崩塌地质灾害自动化监测系统及方法与流程

1.本发明涉及一种地质灾害监测装置，更具体的说，本发明主要涉及一种崩塌地质灾害自动化监测系统及方法。


背景技术：

2.目前，用于崩塌地质灾害的装置大致有三维激光扫描仪、insar、地基sar、摄影测量等非接触式采集设备，其利用密集数据采集目标物体的状态，在目标物体出现异常时进行报警，以对崩塌地质灾害起到预警作用。但前述设备的价格昂贵，并且对目标物体的全部目标点位进行采集，数据采集量密集且数据处理量大，不利于此类设备的推广应用，因此有必要针对前述崩塌地质灾害的监测设备结构进行研究和改进。


技术实现要素：

3.本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种崩塌地质灾害自动化监测系统及方法，以期望解决现有技术中同类设备价格昂贵，且数据采集量密集且数据处理量大等技术问题。
4.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案。
5.本发明一方面提供了一种崩塌地质灾害自动化监测系统，所述的监测系统包括非接触式测量仪，所述非接触式测量仪安装在机架上，所述机架安装在旋转装置上，所述非接触式测量仪与旋转装置分别接入控制单元，其中：所述控制单元用于控制旋转装置及机架带动所述非接触式测量仪转动；所述非接触式测量仪用于在停止转动时，向被测物发射测量信号，所述测量信号具有至少一个测量点，所述非接触式测量仪获取每个测量点的三维坐标，并传输至控制单元；所述控制单元还用于根据非接触式测量仪在多个时段采集到同一方位测量点的三维坐标，分析获得变形量与变形速率，与预设的阈值进行比较，并根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害。
6.作为优选，进一步的技术方案是：所述控制单元根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害的判断结果为是时，则基于当前的变形量与变形速率生成预警信息，并通过信号发生器传输至控制端。
7.更进一步的技术方案是：所述信号发生器为无线发射器，并安装在旋转装置上。
8.更进一步的技术方案是：所述的测量信号为矩阵网络，所述测量点为所述矩阵网络中网格线的交叉点，且所述测量点位于被测物上。
9.更进一步的技术方案是：所述机架与旋转装置之间还安装有整平装置，且所述机架为u形结构，所述非接触式测量仪垂直活动安装在u形的机架上，所述机架内还安装有电机，所述电机也接入控制单元，所述电机的输出端与非接触式测量仪动力连接，所述电机用于带动非接触式测量仪在机架上垂直转动，且由旋转装置通过机架非接触式测量仪水平转动。
10.更进一步的技术方案是：所述非接触式测量仪用于从多个方位对同一被测物发射
测量信号，并获取每个方位的测量信号中测量点的三维坐标，传输至控制单元。
11.更进一步的技术方案是：所述控制单元还接入现场报警器，用于在判断发生崩塌地质灾害的结果时，输出报警信号。
12.本发明另一方面提供了一种崩塌地质灾害自动化监测方法，所述方法包括如下步骤。
13.步骤a、控制单元控制旋转装置及机架带动所述非接触式测量仪转动。
14.步骤b、非接触式测量仪在停止转动时，向被测物发射测量信号，所述测量信号具有至少一个测量点，非接触式测量仪获取每个测量点的三维坐标，并传输至控制单元。
15.步骤c、控制单元根据非接触式测量仪在多个时段采集到同一方位测量点的三维坐标，分析获得变形量与变形速率，与预设的阈值进行比较，并根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害，如判断结果为是，则基于当前的变形量与变形速率生成预警信息，并通过信号发生器传输至控制端；反之则继续当前的监测采集状态。
16.作为优选，进一步的技术方案是：所述的测量信号为矩阵网络，所述测量点为所述矩阵网络中网格线的交叉点，且所述测量点位于被测物上。
17.更进一步的技术方案是：所述步骤a中非接触式测量仪同时在水平与垂直方位转动，且所述步骤b中非接触式测量仪从多个方位对同一被测物发射测量信号，并获取每个方位的测量信号中的测量点的三维坐标，传输至控制单元。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过旋转装置水平方向的步进转动及非接触式测量仪在机架上垂直方向的步进转动，可使其测量信号形成一张覆盖被测物的测量网格，并以测量网格线的交叉点作为采集点位，可控制数据采集密度，无需高密度采集数据，也无需对非关注部位进行数据采集，从而有效减少采集的数据量，提高数据处理效率，让实时监测、实时分析、实时预报成为可能，并且在设备在使用中为非接触式采集及监测，无需在安装在被测物体表面，同时本发明所提供的一种崩塌地质灾害自动化监测系统及方法结构简单，适于在各类场景中安装使用，应用范围广阔。
附图说明
19.图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图。
20.图2为用于说明本发明一个实施例的使用状态图。
21.图中，1为非接触式测量仪、2为机架、3为旋转装置、4为控制单元、5为信号发生器、6为整平装置、7为现场报警器。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步阐述。
23.参考图1所示，本发明的一个实施例是一种崩塌地质灾害自动化监测系统，该监测系统包括非接触式测量仪1，非接触式测量仪1是一种可发送并获取测量信号的仪器，其获取测量信号无需与被测物接触。并且该该非接触式测量仪1安装在机架2上，然后将机架2安装在旋转装置3上，旋转装置3可带动机架2进行步进式的水平转动，更为重要的是，基于前述的结构，非接触式测量仪1与旋转装置3还需分别接入控制单元4，正如图中所示出的，控制单元4是一套计算机控制模块，其可作为软件安装在计算机中。
24.该控制单元4在系统使用中可控制旋转装置3及机架2带动非接触式测量仪1转动，以调整非接触式测量仪1前端的三维位置，因此前述转动包括水平转动与垂直转动；并且非接触式测量仪1在调整至合适位置时停止转动，向被测物发射测量信号，该测量信号中具有至少一个测量点，然后由非接触式测量仪1获取测量信号中每个测量点的三维坐标，并传输至控制单元4。不仅如此，前述的控制单元4还根据非接触式测量仪1在多个时段采集到同一方位测量点的三维坐标，分析获得变形量与变形速率，与预设的阈值进行比较，并根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害。确切的说，在控制单元4中，以最新一次测量所得的三维坐标与第一次测量的原始坐标之间的差值作为变形量，再以两次测量的差值与两次测量时间间隔之商作为变形速率。前述非接触式测量仪1发射及获取测量信号以光电、电磁等技术为基础，其为在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法，如激光三角法、电涡流法、超声测量法、机器视觉测量，由于这类技术在本领域中已成熟应用，且本发明仅是利用此类方法进行被测物上基于测量信号的测量点获取，故对于此类技术的实现方式以及技术细节不再详述。
25.进一步的，正如图2所示出的，实践中上述测量信号为矩阵网络，而测量点为所述矩阵网络中网格线的交叉点，该交叉点即为被测物表面某个位置的一点，该点确定后，即可获取其三维坐标信息。并且非接触式测量仪在使用中通过前述的方式从多个方位对同一被测物发射测量信号，并获取每个方位的测量信号中测量点的三维坐标，传输至控制单元4进行三维坐标的变形量与变形速率判断。
26.根据本发明的另一个实施例，为了便于非接触式测量仪1获取被测物多方位测量点的三维坐标，且使非接触式测量仪1在转动时保持水平与垂直状态，还可在上述机架2与旋转装置3之间安装一个整平装置6，通过该整平装置6使机架2上的非接触式测量仪1保持水平状态。并且为便于垂直方向的转动，还需将机架2设计为u形结构，然后将非接触式测量仪1垂直活动安装在机架2上的u形叉之间，不仅如此，在前述机架2内还需安装有电机，该电机可采用减速电机，通过嵌入式的安装在机架2内，且电机的输出端与非接触式测量仪1动力连接，同时电机也需接入上述的控制单元，使得电机可带动非接触式测量仪1在机架2上垂直转动，且由旋转装置3通过机架2非接触式测量仪1水平转动，从而使非接触式测量仪1可多角度发射测量信号，并采集被测物上每个测量点的三维坐标。
27.为便于系统向远端传输信号，还可在系统中增设一个信号发生器5，该信号发生器5为无线发射器，可安装在旋转装置3上，该信号发生器5接入控制单元4，进而当上述控制单元4根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害的判断结果为是时，则基于当前的变形量与变形速率生成预警信息，并通过信号发生器5传输至控制端。例如将预警信息传输至远端的管理部门。基于同一思路，还可将控制单元4接入一个现场报警器7，用于在判断发生崩塌地质灾害的结果时，在现场输出报警信号。
28.在本实施例中，通过旋转装置3水平方向的步进转动及非接触式测量仪1在机架2上垂直方向的步进转动，可使其测量信号形成一张覆盖被测物的测量网格，并以测量网格线的交叉点作为采集点位，可控制数据采集密度，无需高密度采集数据，也无需对非关注部位进行数据采集，从而有效减少采集的数据量，提高数据处理效率，让实时监测、实时分析、实时预报成为可能，并且在设备在使用中为非接触式采集及监测，无需在安装在被测物体表面。
29.上述实施例在使用中，旋转装置3水平旋转步进量，机架2带动非接触式测量仪1垂直方向旋转步进量，按照控制模块中预算设定好的程序规律旋转。当非接触式测量仪旋转到指定位置后，向被测物某点（即图2中红色网格交叉点）发射测量信号，获取被测物体该点的三维坐标，再次通过水平、垂直旋转获取被测物另一点的三维坐标，如此反复，最终获得被测物表面多点（如图2中红色网格线的交点）的三维坐标，并将被测物表面多点的三维坐标储存到控制单元4中。当完成测量一次后，按上述方式对被测物进行后续多次的测量，最终获得不同时间段被测物多点的三维坐标。通过对比不同时间点相同位置的测量结果，可获得被测物体表的变形量及变形速率，根据变形量或变形速率的大小，通过阈值对比来预测崩塌灾害发生的可能性。并且正如上述提到的，在前述过程中采集获取的三维坐标、以及控制单元分析获得的变形量及变形速率、发生崩塌的预警信息等等信息均可通过信号发射器5，传输至相关管理部门。
30.基于上述的系统，本发明的另一个实施例还提供了一种崩塌地质灾害自动化监测方法，该方法在上述系统结构的基础上，按照如下步骤操作。
31.步骤s1、控制单元4控制旋转装置3及机架2带动非接触式测量仪1转动；在本步骤中，非接触式测量仪1同时在水平与垂直方位转动。
32.步骤s2、非接触式测量仪1在停止转动时，向被测物发射测量信号，该测量信号具有至少一个测量点，非接触式测量仪1获取每个测量点的三维坐标，并传输至控制单元4；在本步骤中，前述测量信号为矩阵网络，测量点为矩阵网络中网格线的交叉点，该交叉点即为被测物上的某一点；在本步骤中，前述非接触式测量仪1从多个方位对同一被测物发射测量信号，并获取每个方位的测量信号中的测量点的三维坐标，传输至控制单元4。
33.步骤s3、控制单元4根据非接触式测量仪1在多个时段采集到同一方位测量点的三维坐标，分析获得变形量与变形速率，与预设的阈值进行比较，并根据比较结果判断是否发生崩塌地质灾害，如判断结果为是，则基于当前的变形量与变形速率生成预警信息，并通过信号发生器5传输至控制端；反之则继续当前的监测采集状态。
34.在上述的实施例中，通过旋转装置3水平方向的步进旋转及非接触式测量仪1垂直方向的步进转动，在不同方位发射的测量信号可形成一张覆盖被测物的测量网格，测量网络中包括多个测量点，该测量点即为被测物上的某一点，并且前述测量网格可通过计算机程序预先按被测物的轮廓特征进行布置。本发明相比三维激光扫描仪、insar、地基sar、摄影测量等非接触式测量方法而言，可控制数据采集密度，无需高密度采集数据，也无需对非关注部位进行数据采集，从而大大减少采集的数据量，提高数据处理效率，让实时监测、实时分析、实时预报成为可能，并且相较于上述昂贵的设备而言，本发明的设备成本较低。故相比gnss、倾斜计等单点接触式测量方法而言，具有监测点位多、监测范围广，无需在被测物体表安装等优势。
35.除上述以外，还需要说明到是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
36.尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，
本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。