滑坡体内部位移无线监测系统研制

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinje2004_2005
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滑坡灾害对于社会经济发展和人民生命财产安全有重大威胁。为有效预测滑坡发生,需要对滑坡地表裂缝位移、倾斜角等参数进行获取。特别是滑坡体内部应力以及内部位移等特征参数的获取,能够更好地反映滑坡体的实际变形特征。基于电磁互感效应的无线位移测量技术,为滑坡内部位移监测提供了一种新的思路,克服了传统位移计在滑坡体内埋设困难、滑移时易剪断等难题,但亦存在量程小、位移解算方法复杂等问题。基于此,本文开展以下研究:(1)滑坡体内部位移无线传感模型研究。研究基于互感效应的滑坡体内部位移监测方法,研究滑移引起传感节点运动之后的空间姿态测量方法,以此构建基于电磁互感效应的滑坡体内部位移三维空间表达模型。(2)滑坡体内部位移无线监测装置研发。为验证本设计中所提出的传感模型,开展基于STM32控制器的系统设计,形成基于电磁互感电压与三维角度的滑坡体内部位移无线监测装置硬件系统,并开发控制程序和上位机软件。(3)基于实测数据的滑坡体内部位移解算方法研究。考虑到现有位移解算模型计算难度较大,研究基于实测数据的位移解算方法,以期建立滑坡内部位移与互感电压关联样本库,构建位移解算模型。主要取得了以下成果:(1)滑坡体内部位移的监测方法,基于电磁互感原理,利用三个互感电压和三维角度对空间位置进行求解,研究并建立了基于互感电压、三维角度和滑坡体内部位移的耦合模型。(2)滑坡体内部位移无线监测系统搭建,基于互感电压、三维角度测量技术,设计了传感节点和位移传感装置,形成了基于互感电压与三维角度的滑坡体内部位移无线监测系统。测试表明:所研发的系统可以实现对滑坡体内部位移的无线监测。(3)基于实测样本数据的滑坡体内部位移解算模型。基于实测的互感电压、三维角度值,使用不同的位移解算模型,完成了滑坡体内部位移的解算。进一步完成了系统性能测试,结果表明:位移无线监测系统可以实现15cm~50cm范围内的垂直位移监测,最大水平位移监测范围可达到±40cm,垂直位移测量误差控制在0.45cm,水平位移测量误差控制在0.67cm,复合位移测量误差控制在0.88cm,角度测量误差小于0.2°。本文创新点体现在:(1)监测方法。针对电磁互感效应位移测量技术中存在对测量空间平面角度变化不明确的问题,本文采用三维角度测量法对位移传感装置所在空间平面的变化进行确定,采用互感电压对变化后的空间位置进行确定,以此构建了互感电压、三维角度的滑坡体内部位移监测方法。(2)基于实测样本数据的位移解算模型。使用实测数据对传感节点位置进行确定可以降低位移计算难度,相比于基于电磁互感效应的位移测量技术中只能对单一位移(水平位移/垂直位移)进行解算的缺陷,通过对不同模型的识别,可以实现对不同运动状态下的位移解算。
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