CN115988445A - 基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，属于边坡监测技术领域。由一套共用的数据收发***进行数据收发，施工开始至防护桩施工开始时采用改进的测量机器人监测方法，待防护桩施工时，在其旁1m‑2m处同步钻孔安装TDR同轴电缆，介入改进的TDR监测方法，后续组合监测。本发明的有益效果在于采用分阶段组合监测，解决气候环境因素影响且节约成本；基于无线传输的数据收发***实现数据无线、远程、实时、精确收发；改进的测量机器人监测方法监测网覆盖面广且减少棱镜用量，解决基点选择繁琐问题；改进的TDR监测方法简化施工步骤，缩短工期，且能判断加固工程效果；自动化程度高，提高监测效率的同时减少人力物力，保证监测过程安全。

Description

基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法

技术领域

本发明属于边坡监测技术领域，涉及一种基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法。

背景技术

对边坡进行时效和准确的监测是我们进行边坡稳定性分析的关键步骤。

我国地质结构复杂，地貌类型繁多，地形起伏较大，进而对边坡的监测带来了很大的挑战。同时，传统的监测技术缺陷较多，具体体现为需要人工来进行数据的采集，工作量大，而且我国大量的边坡变形失稳过程多发生在山区，多伴有暴雨和地震等恶劣气候，因而当我们人工监测时，容易发生安全事故，同时效率较低，得到的数据也多不准确。例如对地表变形常采用的大地测量法所使用的光学仪器易受环境气候和地形条件的影响、对深部变形的监测常采用钻孔测斜法所采用的钻孔测斜仪等仪器和设备的成本较高，同时监测周期长。

因而，为解决这些问题，国内外研究趋势已经向对自动化、远程监控、高精度、低成本等方面发展。涌现出一批新型监控技术，如全球定位***(GPS)、遥感技术(RS)、地理信息***(GIS)，通称为“3S”技术、地面激光扫描仪技术、合成孔径雷达干涉测量技术、数字近景摄影测量技术、分布式光纤传感技术、AE技术、InSAR技术、测量机器人和TDR技术等。

TDR技术又成为为时域反射法是一种用于测量电缆变形程度和变形位置的电测量技术，早期主要应用于通信行业；测量机器人是在全站仪基础上改进的能够代替人类进行搜索、跟踪、辨识并能精准获得距离、角度、三维坐标及影像信息的测量计算。

发明内容

为解决边坡监测问题，采用传统的人工监测方法不仅会使监测人员面临施工和监测过程中的危险，而且效率不高，数据不准确且数据收发不具有实时性，同时受恶劣天气和环境的影响较大，监测工程施工过程复杂，工期较长，人力物力消耗大，成本较高，单一的监测方法也是如此。因此本申请提出一种基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，在解决上述问题的同时又解决了传统监测方式的数据采集、传输、处理分析方式的局限性；并采用可移动式升降台装置调节测量机器人的通视条件和布设似矩形全方位监测网，解决了选点布点难和监测网覆盖面不全的问题；同时TDR同轴电缆的安装方式，解决了传统监测方式不能及时判断加固工程效果的问题，也一定程度解决了工期紧的问题。

本发明采用的技术方案如下：

基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其步骤和方法如下：

首先设置一套完整的、改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法共用的基于无线传输的数据收发***；

所述改进的测量机器人监测方法是指通过设置简易装置调节全自动全站仪的通视条件来进行边坡表面似矩形监测网上的目标棱镜的搜寻，自带数据储存***自动收集、记录监测数据，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；

所述改进的TDR监测方法是一种远程的电子测量方法，通过将TDR同轴电缆埋设距防护桩1m-2m处并与防护桩施工同步进行,TDR同轴电缆作为传感器，同轴电缆测试仪发送电脉冲并将整个同轴电缆长度的相对阻抗变化数据测读和记录下来，之后配备多路复用器，对多点进行同时监测，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；

所述基于无线传输的数据收发***包括数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块；

所述数据采集模块包括改进的测量机器人数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块；

所述改进的测量机器人监测方法数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块是指改进的测量机器人数据采集子模块与改进的测量机器人数据储存***单独有线连接、TDR同轴电缆数据采集子模块与同轴电缆检测仪单独有线连接，待改进的测量机器人监测方法和TDR监测方法开始工作时，自动进行数据采集,并以数据采集模块整体储存；

所述无线传输模块是指与数据采集模块和数据处理分析模块双向连接，用以数据的无线、实时、远程、精确收发。

所述数据处理分析模块是指与无线传输模块和终端模块双向连接，用来处理分析数据采集模块经无线传输模块传输至此的数据和相关图像；进一步将处理、分析后的数据和相关图像传输至终端模块；

所述数据处理分析模块进行数据和相关图像的处理分析是指对用以判断地表位移、变形的三维坐标数据及相关图像和用以判断地下位移、变形的同轴电缆的变形数据及相关图像，进行归类、对比、分析后，在短时间内准确输出数据报表和相应的位移、变形图；

所述地表位移主要包括水平位移、竖直位移和裂缝，地下位移、变形主要包括滑动面深度，主滑方向；

所述终端模块是指与数据处理分析模块连接用以接收数据处理分析模块传来的各种处理、分析后的数据和相关图像，将各类直观的数据报表和具体的边坡位移、变形图形呈现给观测人员；

2)进一步根据边坡各施工阶段特点进行运用改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法进行边坡分阶段组合监测的阶段规划与相关布设。施工开始至防护桩施工开始时，采用改进的测量机器人监测方法作为主要监测手段，并对改进的测量机器人监测方法进行相关布设；待防护桩施工开始时介入改进的TDR监测方法，并对TDR监测方法进行相关布设；进一步进行改进的测量机器人监测方法和TDR监测方法组合监测；

所述对测量机器人监测方法进行相关布设是指在坡顶和坡底选择较为平整地段安装并固定可移动式升降台装置；进一步在其上安装测量机器人；进一步布设测点，形成全方位观测网；进一步调整测量机器人位置，使其能搜寻到每一个测点并将测量机器人固定；进一步连接基于无线传输的数据收发***；

所述对TDR监测方法进行相关布设是指待进行防护桩施工钻孔时，在防护桩旁1m-2m处同步钻孔；进一步安装TDR同轴电缆；进一步进行水泥砂浆灌注，紧密结合周围岩土和TDR同轴电缆；进一步连接电缆检测仪；进一步连接基于无线传输的数据收发***。

进一步地，基于无线传输的数据收发***的数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块均是内置可更换充电电池，无需供电设备，所述终端模块可以是计算机端和手机端。

进一步地，所述无线传输模可以是5G无线模块、4G无线模块或Wi-Fi无线模块。

进一步地，可移动式升降台装置，由半圆形轨道和升降台组成，所述可移动式升降台装置，由半圆形轨道和升降台组成；所述半圆形轨道，内半轨和外半轨组成，在内外半轨中线上按等距离设置螺栓帽，实现升降台的移动与固定；所述升降台为手动升降台，升降台底部两侧设有对称滚轴、中间设有螺栓孔，安装于半圆轨道之上，台面设置测量机器人固定螺栓，实现测量机器人的固定。

进一步地，改进的测量机器人监测方法实现边坡位移的全方面监测是指所采用的测量机器人为具有高精度和坚固耐用的TM30测量机器人，在坡顶和坡底分别安装一台于可移动式升降台之上作为两个基准点，命名为J01、J02；进一步同时进行自上而下和自下而上成正三角形式对称布设普通圆形棱镜作为观测点，整体构成类似矩形全方位监测网；进一步利用TM30测量机器人的高精度空间定位技术确定其基准点和坐标；进一步将测量机器人数据储存***单独有线连接于测量机器人数据采集子模块；进一步通过手动设置参数控制TM30测量机器人对每个监测点进行5-10次自动巡回观测，得出三维观测数据并得到相应图像；进一步将数据和相应图像转存至单独连接的测量机器人数据采集子模块；进一步完成后续数据收发与监控。

进一步地，改进的TDR监测方法实现边坡位移的全方面监测，指首先需要待边坡防护桩施工钻孔时在距防护桩1m-2m处位置同时钻孔，并将TDR同轴电缆安放在钻孔中,进一步将TDR同轴电缆与电缆测试仪相连，电缆测试仪作为信号源，发出步进的电压脉冲通过电缆进行传输，同时反映从电缆中反射回来的脉冲信号；进一步将TDR同轴电缆数据采集子模块连接到电缆测试仪之上，对电缆测试仪起控制作用，记录和存储从电缆中反射回来的脉冲信号；进一步配备多路复用器，以对多点进行同时监测；进一步完成后续数据收发和监测。

进一步地，整体构成类似矩形监测网是指，首先分别大致测出坡顶和坡底横向宽度，作为上下两等边三角形的底边，记为上边1、下边1；进一步将两底边按1m-1.5m等距离划分为n段，形成n-1个等分点和两顶点；进一步将n-1个等分点和两顶点作为棱镜安放点并标记；进一步以上下等边三角形两底边为基准确定另外四条边位置，记为上边2、下边2、上边3、下边3，并与两底边同方法划分和标记；进一步将带有螺纹孔的棱镜基座依次固定在标记点位置；进一步将带有螺丝的普通圆形棱镜依次安装于基座之上；进一步由上下边1、边2、边3组成两个大等边三角形监测网，两者结合整体近似为矩形，作为两个标准面；进一步根据边坡特点，在边坡易失稳部位进行上、下标准面边2和边3上一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点连线上的棱镜的等距离布置，形成上下标准面内部小等边三角形子网；进一步把上、下边1的两顶点任意一点作为测量机器人巡回观测的起点；进一步自起点开始依次命名为G01、G02、G03……Gn²-n；进一步形成坡顶和坡底测量机器人绕标准面边1及边2和边3一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点的连线，成S型路线搜寻棱镜的整体全方位类似矩形监测网。

进一步地，测量机器人对每个监测点进行5-10次自动巡回观测所采集的三维观测数据和相应图像是指测量机器人进行5-10次自动巡回观测时各个固定监测点每次的三维坐标和相应的位移、变形图像；所述完成后续数据收发与监控是指测量机器人数据采集子模块采集和储存上述三维坐标和相应位移、变形图像，其中三维坐标记为M1,M2,M3…Mn；进一步将采集和储存的三维坐标和相应位移、变形图像经无线传输模块传输至数据处理分析模块，经数据处理分析模块处理、分析后，得到两两差值作为观测点的变形量，记为Δ1＝M2-M1,Δ2＝M3-M2,…Δn＝Mn-Mn-1，并归类出具***移、变形图；进一步将处理、分析后的直观数据报表和具***移、变形图传输至终端模块，用以监测地表位移、变形发展状况，主要包括水平位移、竖直位移监测和裂缝监测。

进一步地，记录和存储从电缆中反射回来的脉冲信号，进一步完成后续数据收发和监测是指同轴电缆由于边坡失稳发生扭曲、弯折、断开等变形时，特征阻抗会因此发生变化，电脉冲信号也会因此发生反射并产生一个反射信号，当TDR测试仪接收到反射信号以后，将发射信号与反射信号的延时、波长、范围和强度的数据以及相关图像转存至TDR同轴电缆数据采集子模块；进一步将上述数据经无线传输模块传输至数据处理分析模块；进一步数据处理分析模块对经无线传输模块传输至此的数据进行分析、对比，归类得到清晰的位移及变形图和数据报表；进一步将位移及变形图和数据报表传输至终端模块；进一步判断同轴电缆发生变形的位置以及变形类型，从而判断整个区域的边坡土体是否会发生变形，主要监测相对于稳定地层的地下位移，证实和确定正在发生位移的构造特征，确定潜在滑动面深度，判断主滑动面深度，判断主滑方向，判断边坡加固工程效果。

进一步地，前期未进行加固工程防护桩施工时主要应用改进的测量机器人监测方法进行监测，测量机器人经测量机器人数据采集子模块单独连接基于无线传输的数据收发***，TDR数据采集子模块不工作，待边坡防护桩开始施工时介入TDR监测方法，经TDR数据采集子模块连接基于无线传输的数据收发***。

本发明的有益效果：

发明一种基于无线传输的数据收发***，有效的解决了不同监测方式组合监测时数据的收发问题、保证了数据的精确性与时效性，实现了无线远程传输，使得监测结果以直观的报表和图形呈现给观测人员，减少了监测人员工作量；同时采用分阶段组合监测，在初期未进行加固工程防护桩施工时，采用改进的测量机器人监测方法进行监测，可以保证施工过程和监测过程的安全，同时采用自上而下和自下而上同时正三角形式对称布置观测点，不仅设计与后期数据处理简单，形成的监测网对边坡的覆盖面较广，而且有效地减少棱镜的使用数量，节约成本；同时安装简易可移动式升降台装置调节测量机器人的通视条件，解决选点难问题；待防护桩成孔施工时，距其1m-2m处同步钻孔安装TDR同轴电缆，介入改进的TDR监测方法，自此两者组合监测，简化施工步骤，缩短工期，对防护桩施工也有一定的监测效果，从而能够较为及时的判断加固工程效果，并整治；同时采用改进的TDR监测方法和改进的测量机器人监测方法组合监测，结合两者的优缺点，相互弥补，解决受恶劣天气和气候影响较大的监测问题，自动化程度较高，能实现24小时无人观测，保证了施工过程和监测过程的安全，也有效的节约成本。

附图说明

图1为本发明整体流程图；

图2为基于无线传输的数据收发***示意图；

图3为改进的测量机器人监测方法边坡监测网四等分为例布置示意图；

图4为改进的测量机器人监测方法边坡监测观测基点布置示意图；

图5为改进的TDR监测方法监测原理与布置示意图；

图6为可移动式升降台装置平面示意图；

图7为组合监测示意图；

图8为南孟溪特大桥立面图；

图9为南孟溪特大桥主塔桩基及防护桩立面图；

图10为南孟溪特大桥4#主墩堆积体边坡剖面图；

图11为南孟溪特大桥4#主墩堆积体监测图；

图12为部分观测桩监测结果图；

图13为测点1深层水平位移结果图；

图14为测点2深层水平位移结果图。

图中：1所示圆为各棱镜布设点；2为下边1；3为下边2；4为下边三；5为标准面内小正三角子网；6为上边1；7为上边2；8为上边3；9为同轴电缆检测仪；10为TDR同轴电缆；11为防护桩；12为半圆形滑动轨道；13为升降台固定螺栓；14为手动升降台；15为测量机器人固定螺栓；16为数据收发***；GC-1、GC-2、GC-3、GC-4、GC-5、GC-6、GC-7、GC-8、GC-9、GC-10、GC-11、GC-12、GC-13、GC-14、GC-15、GC-16分别为16根位移桩埋设位置；SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9分别为9根测斜管安装位置。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施例并参照附图，对本发明进一步进行详细说明：

实施例以南孟溪特大桥为例，南孟溪特大桥位于现有S311省道南孟溪大桥上游约1.7km处，是全线控制性工程，为2×30m+(160m+360m+160m)+6×40m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥长987.5m，主塔高244.5m/253.5m，主跨360m，南孟溪特大桥立面图见图8。

因为南孟溪特大桥4#墩处于堆积体的抗滑段，承台尺寸较大、主塔较高,为确保施工期间以及运营时期主体工程安全，承台上下缘分别设置防护桩。具体的设计如下：

(1)4#墩下缘6m处设置一排埋入式护坡桩(设计抗滑力500KN/m),桩长25m,桩径1.8m,桩间距2m,共28根，桩顶设置1.8×1.5m冠梁连接。

(2)4#墩上缘1.1m处设置16根方形2.5m×3m抗滑桩，桩长32-36m，桩间距5m，桩顶设3m×1.5m冠梁连接。

(3)4号主塔下设为30根直径2.8m嵌岩桩，桩长27-30m。

方桩两侧边坡按1:1.25放坡，后缘边坡按1:1.5放坡，一坡到顶，最大坡高12.1m,端部边坡坡率按1:1.25～1:1.5渐变。边坡采用框架锚杆植草防护。坡口线外侧设置一道截水沟。坡体设置2排仰斜式排水孔，横向间距5m,竖向间距4m,承台底临时排水沟，后期改为排水盲沟，4#主塔桩基及防护桩立面图见图9。

目前该工程的地下工程已经施工完成，且取得的效果较为良好，具体成功原因分析如下:

(1)勘察方面：针对地形地貌、地层岩性、水文地质、区域地震动参数等方面进行了全方位的勘探，并严格执行各项法律、法规和工程建设强制性标准。编制了一套完整的、详细的、质量较高的勘察质量报告，为后续施工提供了基础性保证。

(2)施工设计方面：该地下工程施工在工程设计的过程中严格根据地质勘探资料和建设单位对工程功能使用要求进行科学设计，严格执行了国家有关法律法规和工程建设强制性标准。施工的具体顺序如下：首先施工4#主墩上部开挖面***截水沟，布设地表检测点；进一步施工4#墩下缘、上缘支护排桩；进一步开挖承台土方，施做承台四周排水；进一步施工主墩桩基础；进一步完成承台施工后，回填台后空隙。设计的施工顺序科学、合理，且编制了完整的进度计划并严格遵守，有效的节约了工期，保证了施工的顺利进行。

(3)施工过程方面：材料的采购严格根据施工图、施工组织设计、本专项施工方案编制人工挖孔桩项目所需主要物资用量总计划，列明所需物资的品名、规格、质量、数量以及合同文件及供应协议规定的其它要求，并且严格执行订购、加工合同及技术标准进行材料验收，此做法保证了材料的质量，从而保证了工程的质量；针对施工过程所用设备，严格按照施工规范和标准进行归类、定期保养和检查；针对桩基础施工，有着科学、严谨的施工工艺，且在施工过程中严格按照设计图纸和计算要求施工，并采用了现场监测采用仪器监测与巡视检查相结合的监测方法，能够及时发现施工问题并整治，保证施工的质量；包括其中的***施工、钢筋笼制作与安装、混凝土施工等都严格依据施工规范和设计要求。为工程的成功提供了实质性的保障。

(4)监测工程方面：具有完善的监测体系，根据监测效果可对施工过程及时进行调整，降低施工误差，保证了施工过程的顺利进行，其中对于地表变形监测,采用全站仪进行水平位移监测,水准仪进行垂直变形监测。采用标桩、直尺或裂缝计观测地表裂缝发展情况。对地下位移监测，采用测斜仪监测深层岩土***移，监控边坡的变形发展趋势，确定潜在的滑动面深度，判定主滑方向。

为了凸显出本发明的目的、技术方案和有益效果，下面对南孟溪特大桥4#主墩堆积体边坡监测工程的***方案和具体劣势进行具体阐述如下：

南孟溪特大桥4#主墩堆积体处监测包括施工期监测、防治效果监测和营运期监测。施工期监测主要采取地表位移监测，必要时采用深孔位移监测，以坡体变形数据来修正设计，指导施工，以确保施工安全，并且检验工程效果。运营期的监测有地表位移监测、坡体和桩体深层水平位移监测、地下水位监测等。防治效果监测结合施工期和营运期监测进行。南孟溪特大桥4#主墩堆积体边坡剖面图见图10。

针对南孟溪特大桥边坡监测而言，对于地表变形监测,采用传统的全站仪进行水平位移监测,水准仪进行垂直变形监测。采用标桩、直尺或裂缝计观测地表裂缝发展情况。对地下位移监测，采用测斜仪监测深层岩土***移，监控边坡的变形发展趋势，确定潜在的滑动面深度，判定主滑方向。观测标布置数量表见下表1，监测图见图11，图11中GC-1、GC-2、GC-3、GC-4、GC-5、GC-6、GC-7、GC-8、GC-9、GC-10、GC-11、GC-12、GC-13、GC-14、GC-15、GC-16为16根位移桩埋设位置；SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9为9根测斜管安装位置。

表1观测标布置数量表

监测工程具体施工步骤如下：

(1)对于测桩埋设：

在堑顶外的自然地面位移观测桩采用C15钢筋混凝土预制桩；在边坡中部、平台、以及坡脚处的观测桩可埋设钢筋混凝土预制桩或钢钎观测桩。土质边坡段深埋混凝土桩作观测桩，石质边坡可在稳固岩面上做20cm见方的标石(埋设观测点)，设有挡土墙等加固设施者，应在其顶面埋设观测点。观测点用不小于φ16的钢筋，顶端磨成半球形，中间刻十字。

在堑顶外自然边坡上埋设C15钢筋混凝土预制桩，桩截面尺寸为15cmX15cm正方形，长度不小于1.5m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。确保观测桩埋置稳定。在边坡平台、坡脚处设置钢钎观测桩，埋入深度不应小于30cm。钢钎顶部应刻上“十”字叉，并涂上防锈蚀红色油漆。

监测仪器宜选取采用精度≤1＂的高精度全站仪，本项目监测仪器为传统全站仪1台，并已标定合格。量测采用角度交汇法进行观测。

(2)对于测斜管安装：

①定位准确。测斜导管埋设于平台坡脚位置。

②在选定的部位钻孔，孔径以大于测斜导管外径40mm为宜，钻孔的铅直度偏差不大于1度；孔深达设计要求。

③接长管道时，使导向槽严格对正，不得偏扭。

④测斜导管底部要装有底盖，底盖及各测斜导管连接处应进行封闭处理，以防泥浆、杂物进入管内。

⑤埋设过程如下：将有底盖的测斜导管放入钻孔内，用管接头将测斜导管连接，好预留段长度,然后逐根边铆接、边封闭边下入孔内，注意应使测斜导管内的一对导槽向预计位移的主方向靠近。

⑥测斜导管与孔壁之间的空隙可用中粗砂回填。

⑦埋设完成后，应及时将测斜导管的有关资料记入埋设考证记录表。考证表的主要内容包括：工程名称、仪器型号、生产厂家、测斜孔编号、孔深、孔口高程、孔底高程、埋设位置、埋设方式、导槽方向、测斜导管规格、埋设示意图、主要埋设人员、埋设日期等。

⑧测斜导管埋好后，经一段时间稳定后，即可建立初值。

监测周期为坡体开挖至建成营运后不少于两年，或视坡体变形情况予以延长，防治效果监测时间在整治工程完工且公路营运后不少于一年。

监测的频率如下:

a、地表位移监测2～3次/周，变形时1次/天，变形剧烈时每天数次；

b、地下位移监测1～2次/月，变形时1～2次/周，变形剧烈时1次/天。

部分观测桩监测结果图见图12，测斜管监测结果图(测点1、测点2深层水平位移)见图13、14。

由上可分析出南孟溪特大桥监测工程的劣势如下：

(1)采用传统的全站仪进行水平位移监测,水准仪进行垂直变形监测，监测方法受恶劣天气和环境影响较大，同时因通视条件限制会造成选点布点有一定难度；

(2)测斜管和测桩的安装和埋设施工步骤繁琐且工程量较大，同时技术含量较高，严重影响工期；

(3)测斜管和观测桩所需数量较多且不能重复利用，因而成本较高，不够经济；

(4)监测方法独立，数据的采集、处理分析过程繁琐，多为人工操作，进而导致工作量较大且不具有时效性和精确性；

(5)在整个监测过程中，所需要的人工多，且人工均要为相关技术人员，人工监测频率也较高，进而耗时耗力，增加成本，也不利于监测过程的安全；

因而，基于以上南孟溪特大桥监测工程的几点劣势，可引入本发明基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法来进行全天候的坡面监测，具体实施步骤如下：

如图2所示，本实施例首先设置了一套完整的、改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法共用的基于无线传输的数据收发***。

本实施例中改进的测量机器人监测方法是指通过设置简易装置调节全自动全站仪的通视条件来进行边坡表面似矩形监测网上的目标棱镜的搜寻，自带数据储存***自动收集、记录监测数据，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；改进的TDR监测方法是一种远程的电子测量方法，通过将TDR同轴电缆埋设距防护桩1m-2m处并与防护桩施工同步进行，TDR同轴电缆作为传感器，同轴电缆测试仪发送电脉冲并将整个同轴电缆长度的相对阻抗变化数据测读和记录下来，之后配备多路复用器，对多点进行同时监测，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；

本实施例中基于无线传输的数据收发***包括数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块；其中本实施例中数据采集模块包括改进的测量机器人数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块；本实施例中改进的测量机器人数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块，是指改进的测量机器人数据采集子模块与改进的测量机器人自带数据储存***单独有线连接、TDR同轴电缆数据采集子模块与同轴电缆检测仪单独有线连接，待改进的测量机器人和TDR技术开始工作时，自动进行数据采集,并以数据采集模块整体储存；本实施例中无线传输模块，是与数据采集模块和数据处理分析模块双向连接，用以数据的无线远程收发；本实施例中数据处理分析模块是与无线传输模块和终端模块双向连接以接收数据采集模块经无线传输模块传输至此的数据和相关图像并进行处理分析，将处理、分析后的数据和相关图像传至终端模块；本实施例中数据处理分析模块进行数据和相关图像的处理分析是指对用以判断地表位移、变形的三维坐标数据及相关图像和用以判断地下位移、变形的TDR同轴电缆的变形数据及相关图像，进行归类、对比、分析后，在短时间内准确输出数据报表和相应的位移、变形图；本实施例中地表位移主要包括水平位移、竖直位移和裂缝，地下位移、变形主要包括滑动面深度，主滑方向；本实施例中终端模块是指与数据处理分析模块连接用以接收数据处理分析模块传来的各种处理、分析后的数据和图形，将具体的边坡位移、变形图和各类直观的数据报表呈现给观测人员；

本实施例中基于无线传输的测量数据收发***的数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块均是内置可更换充电电池，无需供电设备，所述终端模块可以是计算机端和手机端，其中无线传输模块可以是5G无线模块、4G无线模块或Wi-Fi无线模块。

具体表现为，前期未进行加固工程防护桩施工时采用改进的测量机器人监测方法监测，仅用测量机器人数据储存***有线连接于测量机器人数据采集子模块，TDR数据采集子模块处于不工作状态，待防护桩开始施工时，介入TDR监测方法，TDR数据采集子模块连接同轴电缆检测仪，开始工作，进而完成后续的数据采集、处理分析和传输。其目的在于解决传统组合监测方法的劣势，如南孟溪特大桥监测过程劣势(4)，使得数据的采集、分析处理具有连贯性、实时精准性，解决了人工分析处理数据结果的劣势，使得两种监测方法得到的数据以分析处理后得到的直观结果的形式同时反映给监测人员；

本实施例中，根据边坡不同阶段的施工特点采取不同的监测措施，施工开始至防护桩施工开始时以改进的测量机器人监测方法作为主要监测手段，布置步骤如下：

如图6所示，本实施例首先需要在坡顶和坡底选择较为平整地段安装并固定由半圆形轨道和手动升降台组成的可移动式升降台装置，其中半圆轨道由内半轨道和外半轨组成，在内外半轨的中线上按等距离设置螺栓帽，实现升降台的移动与固定；手动升降台底部两侧设有对称滚轴、中间设有螺栓孔，安装与半圆轨道之上，台面设置全自动全站仪固定螺栓，实现升降台的移动和测量机器人的固定；

进一步地，在坡顶和坡底分别安装一台具有高精度和坚固耐用的TM30测量机器人于可移动式升降台之上，作为两个基准点；

如图4所示，进一步地，调整测量机器人位置，使其能搜寻到每一个测点并将TM30测量机器人固定，命名为J01、J02；

具体表现为，安装测量机器人于可移动式升降台之上，可以进行180度移动，调节通视条件，其目的在于解决传统的全站仪进行水平位移监测,水准仪进行垂直变形监测等地表位移监测时受通视条件限制选点布点难的问题，如南孟溪特大桥监测过程劣势(1)；

如图3所示，本实施例接着需要分别大致测出坡顶和坡底横向宽度，作为上下两等边三角形的底边，记为上边1、下边1；进一步将两底边按1m-1.5m等距离划分为n段，形成n-1个等分点和两顶点；进一步将n-1个等分点和两顶点作为棱镜安放点并标记；进一步以上下等边三角形两底边为基准确定另外四条边位置，记为上边2、下边2、上边3、下边3，并与两底边同方法划分和标记；进一步将带有螺纹孔的棱镜基座依次固定在标记点位置；进一步将带有螺丝的普通圆形棱镜依次安装于基座之上；进一步由上下边1、边2、边3组成两个大等边三角形监测网，两者结合整体近似为矩形，作为两个标准面；进一步根据边坡特点，在边坡易失稳部位进行上、下标准面边2和边3上一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点连线上的棱镜的等距离布置，形成上下标准面内部小等边三角形子网；进一步把上、下边1的两顶点任意一点作为测量机器人巡回观测的起点；进一步自起点开始依次命名为G01、G02、G03……Gn²-n；进一步形成坡顶和坡底测量机器人绕标准面边1及边2和边3一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点的连线，成S型路线搜寻棱镜的整体全方位类似矩形监测网；

具体表现为，棱镜的安装有效的取代了传统监测方法观测桩的施工布置，且可重复使用，形成连贯的观测网，使测量机器人能够连续性的搜寻到每一个监测点的棱镜，进而完成监测，其中标准面内部的小正三角形子网可设可不设，根据边坡具体特点进行选择，易失稳位置重点布设；其目的在于在减少棱镜用量，在节约成本的基础上，形成覆盖面较广的监测网，保证测量机器人搜索棱镜具有连续性及后续数据处理简单，也缩短工期，保证施工过程和监测过程的安全；

进一步地，利用TM30测量机器人的高精度空间定位技术确定其基准点和坐标，通过手动设置参数控制TM30测量机器人对每个监测点进行5-10次自动巡回观测，接着连接测量机器人数据采集子模块，开始进行5-10次自动巡回监测；

进一步地，进行监测数据的收发、处理、分析；

本实施例中监测数据的收发、处理、分析步骤及原理如下：

测量机器人数据采集子模块采集和储存测量机器人对监测点进行5-10次自动巡回观测所得到的用以判断地表位移、变形的三维坐标数据和相关图像，其中三维坐标数据记为M1,M2,M3…Mn；

进一步地，测量机器人数据采集子模块将采集和储存的三维坐标数据和相关图像经无线传输模块传输至数据处理分析模块；

进一步地，数据处理分析模块分析和处理接收到的三维坐标数据和相关图像，主要包括用以判断地表位移、变形的三维坐标数据和相关图像，得到其两两差值作为观测点的变形量，记为Δ1＝M2-M1,Δ2＝M3-M2,…Δn＝Mn-Mn-1，并归类出位移、变形图，进而在短时间内准确输出数据报表和位移、变形图；

进一步地，终端模块接收数据处理分析模块传来的各种处理、分析后的数据报表和位移、变形图，进而将地表位移、变形发展状况，主要包括水平位移、竖直位移和裂缝的各类直观数据报表和位移、变形图呈现给观测人员。

具体表现为，依据数据处理分析模块进行数据处理分析，通过两点间的三维坐标简单做差得出变形量，同时可得到相关位移、变形图。其目的在于解决传统的全站仪进行水平位移监测,水准仪进行垂直变形监测等地表位移监测时人工分析处理数据工作量大的问题，如南孟溪特大桥监测过程劣势(4)；

本实施例中，待防护桩施工时，介入改进的TDR监测装置，具体步骤如下：

本实施例中，首先需要在边坡防护桩施工钻孔时同步在距防护桩1-2m处位置钻孔，并将TDR同轴电缆安放在钻孔中；

进一步地，将TDR同轴电缆与电缆测试仪相连；

进一步地，将TDR同轴电缆数据采集子模块连接到电缆测试仪之上；

进一步地，配备多路复用器，以对多点进行同时监测；

进一步地，连接基于无线传输的数据收发***，开始进行监测；

具体表现为，通过简易步骤埋设TDR同轴电缆取代了传统地下监测测斜管的安装过程。其目的在于解决传统埋设测斜仪监测地下位移的问题，南孟溪特大桥监测过程劣势(2)、(3)，有效缩短工期的同时降低成本，对防护桩的施工也有一定的监测效果，且数据的采集具有实时性，对加固工程效果判断更为快捷；

本实施例中，对TDR监测装置的监测数据分析处理原理及步骤如下：

首先，边坡失稳发生扭曲、弯折、断开等变形时，特征阻抗会因此发生变化，电脉冲信号也会因此发生反射并产生一个反射信号，当TDR测试仪接收到反射信号以后，将发射信号与反射信号的延时、波长、范围和强度的数据以及相关图像转存至TDR同轴电缆数据采集子模块，接着经无线传输模块传输至数据处理分析模块；

进一步地，数据处理分析模块对数据和相关图像进行处理分析，得到清晰直观的位移及变形图和数据报表，进一步将处理、分析后的位移及变形图和数据报表传输至终端模块；

进一步地，终端模块对数据处理分析模块传来的位移及变形图和数据报表进行分析，来判断同轴电缆发生变形的位置以及变形类型，从而判断整个该区域的边坡土体是否会发生变形，证实和确定正在发生位移的构造特征，确定潜在滑动面深度，判断主滑动面深度，判断主滑方向，判断边坡加固工程效果。如图5所示；

如图7所示，本实施例中，结合改进的TDR监测装置受环境、气候影响较小、成本较低、能长时间周期性观测相对于稳定地层的地下岩***移且能判断边坡加固效果，与用以监测地表位移、变形发展状况，主要包括水平位移、竖直位移监测和裂缝监测的测量机器人互补，进行24小时实时观测，保证监测的时效性和加固效果的安全性；

具体表现为，自此开始，改进的测量机器人和TDR监测装置进行全天候组合监测，两者共用基于无线传输的数据收发***，进行地表和地下监测数据的实时收发、分析处理与反馈。其目的在于解决恶劣气候和环境对监测工程的影响，实现地表和地下位移监测数据的同步收发，提高自动化程度。

Claims (10)

1.一种基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：

1)首先设置一套完整的、改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法共用的基于无线传输的数据收发***；

所述改进的测量机器人监测方法是指通过设置简易装置调节全自动全站仪的通视条件来进行边坡表面似矩形监测网上的目标棱镜的搜寻，自带数据储存***自动收集、记录监测数据，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；

所述改进的TDR监测方法是一种远程的电子测量方法，通过将TDR同轴电缆埋设距防护桩1m-2m处并与防护桩施工同步进行，TDR同轴电缆作为传感器，同轴电缆测试仪发送电脉冲并将整个同轴电缆长度的相对阻抗变化数据测读和记录下来，之后配备多路复用器，对多点进行同时监测，进而连接基于无线传输的数据收发***进行监测数据收发，从而实现边坡位移的全方面监测的方法；

所述基于无线传输的数据收发***包括数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块；

所述数据采集模块包括测量机器人数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块；

所述测量机器人数据采集子模块和TDR同轴电缆数据采集子模块是指测量机器人数据采集子模块与改进的测量机器人数据储存***单独有线连接、TDR同轴电缆数据采集子模块与同轴电缆检测仪单独有线连接，待改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法开始工作时，自动进行数据采集,并以数据采集模块整体储存；

所述无线传输模块是指与数据采集模块和数据处理分析模块双向连接，用以数据的无线、实时、远程、精确收发；

所述数据处理分析模块是指与无线传输模块和终端模块双向连接，用来处理分析数据采集模块经无线传输模块传输至此的数据和相关图像；进一步将处理、分析后的数据和相关图像传输至终端模块；

所述数据处理分析模块进行数据和相关图像的处理分析是指对用以判断地表位移、变形的三维坐标数据及相关图像和用以判断地下位移、变形的TDR同轴电缆的变形数据及相关图像，进行归类、对比、分析后，在短时间内准确输出数据报表和相应的位移、变形图；

所述终端模块是指与数据处理分析模块连接用以接收数据处理分析模块传来的各种处理、分析后的数据和相关图像，将各类直观的数据报表和具体的边坡位移、变形图形呈现给观测人员；

2)进一步根据边坡各施工阶段特点进行运用改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法进行边坡分阶段组合监测的阶段规划与相关布设，施工开始至防护桩施工开始时，采用改进的测量机器人监测方法作为主要监测手段，进一步对改进的测量机器人监测方法进行相关布设；待防护桩施工开始时介入改进的TDR监测方法，进一步对改进的TDR监测方法进行相关布设；进一步进行改进的测量机器人监测方法和改进的TDR监测方法的组合监测；

所述对改进的测量机器人监测方法进行相关布设是指在坡顶和坡底选择较为平整地段安装并固定可移动式升降台装置；进一步在其上安装测量机器人；进一步布设测点，形成全方位观测网；进一步调整测量机器人位置，使其能搜寻到每一个测点并将测量机器人固定；进一步连接基于无线传输的数据收发***；

所述对改进的TDR监测方法并进行相关布设是指待进行防护桩施工钻孔时，在防护桩旁1m-2m处同步钻孔；进一步安装TDR同轴电缆；进一步进行水泥砂浆灌注，紧密结合周围岩土和TDR同轴电缆；进一步连接同轴电缆检测仪；进一步连接基于无线传输的数据收发***。

2.如权利要求1所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述基于无线传输的数据收发***的数据采集模块、无线传输模块、数据处理分析模块、终端模块均是内置可更换充电电池，无需供电设备，所述终端模块可以是计算机端和手机端。

3.如权利要求1所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述基于无线传输的数据收发***的无线传输模块可以是5G无线模块、4G无线模块或Wi-Fi无线模块。

4.如权利要求1所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述可移动式升降台装置，由半圆形轨道和升降台组成；所述半圆形轨道，由内半轨和外半轨组成，在内外半轨中线上按等距离设置螺栓帽，实现升降台的移动与固定；所述升降台为手动升降台，升降台底部两侧设有对称滚轴、中间设有螺栓孔，安装于半圆轨道之上，台面设置测量机器人固定螺栓，实现测量机器人的固定。

5.如权利要求1所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述改进的测量机器人监测方法实现边坡位移的全方面监测，指所采用的测量机器人为具有高精度和坚固耐用的TM30测量机器人，在坡顶和坡底分别安装一台于可移动式升降台之上作为两个基准点，命名为J01、J02；进一步同时进行自上而下和自下而上成正三角形式对称布设普通圆形棱镜作为观测点，整体构成类似矩形全方位监测网；进一步利用TM30测量机器人的高精度空间定位技术确定其基准点和坐标；进一步将测量机器人数据储存***单独有线连接于测量机器人数据采集子模块；进一步通过手动设置参数控制TM30测量机器人对每个监测点进行5-10次自动巡回观测，得出三维观测数据和相应图像；进一步将数据和相应图像转存至单独连接的测量机器人数据采集子模块；进一步完成后续数据收发和监测。

6.如权利要求1所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述改进的TDR监测方法实现边坡位移的全方面监测，指首先需要待边坡防护桩施工钻孔时在距防护桩1m-2m处位置同步钻孔，并将TDR同轴电缆安放在钻孔中；进一步将TDR同轴电缆与同轴电缆测试仪相连，同轴电缆测试仪作为信号源，发出步进的电压脉冲通过同轴电缆进行传输，同时反映从同轴电缆中反射回来的脉冲信号；进一步将TDR同轴电缆数据采集子模块连接到同轴电缆测试仪之上，对同轴电缆测试仪起控制作用，记录和存储从同轴电缆中反射回来的脉冲信号；进一步配备多路复用器，以对多点进行同时监测；进一步完成后续数据收发和监测。

7.如权利要求5所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，特征在于：所述整体构成类似矩形监测网，指首先分别大致测出坡顶和坡底横向宽度，作为上下两等边三角形的底边，记为上边1、下边1；进一步将两底边按1m-1.5m等距离划分为n段，形成n-1个等分点和两顶点；进一步将n-1个等分点和两顶点作为棱镜安放点并标记；进一步以上下等边三角形两底边为基准确定另外四条边位置，记为上边2、下边2、上边3、下边3，并与两底边同方法划分和标记；进一步将带有螺纹孔的棱镜基座依次固定在标记点位置；进一步将带有螺丝的普通圆形棱镜依次安装于基座之上；进一步由上下边1、边2、边3组成两个大等边三角形监测网，两者结合整体近似为矩形，作为两个标准面；进一步根据边坡特点，在边坡易失稳部位进行上、下标准面边2和边3上一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点连线上的棱镜的等距离布置，形成上下标准面内部小等边三角形子网；进一步把上、下边1的两顶点任意一点作为测量机器人巡回观测的起点；进一步自起点开始依次命名为G01、G02、G03……Gn²-n；进一步形成坡顶和坡底测量机器人绕标准面边1及边2和边3一等分点、二等分点、三等分点……n-1等分点的连线，成S型路线搜寻棱镜的整体全方位类似矩形监测网。

8.如权利要求5所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述测量机器人对每个监测点进行5-10次自动巡回观测所采集的三维观测数据和相应图像，指测量机器人进行5-10次自动巡回观测时各个固定监测点每一次的三维坐标和相应的位移、变形图像；所述完成后续数据收发和监测是指测量机器人数据采集子模块采集和储存上述三维坐标和相应位移、变形图像，其中三维坐标记为M1,M2,M3…Mn；进一步将采集和储存的三维坐标和相应位移、变形图像经无线传输模块传输至数据处理分析模块，经数据处理分析模块处理、分析后，得到两两差值作为观测点的变形量，记为Δ1＝M2-M1,Δ2＝M3-M2,…Δn＝Mn-Mn-1，并归类出具***移、变形图；进一步将处理、分析后的直观数据报表和具***移、变形图传输至终端模块，用以监测地表位移、变形发展状况，主要包括水平位移、竖直位移监测和裂缝监测。

9.如权利要求6所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：所述记录和存储从电缆中反射回来的脉冲信号，进一步完成后续数据收发和监测，指同轴电缆由于边坡失稳发生扭曲、弯折、断开等变形时，特征阻抗会因此发生变化，电脉冲信号也会因此发生反射并产生一个反射信号，当同轴电缆测试仪接收到反射信号以后，将发射信号与反射信号的延时、波长、范围、强度的数据以及相关图像转存至TDR同轴电缆数据采集子模块；进一步将上述数据和相关图像经无线传输模块传输至数据处理分析模块；进一步数据处理分析模块对数据和相关图像进行分析、对比，归类；进一步得到清晰的位移及变形图和数据报表；进一步将位移及变形图和数据报表传输至终端模块；进一步判断同轴电缆发生变形的位置以及变形类型，从而判断整个区域的边坡土体是否会发生变形，主要监测地下位移，证实和确定正在发生位移的构造特征，确定潜在滑动面深度，判断主滑动面深度，判断主滑方向，判断边坡加固工程效果。

10.如权利要求1-9所述基于无线传输的边坡分阶段组合监测的方法，其特征在于：前期未进行加固工程防护桩施工时主要应用改进的测量机器人监测方法进行监测，测量机器人经测量机器人数据采集子模块单独连接基于无线传输的数据收发***，TDR数据采集子模块不工作，待边坡防护桩开始施工时介入改进的TDR监测方法，经TDR数据采集子模块连接基于无线传输的数据收发***，之后进行组合监测。

Images