双路径纳特传感器位移校正方法与流程

1.本发明涉及边坡变形监测领域，尤其涉及一种双路径纳特传感器位移校正方法。


背景技术：

2.随着国民经济和科技水平的快速发展，人类的工程活动越来越频繁，规模也越来越大。近年来我国大力发展基础设施建设，水坝坝基、高速公路、高速铁路、大跨径桥梁、高难度隧道等一系列建设难题都被中国的工程师们一一解决。边坡稳定性问题几乎在所有的工程建设中都会出现，边坡失稳具有突然性、破坏性大等特点，如何做到对大范围边坡实行实时连续监测并在变形超过阈值的时候采取适当的预警措施，通知现场安全负责人及时做好疏散等应急工作，将财产损失和人员伤亡降到最低无疑成为了边坡稳定性问题的重中之重，与此同时许多学者也正在为边坡变形监测贡献自己的一份力，期待早日将该难题解决。
3.众所周知，边坡局部变形过大是发生滑坡等地质灾害的前兆，而使用传感器等工程技术不仅能大大提高监测的效率，节约劳动力，还可以使工作人员实时了解各种工况下边坡的变形情况，是边坡监测智能化、自动化的必然发展趋势。
4.无论是用传统的全站仪监测边坡变形，还是使用传感器监测边坡变形，都会存在仪器本身的误差、环境因素等导致的误差，与此同时基于对于边坡的监测是全天候的情况，储存和处理的数据会越来越多，从而导致对边坡变形的记录和预测逐渐产生较大的误差，传感器测量的精确性和准确度无法得到保证。
5.纳特传感器是一种基于地磁场的监测边坡位移的传感器，传感器内部具有可以感知地磁场变化的芯片，通过测量地磁场在x、y、z三个方向的变化量，可计算得到纳特传感器在x、y、z三个方向的位移变化量δx、δy、δz，进而可通过多个纳特传感器的位移叠加并将位移点连接以反映边坡的位移，做好对边坡的安全预警工作。该传感器具有24h实时监测、可操作性高等特点，广泛运用于实际工程建设中。
6.基于纳特传感器的实时性、可操作性高等优点，其被广泛应用于边坡、隧道变形监测等工程建设中。
7.在边坡变形的监测中，边坡的位移均由多个纳特传感器的位移反映，由于传感器本身存在测量误差，加之在岩体扰动、自然环境、电磁信号等不利因素影响下，误差对数据精度造成的影响会进一步加剧，造成测量准确性不足、对于变形的预测不准等不利影响。其次，位移数据仅来自于一种传感器，数据来源单一，缺少对比，难以校正，可信度难以满足要求。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明针对实际边坡中纳特传感器穿过边坡内部直至基岩处和位于滑动面之上的两种埋置位置工况提出了一种双路径纳特传感器位移校正方法。
9.本发明采用如下技术方案：
10.一种双路径纳特传感器位移校正方法，其特征是，其步骤为：
11.s1、针对第一种工况，即纳特传感器穿过边坡内部直至基岩处：
12.a1、认定传感器底部为固定状态，通过由边坡深部至边坡表面串联叠加每个纳特传感器得到的x、y、z方向位移，可得到边坡表层位移数据，此为计算路径a，得到路径a位移数据；
13.a2、位于边坡表面的地表位移传感器与纳特传感器相连，得到了边坡表层位移数据，同理可由地表位移传感器沿着路径a的反方向进行位移叠加，得到深入基岩处的位移数据，此为计算路径b，得到路径b位移数据；
14.a3、结合路径a、路径b位移数据可对每个纳特传感器的位移进行误差均分处理，得到校正位移数据；
15.a4、通过室内试验装置使纳特传感器产生准确的位移模拟实际边坡中因边坡变形使纳特传感器产生的位移，得到模拟实测位移数据；
16.a5、整理得到的路径a位移数据、路径b位移数据、校正位移数据和模拟实测位移数据，绘制于位移图中得到四种变形曲线，经过变形曲线相似性计算，验证路径a位移数据变形曲线、路径b位移数据变形曲线、校正位移数据变形曲线分别与模拟实测位移数据变形曲线的相似度，通过相似度验证校正位移数据的精确性；
17.s2、针对第二种工况，即纳特传感器位于滑动面之上；
18.b1、由于传感器整体随滑坡体移动，此时底部位移数据准确性无法满足要求，计算路径a无法精确测量；计算路径b仍可继续使用，基于地表位移传感器测得的位移数据，将每个纳特传感器得到的x、y、z方向位移沿着路径b进行叠加，即得到路径b位移数据，
19.b2、通过室内试验装置使纳特传感器产生准确的位移模拟实际边坡中因边坡变形使纳特传感器产生的位移，得到模拟实测位移数据；
20.b3、整理得到的路径b位移数据和模拟实测位移数据，绘制于位移图中得到两种变形曲线，经过变形曲线相似性计算，验证路径b位移数据变形曲线与模拟实测位移数据变形曲线的相似度，通过相似度验证校正位移数据的精确性。
21.作为优选，所述室内试验装置包括固定横梁、绳子、弹簧、可移动横梁、轨道、纳特传感器、固定管夹、扣件、台座和支撑柱，台座上两边分别固定连接有支撑柱，支撑柱上分别固定连接有轨道，两轨道顶端固定连接固定横梁，可移动横梁通过扣件与固定在支撑柱上的轨道紧固滑动连接，通过扣件可在轨道上可上下滑动调整位置，多个纳特传感器相互串联，底部的纳特传感器下端通过固定管夹与台面固定，上方的纳特传感器上端与弹簧连接，而后用绳子与室内试验装置上端固定的横梁连接，可移动横梁中设置有凹槽，串联的纳特传感器自由穿过凹槽。
22.作为优选，所述可移动横梁与扣件通过螺栓孔固定连接。
23.作为优选，所述扣件背部扣爪间位置设置有弹簧，方便扣件扣入卡紧轨道。
24.作为优选，所述多个纳特传感器通过万向节串联。
25.本发明的有益效果是：本发明提出一种双路径即基于纳特传感器和地表位移监测传感器来校正测量位移的方法。创新性地结合两条路径对边坡位移曲线进行校正，对比传统方案，本方法数据来自两种不同类型的传感器，数据来源多样化，可信度高。在不良工况(工况二)致使纳特传感器无法精确测量的情况下，不仅可以在极大程度上修正纳特传感器在测量位移时传感器本身产生的误差，还可以提供一条边坡变形位移曲线，极大的提高了
传感器的测量效率和可靠性。同时设计了专用的室内试验装置进行模拟实验验证，验证了校正测量位移数据的准确性。
附图说明
26.图1是本发明的一种结构示意图；
27.图2是本发明验证用的室内试验装置一种结构示意图；
28.图3是图2的一种后视图；
29.图4是图2的一种左视图；
30.图5是图2的一种布局放大图；
31.图6是本发明验证用的室内试验装置中底部纳特传感器和固定管夹的一种结构示意图；
32.图7是本发明验证用的室内试验装置中轨道的一种局部放大图；
33.图8是本发明验证用的室内试验装置中扣件的一种结构示意图；
34.图9是本发明验证用的室内试验装置中扣件的一种后视图；
35.图10是本发明验证用的室内试验装置中扣件和轨道连接的一种局部放大图；
36.图11是本发明中四种数据的位移变形曲线图；
37.图中：1、固定横梁，2、绳子，3、弹簧，4、可移动横梁，5、万向节，6、轨道，7、纳特传感器，8、固定管夹，9、扣件，10、台座，11、支撑柱。
具体实施方式
38.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
39.实施例：如图1所示，一种双路径纳特传感器位移校正方法，其特征是，其步骤为：
40.s1、针对第一种工况，即纳特传感器穿过边坡内部直至基岩处：
41.a1、认定传感器底部为固定状态，通过由边坡深部至边坡表面串联叠加每个纳特传感器得到的x、y、z方向位移，可得到边坡表层位移数据，此为计算路径a，得到路径a位移数据；
42.a2、位于边坡表面的地表位移传感器与纳特传感器相连，得到了边坡表层位移数据，同理可由地表位移传感器沿着路径a的反方向进行位移叠加，得到深入基岩处的位移数据，此为计算路径b，得到路径b位移数据；
43.a3、结合路径a、路径b位移数据可对每个纳特传感器的位移进行误差均分处理，得到校正位移数据；
44.a4、通过室内试验装置使纳特传感器产生准确的位移模拟实际边坡中因边坡变形使纳特传感器产生的位移，得到模拟实测位移数据；
45.a5、整理得到的路径a位移数据、路径b位移数据、校正位移数据和模拟实测位移数据，绘制于位移图中得到四种变形曲线，经过变形曲线相似性计算，验证路径a位移数据变形曲线、路径b位移数据变形曲线、校正位移数据变形曲线分别与模拟实测位移数据变形曲线的相似度，通过相似度验证校正位移数据的精确性；
46.s2、针对第二种工况，即纳特传感器位于滑动面之上；
47.b1、由于传感器整体随滑坡体移动，此时底部位移数据准确性无法满足要求，计算
路径a无法精确测量；计算路径b仍可继续使用，基于地表位移传感器测得的位移数据，将每个纳特传感器得到的x、y、z方向位移沿着路径b进行叠加，即得到路径b位移数据，
48.b2、通过室内试验装置使纳特传感器产生准确的位移模拟实际边坡中因边坡变形使纳特传感器产生的位移，得到模拟实测位移数据；
49.b3、整理得到的路径b位移数据和模拟实测位移数据，绘制于位移图中得到两种变形曲线，经过变形曲线相似性计算，验证路径b位移数据变形曲线与模拟实测位移数据变形曲线的相似度，通过相似度验证校正位移数据的精确性。
50.如图2-图10所示，本发明验证用的室内试验装置包括固定横梁1、绳子2、弹簧3、可移动横梁4、轨道6、纳特传感器7、固定管夹8、扣件9、台座10和支撑柱11，台座上两边分别固定连接有支撑柱，支撑柱上分别固定连接有轨道，两轨道顶端固定连接固定横梁，可移动横梁通过扣件与固定在支撑柱上的轨道紧固滑动连接，通过扣件可在轨道上可上下滑动调整位置，可移动横梁与扣件通过螺栓孔固定连接，扣件背部扣爪间位置设置有弹簧，方便扣件扣入卡紧轨道，多个纳特传感器相互串联，底部的纳特传感器下端通过固定管夹与台面固定，上方的纳特传感器上端与弹簧连接，而后用绳子与室内试验装置上端固定的横梁连接。多个纳特传感器通过万向节5串联。可移动横梁中设置的凹槽可实现传感器在固定平面自由移动，多自由度的移动更好的模拟了实际边坡的情况，提高了室内试验的科学性和可信度。
51.实验中可以利用卡尺使传感器产生准确的位移模拟实际边坡中因边坡变形使传感器产生的位移。
52.如图11所示，整理通过本发明方法得到的纳特传感器测量位移数据和室内试验数据可将四种变形曲线绘制于位移图中，经过变形曲线相似性计算，路径a变形曲线、路径b变形曲线、校正后变形曲线与模拟实测变形曲线相似度分别为71％、77.8％、89％，校正后变形曲线与模拟实测变形曲线的相似度相较于路径a和路径b与模拟实测变形曲线的相似度，分别提高了18％和11.2％，可见校正后变形曲线更拟合于模拟实际曲线，证明该方法对纳特传感器位移的校正具有良好的适用性和精确性。
53.本发明提出一种“双路径”即基于纳特传感器和地表位移监测传感器来校正测量位移的方法。创新性地结合两条路径对边坡位移曲线进行校正，对比传统方案，本方法数据来自两种不同类型的传感器，数据来源多样化，可信度高。在不良工况(工况二)致使纳特传感器无法精确测量的情况下，不仅可以在极大程度上修正纳特传感器在测量位移时传感器本身产生的误差，还可以提供一条边坡变形位移曲线，极大的提高了传感器的测量效率和可靠性。
54.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。