[发明专利]基于声源定位的滑坡深部位移实时监测系统及方法

权利要求书

1.基于声源定位的滑坡深部位移实时监测系统的监测方法，所述滑坡深部位移实时监测系统，它包括用于产生超声波的超声波发生装置，所述超声波发生装置与用于接收并检测超声波信号的超声波接收装置相配合，所述超声波接收装置通过数据传输模块与数据处理模块相连；所述超声波接收装置设置在较为稳定区域的地表以下；所述超声波发生装置设置在需要监测的易滑坡区域的地表以下；

其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：

步骤1：安装超声波接收装置，对所需监控滑坡体(15)，在其较为稳定区域地表向下钻孔形成监测桩孔(9)，监测桩孔(9)钻至滑带(16)以下的基岩1-2m；

步骤2：在监测桩孔(9)中心处垂直安装内设超声波传感器(5)的钢管(8)，为充分固定钢管位置使其不随滑坡体滑动而改变位置，在桩孔基岩部分浇筑混凝土层(7)；待混凝土凝固后在桩孔内回填岩土；

步骤3：在钢管(8)上端安装太阳能电池板(2)，将超声波传感器(5)分别通供电电缆和信号传输电缆连接，并将信号传输电缆与电气箱内的编码器(3)连接，经编码后传输给无线信号发射器(4)；编码器(3)和无线信号发射器(4)均由太阳能电池板充电的蓄电池供电；

步骤4：在滑坡体上选择滑动较大的监测点位向下钻孔形成桩孔，该桩孔钻至滑带以下的基岩1-2m；

步骤5：桩孔内按一定的距离埋设超声波震子(12)，各超声波震子(12)间通过拉线电缆(11)与滑坡表面的控制器(10)连接，桩孔内回填岩土；

步骤6：超声波震子初始位置定位：待监测系统布置完成之后，通过控制器(10)控制超声波震子(12)由上至下按一定时间间隔发出固定频率的超声波信号；超声波传感器(5)接收到超声波信号并将信号放大，经信号传输电缆将信号传输至编码器(3)，编码器(3)与无线通信模块连接；无线通信模块通过移动运营商基站将超声波信号编码数据通过无线或有线的方式与终端PC连接；终端PC(14)对超声波信号编码数据处理后提取各超声波传感器接收到的各超声波震子发出的超声波信号到时，并通过公式：

式中，为超声波传感器到超声波震子i的距离；为超声波传感器到超声波震子j的距离；(x_i，y_i，z_i)为超声波传感器i坐标，(x_j，y_j，z_j)为超声波传感器j坐标，(x_o，y_o，z_o)为超声波震子坐标，c为超声波波速，t_ij为编号i和j超声波传感器接收到某一震子发出超声波的时间差；

求其最小二乘解，将求解得到的超声波震子初始位置Q(x₀，y₀，z₀)作为滑坡深部位移参考值；

步骤7：滑坡深部位移监测：滑坡体(15)在地下水位升降、爆破震动、降雨因素影响下会发生较大滑动，滑坡体(15)与基岩(17)的滑带(16)易形成剪切面，且由于多种因素影响，滑坡体(15)表面位移与深部位移不同步，如此，滑坡体(15)同步滑动的超声波震子(12)发生绝对位移，超声波震子(12)间发生相对位移，拉线电缆伸长或收缩；重复上述步骤6中对超声波震子(12)的定位过程，对滑坡体(15)滑动后各超声波震子的位置进行定位，连线同测线测点端对比原监测孔测线，实现对测线处滑坡声部位移随深度变化规律的监测；连线编号相同的测点端，实现固定点位绝对位移的监测。

2.根据权利要求1所述基于声源定位的滑坡深部位移实时监测系统的监测方法，其特征在于：所述超声波发生装置包括多个发射超声波的超声波震子(12)，相邻的两个超声波震子(12)之间通过拉线电缆(11)相连，所述拉线电缆(11)的顶部与控制器(10)相连，所述拉线电缆(11)与控制器(10)相连，所述控制器(10)和拉线电缆(11)都与蓄电池(2)相连，并提供电能。

3.根据权利要求2所述基于声源定位的滑坡深部位移实时监测系统的监测方法，其特征在于：所述超声波震子(12)所发射超声波的频率为20～80KHz，所述控制器(10)控制多个超声波震子(12)按照一定时间间隔从上至下依次发射超声波信号。