一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【專利摘要】一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，包括第一發(fā)射裝置，第二發(fā)射裝置，接收裝置，基帶信號發(fā)生器，所述第一發(fā)射裝置位于下部穩(wěn)定坡面，第二發(fā)射裝置位于中部滑動坡面，接收裝置位于上部穩(wěn)定坡面，基帶信號發(fā)生器連接第一發(fā)射裝置和第二發(fā)射裝置，接收裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)連接終端裝置。本發(fā)明監(jiān)測裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能耗低、部署點少、測距精度高等優(yōu)點，適合偏遠地區(qū)長期部署監(jiān)測。本發(fā)明監(jiān)測裝置可靠性好，不受降雨、大霧等天氣因素的影響，可實現(xiàn)全天候自動化測量，易于維護。
【專利說明】一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，涉及山體滑坡監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]山體滑坡嚴(yán)重威脅人民的生命財產(chǎn)安全，破壞建筑、公路、鐵路等設(shè)施，給國家造成了巨大的經(jīng)濟損失，是我國最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一。山體滑坡的成因復(fù)雜，包括地震、地殼運動、降水、河流沖刷、地下水活動、人為因素等，預(yù)測困難。因此，對山體滑坡進行實時監(jiān)測很有必要。
[0003]常用的山體滑坡位移監(jiān)測方法可以分為以下2類:內(nèi)觀法和外觀法。內(nèi)觀法多采用測斜儀等監(jiān)測滑坡體的深部變形，但需要配合鉆孔開挖等工程，施工量大，實時監(jiān)測困難，且測量量程較小，監(jiān)測裝置的故障率高；外觀法的直接測試手段主要有常規(guī)監(jiān)測位移傳感器和GPS 全球定位系統(tǒng)。常規(guī)監(jiān)測位移傳感器是通過安裝在移動坡面的牽引鋼絲，采用各種直接或間接的位移傳感器，如角度傳感器、伸縮位移傳感器感測活動坡面相對于穩(wěn)定坡面的位移量，但該類傳感器存在安裝施工不便的問題；普通GPS技術(shù)監(jiān)測滑坡，測量精度不高，若采用靜態(tài)差分GPS技術(shù)，其設(shè)備的價格較高。高精度、低成本、能自動化實時測量的滑坡體監(jiān)測裝置仍具有廣闊的市場前景。
[0004]無線電滑坡監(jiān)測技術(shù)能實現(xiàn)無人值守的自動化實時監(jiān)測，監(jiān)測裝置簡單，具有很高的性價比。無線電滑坡監(jiān)測的原理是基于無線電的干涉測距。傳統(tǒng)的方法是通過兩個發(fā)射裝置A、B同時發(fā)射頻率相近的高頻正弦波信號，在接收裝置C、D處產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，接收裝置C、D將高頻信號處理后取出干涉信號的低頻包絡(luò)并計算包絡(luò)相位Φο、Φ(1，獲取兩個接收點包絡(luò)的相位差Φ(χΙ=Φ(3-Φ(1，計算四元組合AB⑶對應(yīng)的干涉距離，推導(dǎo)滑坡位移的變化量。其測距精度可以達到厘米的級別，但這種精度不能滿足滑坡監(jiān)測的要求。已有專利”基于無線電干涉技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測系統(tǒng)”(專利號201110091416.5)對上述方法進行了優(yōu)化，通過N個頻率上的M次干涉測量，結(jié)合偏差收索函數(shù)計算干涉距離的變化。這種方法在一定程度上改善了測量精度，但仍存在如下問題:
I)、需要采用多個接收裝置接收相干信號來消除相位誤差，監(jiān)測系統(tǒng)配置成本高；各接收裝置之間需要進行網(wǎng)絡(luò)同步授時，增加了接收裝置硬件設(shè)計的復(fù)雜程度。
[0005]2)、改進的算法不能完全消除多徑效應(yīng)的影響。高頻電磁波是一種球面波，發(fā)射裝置發(fā)射的正弦波信號可以通過直線的最短路徑傳播到達接收裝置，也可以通過地面、山林等物體反射后到達接收裝置，接收的干涉信號是這些信號的疊加后的結(jié)果。在這種情況下測得的相位存在較大誤差，采用多次測量能改善相位誤差，但不能消除誤差，仍會導(dǎo)致較大的測距誤差。
[0006]3)、采用四元組合計算干涉距離，算法復(fù)雜，對軟硬件配置要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中無法在線精確測量山體滑坡及軟硬件配置復(fù)雜的缺陷，提供一種能精確測量山體滑坡、結(jié)構(gòu)簡單的山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置，包括第一發(fā)射裝置，第二發(fā)射裝置，接收裝置，基帶信號發(fā)生器，所述第一發(fā)射裝置位于下部穩(wěn)定坡面，第二發(fā)射裝置位于中部滑動坡面，接收裝置位于上部穩(wěn)定坡面，基帶信號發(fā)生器連接第一發(fā)射裝置和第二發(fā)射裝置，接收裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)連接終端裝置。
[0009]所述基帶信號發(fā)生器通過高頻導(dǎo)線分別與第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置連接，所述的基帶信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路同源的正弦波信號，所述第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置對正弦信號進行高頻調(diào)制，并定向發(fā)射高頻載波信號。
[0010]所述接收裝置與第二發(fā)射裝置之間的直線距離遠大于滑動坡面允許的最大位移。
[0011]一種山體滑坡無線監(jiān)測監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟:
1)、基帶信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路同源的正弦波信號，通過高頻導(dǎo)線傳輸至第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置；
2)、第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置采用GHz正弦波對基帶信號進行調(diào)制，并定向發(fā)射；
3)、接收裝置接收第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置的信號并進行接收并解調(diào)，放大成等幅度信號，再通過相干檢波獲取相位差，記錄基帶信號的初始相位差；
4)、在測量周期內(nèi)測量基帶信號的相位差，和初始相位差比較，計算相位差的變化量；
5)、根據(jù)相位差的變化計算干涉距離的變化，推導(dǎo)滑動坡面的滑移量大小。
[0012]在一個測量周期內(nèi)，進行M次相位差的測量，采取多次平均的方法，得到該周期內(nèi)的最終相位差及其變化值。
[0013]所述最終相位差Λ φ的變化與滑動坡面的位移量L存在對應(yīng)關(guān)系:Δ c5=2pLCOSq/l，其中:1為基帶無線電波波長，q為第二發(fā)射裝置與接收裝置連線方向與滑移方向所形成的夾角。
[0014]本發(fā)明一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，有益效果如下:
本發(fā)明利用無線電干涉技術(shù)，對山體滑坡區(qū)域滑坡面的位移進行實時地監(jiān)測，為山體滑坡的監(jiān)測及預(yù)警提供了一種新型的有效方法。
[0015]本發(fā)明的監(jiān)測裝置中兩個發(fā)射裝置共用信號源，確保基帶信號相差的穩(wěn)定；采用基帶信號調(diào)制后發(fā)射，在接收端解調(diào)提取基帶信號，能有效抑制多徑效應(yīng)和氣候等因素對基帶信號相差的影響，提高測量精度。本發(fā)明的監(jiān)測裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能耗低、部署點少、測距精度高等優(yōu)點，適合偏遠地區(qū)長期部署監(jiān)測。本發(fā)明的監(jiān)測裝置可靠性好，不受降雨、大霧等天氣因素的影響，可實現(xiàn)全天候自動化測量，易于維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
圖1為本發(fā)明一種用于山體滑坡監(jiān)測的無線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明一種用于山體滑坡監(jiān)測的無線監(jiān)測系統(tǒng)的典型布置圖。
【具體實施方式】
[0018]工作原理:本發(fā)明從干涉測距的原理出發(fā)，簡化測距裝置及其布置，提高干涉測距精度，避免多徑效應(yīng)和氣候的等因素的影響；根據(jù)山體滑坡監(jiān)測的特點，設(shè)計監(jiān)測單元的布置方案，實現(xiàn)高精度測量。
[0019]如圖1、圖2所示:一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置，包括第一發(fā)射裝置1，第二發(fā)射裝置2，接收裝置3，基帶信號發(fā)生器4，所述第一發(fā)射裝置I位于下部穩(wěn)定坡面5，第二發(fā)射裝置2位于中部滑動坡面6，接收裝置3位于上部穩(wěn)定坡面7，基帶信號發(fā)生器4連接第一發(fā)射裝置I和第二發(fā)射裝置2。
[0020]所述基帶信號發(fā)生器4通過高頻導(dǎo)線分別與第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2連接，所述的基帶信號發(fā)生器4產(chǎn)生兩路同源的正弦波信號，所述第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2對正弦信號進行高頻調(diào)制，并定向發(fā)射高頻載波信號。
[0021]所述接收裝置3與第二發(fā)射裝置2之間的直線距離L2遠大于滑動坡面允許的最大位移。第一發(fā)射裝置I與接收裝置3的直線距離為LI。
[0022]本發(fā)明在近端的下部穩(wěn)定坡面5上設(shè)置第一發(fā)射裝置I，在中部滑動坡面6設(shè)置第二發(fā)射裝置2 ;在遠端的上部穩(wěn)定坡面7設(shè)置接收裝置3，接收裝置3檢測相位差的變化，推算滑動位移量，將計算結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)8發(fā)送給終端裝置9。第二發(fā)射裝置2距離接收裝置1000m以上。本發(fā)明中采用的第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2和接收裝置3不在一條直線上布置，構(gòu)成一個測量組合。[0023]一種山體滑坡無線監(jiān)測監(jiān)測方法，包括以下步驟:
O:基帶信號發(fā)生器4產(chǎn)生兩路同源的600MHz正弦波基帶信號，基帶信號通過高頻導(dǎo)線傳輸至第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2。
[0024]2):第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2采用2.4GHz正弦波對等幅度的基帶信號進行調(diào)制，并定向發(fā)射。
[0025]3):接收裝置3接收第一發(fā)射裝置1、第二發(fā)射裝置2的信號并進行接收并解調(diào)，放大成等幅度信號，再通過相干檢波獲取相位差，記錄基帶信號的初始相位差Φ0。
[0026]4):在測量周期內(nèi)對基帶信號進行M=IO次測量，取平均的相位差Φη，和初始相位差Φ0比較，計算相位差的變化量Λ Φη=Φη—Φ0 ；
5):根據(jù)相位差的變化計算干涉距離的變化，推導(dǎo)滑動坡面的變化，具體步驟如下: 根據(jù)干涉測距原理，干涉距離與相位差的變化量、基帶信號的波長存在如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置，包括第一發(fā)射裝置(1)，第二發(fā)射裝置(2)，接收裝置(3)，基帶信號發(fā)生器(4)，其特征在于，所述第一發(fā)射裝置(I)位于下部穩(wěn)定坡面(5)，第二發(fā)射裝置(2)位于中部滑動坡面(6)，接收裝置(3)位于上部穩(wěn)定坡面(7)，基帶信號發(fā)生器(4)連接第一發(fā)射裝置(I)和第二發(fā)射裝置(2)，接收裝置(3)通過無線網(wǎng)絡(luò)(8)連接終端裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述基帶信號發(fā)生器(4)通過高頻導(dǎo)線分別與第一發(fā)射裝置(I )、第二發(fā)射裝置(2)連接，所述的基帶信號發(fā)生器(4)產(chǎn)生兩路同源的正弦波信號，所述第一發(fā)射裝置(I)、第二發(fā)射裝置(2)對正弦信號進行高頻調(diào)制，并定向發(fā)射高頻載波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述接收裝置(3)與第二發(fā)射裝置(2)之間的直線距離(L2)遠大于滑動坡面允許的最大位移。
4.采用如權(quán)利要求1所述一種山體滑坡無線監(jiān)測裝置的山體滑坡監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、基帶信號發(fā)生器(4)產(chǎn)生兩路同源的正弦波信號，通過高頻導(dǎo)線傳輸至第一發(fā)射裝置(I)、第二發(fā)射裝置(2)； 2)、第一發(fā)射裝置(I)、第二發(fā)射裝置(2)采用GHz正弦波對基帶信號進行調(diào)制，并定向發(fā)射； 3)、接收裝置(3)接收第一發(fā)射裝置(I)、第二發(fā)射裝置(2)的信號并進行接收并解調(diào)，放大成等幅度信號，再通過相干檢波獲取相位差，記錄基帶信號的初始相位差； 4)、在測量周期內(nèi)測量基帶信號的相位差，和初始相位差比較，計算相位差的變化量； 5)、根據(jù)相位差的變化計算干涉距離的變化，推導(dǎo)滑動坡面的滑移量大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種山體滑坡無線監(jiān)測方法，其特征在于，在一個測量周期內(nèi)，進行M次相位差的測量，采取多次平均的方法，得到該周期內(nèi)的最終相位差及其變化值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種山體滑坡無線監(jiān)測方法，其特征在于，所述最終相位差Δ Φ的變化與滑動坡面的位移量L存在對應(yīng)關(guān)系:Λ (D=2pLC0Sq/l，其中:1為基帶無線電波波長，q為第二發(fā)射裝置(2 )與接收裝置(3 )連線方向與滑移方向所形成的夾角。
【文檔編號】G01B15/00GK103528548SQ201310502438
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】潘禮慶, 羅志會, 許云麗, 譚超, 楊先衛(wèi), 黃秀峰, 魯廣鐸, 鄭勝, 吳劍, 張國棟, 許文年, 田斌, 李建林 申請人:三峽大學(xué)