度补偿，拥有更强的性能和更低的功耗。十轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和全体空间。集成化传感器的数据精确度除了器材自身的精度外，还涉及到焊接装配后的纠正，以及针对不同使用的配套算法。适宜的算法能够将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在核算精确的方位和方向时的缺乏，然后完成高精度的运动检测。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅侧面剖视图；
图2为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅正面结构示意图；
图3为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅整体结构示意图；
图4为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅分解示意图；
其中，1为土工格栅，2为十轴传感器芯片，3为上肋条，4为下肋条。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在对于地质灾害中对结构造成破坏的可视化测试及预测的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种基于十轴传感器的格栅位移测试***及方法。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
基于十轴传感器的格栅位移测试***，包括：十轴传感器芯片、土工格栅、管理监测云平台、监测数据库服务器、远程监控中心及移动用户端。
十轴传感器芯片嵌入在土工格栅内；如图1所示，为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅侧面剖视图；
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
远程监控中心与移动用户端通过无线网络进行数据传输。
基于十轴传感器的格栅位移测试***，是将十轴传感器与土工格栅相结合，如图2所示，为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅正面结构示意图；通过将十轴传感器的芯片部分嵌入到土工格栅中，来实时监测土工格栅的运动情况，可获得加速度等数据，以反映结构的破坏情况，比如通过某一格栅受拉，可反映结构某部分开裂或者有开裂的趋势，应针对此情况采取有效措施控制，防止裂缝产生或裂缝进一步延展，从而在结构进一步破坏之前采取措施，减少结构破坏带来的经济损失，同时能保证人员安全，使施工人员在相对安全的环境下工作。其中，在土工格栅中选取部分具有代表性的格栅纵横交叉点作为观测点，该观测点采用一定的算法及考虑当前的工程实例实际进行选取，遵循“精准选取，宁多勿少”的原则，尽可能将所有有破坏趋势的点都包含在内，从而能广泛的采集数据，也能为今后的实验和工程实例提供依据。当数据收集足够多时，可形成一个数据库。该数据库可根据不同的工程实际进行相应的选点分析，也可得到每个工程各自的极易破坏的部分，从而可依据工程布置监测点，采取相应防护措施。
当地质灾害发生且结构破坏时，土工格栅随之发生变形并产生位移，监测点处的芯片部分可感知到格栅的变化，从而实时获得监测点的加速度等数据，将数据通过网络远程传送到服务器或云端进行存储，通过数据转存模块接收后进行数据转存处理，远程监控中心将数据库中数据接收回来，进行后期处理，通过对十轴传感器的芯片部分获得的数据进行分析可得格栅的位移，从而得到结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，对结构的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现结构健康状态的自动化监测与预警，省事省力，方便经济。
如图4所示，为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅分解示意图；土工格栅包括上肋条与下肋条；上肋条或下肋条中必有一方连接侧设有凹槽；十轴传感器芯片外设有一层绝缘防护层，十轴传感器芯片通过粘结剂与绝缘防护层紧密连接，十轴传感器通过粘结剂嵌入凹槽中；上肋条与下肋条通过超声波无缝隙焊。将十轴传感器的芯片部分嵌入土工格栅中，基于十轴传感器的土工格栅由三部分组成，上肋条、下肋条以及十轴传感器的芯片部分，其中要求嵌入的芯片部分在保证性能稳定的情况下尽可能小，以确保嵌入部分不会影响格栅本身的强度特性，十轴传感器的芯片部分结构简单，体积小，可根据需要制成能满足其性能要求的最小尺寸，嵌入格栅中，实现收集数据的功能，同时为了避免芯片被空气或尘土腐蚀而影响其特性，应在芯片外添加一层绝缘防护层，在绝缘防滑层与格栅之间、芯片与绝缘防护层之间使用粘结剂，使其粘结紧密，以保证格栅的微小变化都能通过芯片感应到。上肋条与下肋条之间的连接可通过连接块经超音波焊接，使得上肋条与下肋条结合更加紧密，提高焊接部位的强度和抗剪力，增强其使用寿命。
将十轴传感器的芯片部分嵌入到土工格栅中，为了不影响格栅本身的性能，应将芯片位置选于格栅肋条中心处，以保证芯片能与格栅牢固的结合在一起，以便于格栅的微小应变都能准确地传递给十轴传感器。而将嵌有十轴传感器芯片的土工格栅应用在各种工程中，比如各种堤坝和路基加强、边坡防护等，土工格栅一般则是被埋置在土体、砂砾及沥青层中，对于土工格栅的受力承载及节点锚固则主要是通过其自身各个节点或肋条来实现，土工格栅受到了相关介质的影响及作用，仅通过很小的位移即可获得较大的应力，而非只依靠土工格栅与介质之间产生的摩擦作用力来提供所需应力，依照类似通过网格与相关介质之间的相互作用来获取更大的作用力需求。由此而构成了一个高效的应力传递与良好的反应***，有效的发挥了土工格栅源于自身的超强的加筋效果，且有可以将锚锭的长度降至最小。而对于塑料土工格栅的自身的具有的承载面的嵌锁与咬合的作用，从很大程度上增强了路基相关的承载能力与侧向位移的良好保证，也有效的增强了地基的长久稳固。而增加了十轴传感器芯片的土工格栅不仅能起到加固和防护作用，同时又能对土工格栅中所存在的应力和位移等进行监测，从而较好的实现土工格栅的双重功能。
土工格栅防护性强，在现有土工格栅的基础上嵌入十轴传感器的芯片，可在对结构防护的同时，实时监测其受力情况，分析其位移及变形，从而有效监测地质灾害对结构造成的破坏及其发展趋势，以便及时采取相应措施。
采用将芯片嵌入土工格栅的方式，对土工格栅的功能特性影响较小，同时可进行量化生产，流水线操作，操作简单，施工方便，不需要进行二次操作，一次安装好即可使用。
在该***最初实践阶段，可通过加大十轴传感器的分布密度，尽可能多的获取结构体不同部位的数据，形成一个基于十轴传感器的位移测试***的数据库，通过对数据的处理和分析，观察各个结构体中最易出现破坏的位置点，待位置点数据足够多并形成一定的规律后，便可基于已有数据库，根据工程实际，在易破坏的位置点安装嵌有十轴传感器芯片的土工格栅，在其他安全性较高的位置采用普通土工格栅，采用两种格栅相结合的方式，既可保证获取数据的准确性和完整性，又能达到经济可靠的目的。土工格栅中芯片的布置采用梅花桩布置方式，每排错一桩位布置，增加带有芯片的格栅间距。考虑到经济因素及传感器采集数据的准确性，应在所获的数据符合要求的基础上，尽量增加芯片与芯片之间的间距，节省资源。在铺设格栅时，应根据结构体的特点，确定具体的格栅网络的布置方式。
如图3所示，为本公开的嵌有十轴传感器的土工格栅整体结构示意图；本***应用初期，可采用全面监测的方式，全面监测地质灾害体的变形情况，监测对象为整个结构体。待数据库建立完成，可采用定点监测的方式，重点监测变形缝、应力集中区等潜在变形处的变形情况，监测对象为变形、裂缝等潜在变形处。施工时每一层格栅铺设完成后，即进行***调试，观察数据是否有误差较大的情况，以便及时进行格栅中传感器的灵敏度调试。待格栅全部铺设完成后，进行初始化设置。
土工格栅包括普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅两种；将两种土工格栅通过交叉结合的方式进行铺设，对于相对安全的区域铺设普通的土工格栅，对于需要着重监测的区域铺设嵌有十轴传感器芯片的土工格栅；普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅之间能够通过拼装方式进行连接。由于两种格栅都可进行批量生产，制作工艺简单，两种格栅之间的连接可通过拼装方式进行，施工简单方便，大大节省了人力财力时间。
通过对前后两个不同时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化分析获取这段时间发生的嵌入十轴传感器芯片的土工格栅的位移变化，再进一步通过分析得到土工格栅层的三维变形；
若十轴传感器芯片的位移始终为零或十轴传感器芯片的方位始终未发生变化，则说明嵌入十轴传感器芯片的土工格栅未发生变形或位移变化；
若十轴传感器芯片的位移发生变化或十轴传感器芯片的方位发生改变，则说明嵌入十轴传感器芯片发生变形或位移变化，应及时重点观测该十轴传感器芯片所在位置的数据，分析十轴传感器芯片所在位置的土工格栅的变形情况，便于适时采取相应防护措施。
现阶段地质灾害对结构造成的破坏可视性很低，尤其结构内部的破坏无法观测，细微的破坏如微小裂缝也很难通过肉眼观测，而当结构的破坏肉眼可见时，此时地质灾害对结构造成的破坏已无法弥补。基于十轴传感器的格栅位移测试***可以很好地将结构表面及内部的破坏情况实时反映，其对于细微的裂缝也能准确捕捉到，获得的数据更加精准，增强破坏的可视化和可控性，有助于提前采取有效的防护措施。
目前地质灾害对结构造成的破坏，仅能通过实验阶段的肉眼观测，或缺乏可靠实验的数值模拟阶段进行，但缺乏对比的实验和模拟，其可靠性有待探究。而通过土工格栅可以准确地反映出结构内部的破坏情况，获得的数据精准，可靠性强，能够一次性获得大量可靠准确的数据，有助于对结构破坏的过程进行分析和研究，可以作为相关科学研究的辅助和对照，节省大量的野外实验时间，为地质破坏影响的研究提供依据。
从t时刻到t+Δt时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化，
Δx＝x(t+Δt)-x(t)
其中，Δx是位移，表示任一点从t时刻到t+Δt时刻的位移；
假设各观测点之间所形成的线段的变化用正应变表示，各线段夹角的变化用剪应变表示，考察结构体内任意一微小线段，则其正应变即长度的相对变化即为，
其中，ε是正应变，即长度的相对变化，l是某线段的初始长度，l′是变形后该线段的长度；
其剪应变即方向的相对改变即为，
γ＝α-α′
其中，γ是剪应变，是用来表示角度变化的量，α和α′分别表示结构体内的任意线段在变形前后的角度。
十轴传感器芯片之间能够通过LoRa无线传感网络进行数据交互；
十轴传感器芯片与管理监测云平台、所述监测数据库服务器与远程监控中心、所述远程监控中心与移动用户端分别能通过GPRS或无线3G/4G网络或北斗通信方式连接。
其中十轴传感器是由3个三轴陀螺仪和1个压力传感器组合而成的，能为测量海拔及气压提供精准数据，包含加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、GPS接收器等组件，除了通过器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。通过多种数据的融合，可很好地矫正方位，从而实现高精度的运动检测。
基于十轴传感器的格栅位移测试***，通过嵌入土工格栅中的十轴传感器的芯片部分对方位、高度、温度等要素进行实时监测，使用GPRS等通信方式将数据传输到管理及监测预警云平台，为防灾减灾提供实时信息服务，有效保障地质灾害多发地区人民群众的生命与财产安全。***由现场采集层、无线传输通信层、预警发布中心3部分组成。采集层采用的一体化监测站设备是整个***架构的基础，用来采集各测点的实时数据；传输层是通信设备在与用户的监控中心及监测数据汇集平台建立联系的基础上，上传各测点的监测数据与设备状态信息并下发用户终端的指令；应用层是通过监控中心及监测与数据汇集平台接收各地监测站设备采集上来的数据，并通过网络发送给获得授权认证的用户，让其操作现场监测站设备。
本***可快速采集、传输、计算、分析、存储各监测点的监测数据，包括方位、高度、温度等，并对数据进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率，从而实时监测地质灾害多发区的各维度数据，为科技决策提供依据。
本***支持GPRS/3G/4G/北斗等通信方式，传感器节点、终端节点以及中心节点之间还可通过LoRa无线传感网络进行相互通信，集成多种无线通信模式，有效保障数据传输。24小时全天自动监测地质各维度参数，自动进行数据分析判断，当检测值超过预警值时，自动声光报警、短信报警，实现无人值守日夜守护地区安全，极大降低管理人员工作强度，提升管理效率。科学的决策判断机制，实现监测指标异常自动报警。***内置预警方式，分析诱因，提前预警或工程治理设计，提供全面而准确的数据支撑，对结构体形态正常与否做出初步判断与分级预警，及时发布预警信息，充分发挥预警***的价值。
远程监控中心能够24小时自动监测土工格栅各维度参数，进一步对数据进行分析判断，并根据监测值达到的预警等级的不同，采取相应级别的自动报警方式；
远程监控中心向所述移动用户端根据预警等级的不同发送相应的预警信息；
移动用户端能够向远程监控中心发送地质监测相关信息。
通过所述远程监控中心与移动用户端进行登录操作时需要进行用户认证或CA认证；
实现数据处理的全过程可追溯，确保每一条数据的上传、修改及删除均能对应到每一个远程监控中心与移动用户端。
传统的地质灾害预警包括地质灾害调查评价(或勘察评价)、观测(监测)***建设与运行、灾害发展趋势分析会商、预警信息传播和适度的准备反应或防治对策等5个步骤、相应包括了预测(1～10a以上)、预报(1月～1a)、临报(数日)和警报(数小时)等多个层次的多种精度的预警功能(表1)。预测是指时间精度较低，着重灾害集中发生的区域，预测基础是调查数据；预报、临报和警报的时间精度较高，必须有***连续的预测或监测数据和基于正确的区域地质环境分析或地质体变形模式的综合分析。本申请中的基于十轴传感器的格栅位移测试***是基于地质灾害预警的相应规范进行设计的。
表1预警工程的阶段划分
表2则说明了基于十轴传感器的格栅位移测试***中应用的预警等级及色标。根据地质灾害相应规范，以应变率、位移等要素作为分级指标，不同等级对应不同阈值。当预警等级为常规级时，可判断为一般无危害性，仅向***运维发送警告，色标为绿色；
当预警等级为预测级时，可判断为危害性一般，仅向***运维与管理人员发送警告，色标为蓝；当预警等级为预警级时，可判断为危害性较重，通过短信向公众发送警告，色标为黄；当预警等级为预报级时，可判断为危害性严重，通过短信向公众建议采取预防措施，色标为橙；当预警等级为警报级时，可判断为危害性特别严重，通过短信及声光报警向公众发送警告，色标为红。
表2预警等级及色标
| 级别 | 含义 | 色标 | 说明 |
| Ⅴ | 警报级，可能危害特别严重 | 红 | 组织公众应急响应 |
| Ⅳ | 预报级，可能危害严重 | 橙 | 建议公众采取预防措施 |
| Ⅲ | 预警级，可能危害较重 | 黄 | 发布公众知晓 |
| Ⅱ | 预测级，可能危害一般 | 蓝 | 科技与管理人员掌握 |
| Ⅰ | 常规级，一般无危害 | 绿 | 科技人员掌握 |
本申请为集防护与监测于一身的基于十轴传感器的格栅位移测试***，通过土工格栅实现防护目的，通过十轴传感器实现监测目的。只要可以使用土工格栅的工程，都可以将普通格栅更换成嵌有十轴传感器芯片的土工格栅。
实施例2
基于十轴传感器的格栅位移测试***的使用方法，包括步骤如下：
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
当发生地质灾害时，根据灾害预警等级的不同，远程监控中心向移动用户端发送相应的预警信息。
还包括步骤如下：
施工时，每一层嵌有十轴传感器芯片的土工格栅铺设完成后，随即进行调试，观察数据是否存在误差较大，以便及时对土工格栅中的十轴传感器芯片进行灵敏度调试；
土工格栅全部铺设完成后，进行初始化设置；
基于十轴传感器的格栅位移测试***在应用初期，将嵌有十轴传感器芯片的土工格栅广泛铺设，并采用全面监测的方式全面监测地质灾害完整结构体的变形情况；
利用采集处理的信息将监测预警数据库建立完成后，采用定点监测的方式，通过监测预警数据库的分析判断，重点监测易变形处的变形情况。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，包括：十轴传感器芯片、土工格栅、管理监测云平台、监测数据库服务器、远程监控中心及移动用户端；
十轴传感器芯片嵌入在土工格栅内；
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
所述远程监控中心与移动用户端通过无线网络进行数据传输。
2.如权利要求1所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，
所述土工格栅包括上肋条与下肋条；
所述上肋条或下肋条中必有一方连接侧设有凹槽；
所述十轴传感器芯片外设有一层绝缘防护层，所述十轴传感器芯片通过粘结剂与绝缘防护层紧密连接，所述十轴传感器通过粘结剂嵌入所述凹槽中；
所述上肋条与下肋条通过超声波无缝隙焊。
3.如权利要求1所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，
所述土工格栅包括普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅两种；
将两种土工格栅通过交叉结合的方式进行铺设，对于相对安全的区域铺设普通的土工格栅，对于需要着重监测的区域铺设嵌有十轴传感器芯片的土工格栅；
所述普通的土工格栅与嵌有十轴传感器芯片的土工格栅之间能够通过拼装方式进行连接。
4.如权利要求1所述的基于十轴传感器的土工格栅位移测试***，其特征是，
通过对前后两个不同时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化分析获取这段时间发生的嵌入十轴传感器芯片的土工格栅的位移变化，再进一步通过分析得到土工格栅层的三维变形；
若十轴传感器芯片的位移始终为零或十轴传感器芯片的方位始终未发生变化，则说明嵌入十轴传感器芯片的土工格栅未发生变形或位移变化；
若十轴传感器芯片的位移发生变化或十轴传感器芯片的方位发生改变，则说明嵌入十轴传感器芯片发生变形或位移变化，应及时重点观测该十轴传感器芯片所在位置的数据，分析十轴传感器芯片所在位置的土工格栅的变形情况，便于适时采取相应防护措施。
5.如权利要求1所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，从t时刻到t+Δt时刻采集的十轴传感器芯片的位移变化，
Δx＝x(t+Δt)-x(t)
其中，Δx是位移，表示任一点从t时刻到t+Δt时刻的位移；
假设各观测点之间所形成的线段的变化用正应变表示，各线段夹角的变化用剪应变表示，考察结构体内任意一微小线段，则其正应变即长度的相对变化即为，
其中，ε是正应变，即长度的相对变化，l是某线段的初始长度，l′是变形后该线段的长度；
其剪应变即方向的相对改变即为，
γ＝α-α′
其中，γ是剪应变，是用来表示角度变化的量，α和α′分别表示结构体内的任意线段在变形前后的角度。
6.如权利要求1所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，
所述十轴传感器芯片之间能够通过LoRa无线传感网络进行数据交互；
所述十轴传感器芯片与管理监测云平台、所述监测数据库服务器与远程监控中心、所述远程监控中心与移动用户端分别能通过GPRS或无线3G/4G网络或北斗通信方式连接。
7.如权利要求1所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，
所述远程监控中心能够24小时自动监测土工格栅各维度参数，进一步对数据进行分析判断，并根据监测值达到的预警等级的不同，采取相应级别的自动报警方式；
所述远程监控中心向所述移动用户端根据预警等级的不同发送相应的预警信息；
所述移动用户端能够向远程监控中心发送地质监测相关信息。
8.如权利要求7所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***，其特征是，
通过所述远程监控中心与移动用户端进行登录操作时需要进行用户认证或CA认证；
实现数据处理的全过程可追溯，确保每一条数据的上传、修改及删除均能对应到每一个远程监控中心与移动用户端。
9.基于十轴传感器的格栅位移测试***的使用方法，其特征是，包括步骤如下：
十轴传感器芯片采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息，并将所述数据信息上传到管理监测云平台；
管理监测云平台根据十轴传感器芯片采集的数据信息经过综合分析得到监测点的土工格栅变形量与位移的变化，并对数据信息进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率；
管理监测云平台将十轴传感器芯片采集的数据信息与分析结果同步更新至监测数据库服务器；
远程监控中心提取监测数据库服务器中的数据，进行进一步处理后得到土工格栅整体结构产生裂缝的宽度及其延展的趋势，并对土工格栅整体的破坏趋势进行实时监测，以便提前采取相应的防护措施，最终实现土工格栅整体状态的自动化监测与地质灾害预警；
当发生地质灾害时，根据灾害预警等级的不同，远程监控中心向移动用户端发送相应的预警信息。
10.如权利要求9所述的基于十轴传感器的格栅位移测试***的使用方法，其特征是，还包括步骤如下：
施工时，每一层嵌有十轴传感器芯片的土工格栅铺设完成后，随即进行调试，观察数据是否存在误差较大，以便及时对土工格栅中的十轴传感器芯片进行灵敏度调试；
土工格栅全部铺设完成后，进行初始化设置；
所述基于十轴传感器的格栅位移测试***在应用初期，将嵌有十轴传感器芯片的土工格栅广泛铺设，并采用全面监测的方式全面监测地质灾害完整结构体的变形情况；
利用采集处理的信息将监测预警数据库建立完成后，采用定点监测的方式，通过监测预警数据库的分析判断，重点监测易变形处的变形情况。
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