本發(fā)明涉及深層水平位移監(jiān)測(cè)，尤其是涉及一種基于多維傾角轉(zhuǎn)換分析的深層水平位移連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前深層水平位移監(jiān)測(cè)最常用的方法為測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)法，測(cè)斜儀是一種用于測(cè)量鉆孔、基坑、地基基礎(chǔ)、墻體和壩體坡等工程構(gòu)筑物的頂角、方位角的儀器，主要由加速度計(jì)探頭、測(cè)斜桿和滑輪組成，一般分為滑動(dòng)式測(cè)斜桿和固定式測(cè)斜桿。

2、目前最常用的深層水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備為滑動(dòng)式測(cè)斜儀，監(jiān)測(cè)全程依賴人工，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)位置深層水平位移全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。市面上已有的固定式測(cè)斜儀雖可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)，但其自身尺寸較大，首尾相連后運(yùn)輸成本和安裝難度較大。并且現(xiàn)有的固定式測(cè)斜儀僅可監(jiān)測(cè)單向的傾角變化和深層水平位移情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)位置發(fā)生多向水平位移時(shí)，所得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差較大?，F(xiàn)有的測(cè)斜儀一般采用傳輸線纜作為串聯(lián)承重的結(jié)構(gòu)，傳輸線纜在長期的承重使用過程中易受拉扯及周圍環(huán)境侵蝕而受損，從而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)無法順利傳送到采集儀中。

3、專利cn?117433444?b公開了一種基于機(jī)器視覺測(cè)量儀的基坑變形監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)、專利cn?220598528?u公開了一種基坑變形監(jiān)測(cè)裝置、專利cn220521422u公開了一種基坑變形監(jiān)測(cè)裝置以及專利cn?117664072?b公開了一種深層水平位移監(jiān)測(cè)裝置，通過對(duì)這些專利分析可知，上述技術(shù)方案大多存在依賴人工、尺寸大運(yùn)輸成本高、操作繁瑣現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要定期維護(hù)保養(yǎng)等問題；現(xiàn)有固定時(shí)測(cè)斜儀之間通過數(shù)據(jù)線纜相連，數(shù)據(jù)線纜在長期承重過程中很容易老化、破損或者短路，從而導(dǎo)致采集儀無法采集到數(shù)據(jù)；現(xiàn)有測(cè)斜儀僅可監(jiān)測(cè)單向深層水平位移，但實(shí)際應(yīng)用中深層水平位移可能發(fā)生在多個(gè)方向，只監(jiān)測(cè)一個(gè)方向會(huì)導(dǎo)致誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種提高監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)性和準(zhǔn)確度的基于多維傾角轉(zhuǎn)換分析的深層水平位移連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于多維傾角轉(zhuǎn)換分析的深層水平位移連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括自動(dòng)采集與處理設(shè)備和其余連接的多個(gè)多維測(cè)斜儀，所述多個(gè)多維測(cè)斜儀首尾連接，用于鋪設(shè)在測(cè)斜管中實(shí)時(shí)采集各高程處的水平位移數(shù)據(jù)，所述自動(dòng)采集與處理設(shè)備用于實(shí)時(shí)自動(dòng)采集所述多個(gè)多維測(cè)斜儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并采用多維傾角轉(zhuǎn)換分析深層水平位移算法計(jì)算每個(gè)多維測(cè)斜儀所處高程的多向水平位移情況，

4、所述多維測(cè)斜儀包括滑動(dòng)裝置、測(cè)斜儀保護(hù)外殼、連接部件和多維加速度監(jiān)測(cè)電路板，所述滑動(dòng)裝置與所述測(cè)斜儀保護(hù)外殼連接，用于通過滑動(dòng)方式使多維測(cè)斜儀緊貼在測(cè)斜管內(nèi)壁軌道上，所述多維加速度監(jiān)測(cè)電路板設(shè)于所述測(cè)斜儀保護(hù)外殼內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)多個(gè)方向的加速度，作為所述高程處的水平位移數(shù)據(jù)，所述連接部件串聯(lián)連接與其相鄰的多維測(cè)斜儀，實(shí)現(xiàn)多個(gè)多維測(cè)斜儀串聯(lián)連接，直至連接所述自動(dòng)采集與處理設(shè)備。

5、進(jìn)一步地，所述滑動(dòng)裝置設(shè)有2套，分別位于多維測(cè)斜儀保護(hù)外殼的兩端。

6、進(jìn)一步地，所述滑動(dòng)裝置包括滑輪、固定軸承、固定桿以及拉伸彈簧，所述滑輪設(shè)于固定桿兩端，所述固定桿穿過測(cè)斜儀保護(hù)外殼，使其兩端位于測(cè)斜儀保護(hù)外殼外部，其余部分位于測(cè)斜儀保護(hù)外殼內(nèi)部，所述固定軸承位于固定桿的中間位置上，并安裝在測(cè)斜儀保護(hù)外殼內(nèi)部的軸承座上，所述拉伸彈簧的一端與固定桿連接，另一端與測(cè)斜儀保護(hù)外殼的彈簧固定柱連接。

7、進(jìn)一步地，所述連接部件包括鋼絲固定端、承重鋼絲和數(shù)據(jù)線纜，所述鋼絲固定端設(shè)于測(cè)斜儀保護(hù)外殼內(nèi)部，所述承重鋼絲固定在所述鋼絲固定端上，所述承重鋼絲還位于數(shù)據(jù)線纜兩側(cè)，所述數(shù)據(jù)線纜連接在多維加速度監(jiān)測(cè)電路板的兩端，并延伸至所述測(cè)斜儀保護(hù)外殼外部，用于連接與其相鄰的多維測(cè)斜儀中的數(shù)據(jù)線纜。

8、進(jìn)一步地，所述連接部件還包括線纜屏蔽保護(hù)層，所述承重鋼絲和數(shù)據(jù)線纜包裹在所述線纜屏蔽保護(hù)層內(nèi)部。

9、進(jìn)一步地，其特征在于，所述自動(dòng)采集與處理設(shè)備包括外部保護(hù)殼和設(shè)其內(nèi)部的采集設(shè)備電路板，

10、所述采集設(shè)備電路板包括通信模塊、供電模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，所述通信模塊與所述數(shù)據(jù)線纜連接，用于采集數(shù)據(jù)線纜傳輸?shù)亩鄠€(gè)多維測(cè)斜儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述通信模塊連接，用于根據(jù)所述多個(gè)多維測(cè)斜儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用多維傾角轉(zhuǎn)換分析深層水平位移算法計(jì)算每個(gè)多維測(cè)斜儀所處高程的多向水平位移情況，所述供電模塊分別與所述通信模塊和數(shù)據(jù)處理模塊連接。

11、進(jìn)一步地，供電模塊包括充電接口和與其連接的內(nèi)置電池。

12、進(jìn)一步地，所述外部保護(hù)殼包括掛耳、橡膠圈和保護(hù)殼本體，所述掛耳設(shè)于保護(hù)殼本體外部邊緣處，用于將自動(dòng)采集與處理設(shè)備固定在測(cè)斜管附件的地表上，所述橡膠圈設(shè)于保護(hù)殼本體內(nèi)部的邊緣處，用于填充縫隙。

13、進(jìn)一步地，所述多維加速度監(jiān)測(cè)電路板采用三軸加速度芯片。

14、進(jìn)一步地，所述計(jì)算每個(gè)多維測(cè)斜儀所處高程的多向水平位移情況的步驟包括：

15、對(duì)所述多個(gè)方向的加速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：

16、

17、式中，g為轉(zhuǎn)換后的加速度，lsb為加速度計(jì)輸出值，s為加速度計(jì)輸出值，n為adc位數(shù)，fs為滿量程；

18、基于轉(zhuǎn)換后的加速度，通過旋轉(zhuǎn)矩陣轉(zhuǎn)化為歐拉角，其中轉(zhuǎn)換過程表示為：

19、

20、整理得到：

21、

22、求解得到：

23、

24、式中，r為y軸傾角，p為x軸傾角，g為轉(zhuǎn)換后的加速度，θ為翻滾角，為俯仰角，和θ表示為兩個(gè)維度的歐拉角，ax為測(cè)斜桿在x軸的加速度；ay為測(cè)斜桿在y軸的加速度；az為測(cè)斜桿在z軸的加速度；

25、利用三角函數(shù)將所述歐拉角轉(zhuǎn)換為多維測(cè)斜儀底部相對(duì)于初始狀態(tài)的位移，所述位移表示為：

26、dx＝l*sin(θ)

27、

28、式中，dx、dy為多維測(cè)斜儀底部相對(duì)于初始狀態(tài)下x、y方向水平位移；l為測(cè)斜儀之間的中心間距；

29、基于所述位移計(jì)算多維測(cè)斜儀所在高程處的多向水平位移，并繪制深層水平位移曲線圖，其中計(jì)算表達(dá)式為：

30、

31、式中，dx、dy為多維測(cè)斜儀所在高程的實(shí)際水平位移；n為多維測(cè)斜儀的數(shù)量。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

33、(1)本發(fā)明通過多個(gè)多維測(cè)斜儀首尾連接監(jiān)測(cè)不同深層次的多維加速度，采用自動(dòng)采集與處理設(shè)備采集多維加速度，并采用多維傾角轉(zhuǎn)換分析深層水平位移算法計(jì)算各高程的多向深層水平位移情況，解決了目前測(cè)斜儀僅可監(jiān)測(cè)單向位移的技術(shù)難題，提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確度。

34、(2)本發(fā)明中每個(gè)多維測(cè)斜儀采用多維加速度監(jiān)測(cè)電路板監(jiān)測(cè)加速度，采用滑動(dòng)裝置開調(diào)節(jié)多維測(cè)斜儀與的，本發(fā)明總體采用輕量化設(shè)計(jì)，無需采用過多裝備，大大減小了監(jiān)測(cè)設(shè)備的尺寸和重量，降低了運(yùn)輸?shù)某杀竞桶惭b難度。同時(shí)本發(fā)明采用固定式監(jiān)測(cè)設(shè)備，無需傳動(dòng)裝置，整體機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，安裝和調(diào)試便捷，且無需定期維護(hù)和保養(yǎng)。

35、(3)本發(fā)明自動(dòng)采集與處理設(shè)備采用內(nèi)置的算法將所采集多維加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)斜儀歐拉角的變化情況，計(jì)算出測(cè)孔各高程處水平位移情況。根據(jù)多維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出水平位移的有效性和準(zhǔn)確度都有大幅度提高。

36、(4)本發(fā)明中串聯(lián)的多維測(cè)斜儀之間均通過承重鋼絲連接，數(shù)據(jù)線纜在監(jiān)測(cè)全程維持松弛狀態(tài)，極大的降低了數(shù)據(jù)線纜的抗拉強(qiáng)度要求，降低了數(shù)據(jù)線纜的生產(chǎn)成本的同時(shí)增加了設(shè)備的整體使用壽命。