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原文传递一种大坝边坡形变监测系统及方法

专利名称：	一种大坝边坡形变监测系统及方法
摘要：	本发明提供一种大坝边坡形变监测系统及方法。所述监测系统，利用无人机摄影测量系统对整个的库区大坝进行监测，确定形变量较大和数字高程差较大(陡坡)的加密监测区域；在加密监测区域利用地基干涉雷达测量系统确定形变量更大的一级重点区域；在一级重点区域采用地基三维激光雷达测量系统选取形变量更大的二级重点区域，在二级重点监测区域采用全球定位导航系统(GNSS)确定形变速度快的重点监测质点，利用微芯桩对重点监测质点区域的崩塌过程进行监测与预警。本发明通过从缓慢到快速到崩塌瞬间的时间无缝化监测和由大区域到小区域再到质点及二维到三维的空间变化全覆盖监测，实现对整个库区大坝的崩塌部位进行精确定位和空天地一体化监测预警。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国水利水电科学研究院
发明人：	郑璀莹;张炬;李世灿;岳建伟;慎利;宫阿都;吕娟;宋文龙;李爱丽;汪洋;史婉丽;雷添杰;赵春;万金红;周磊;陈强;娄和震;程子懿;路京选;曲伟;陈文晋;李明宇;贾金生;李杨;程慧;黄锦涛;刘中伟;赵林洪;徐瑞瑞;张鹏鹏;李翔宇;王嘉宝;李曙光;张亚珍;宋宏权;杨会臣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910769474.5
公开号：	CN110453731A
代理机构：	北京高沃律师事务所
代理人：	程江涛
分类号：	E02D33/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D33
申请人地址：	100038北京市海淀区复兴路甲1号A座1266
主权项：	1.一种大坝边坡形变监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：无人机摄影测量系统、地基干涉雷达测量系统、地基三维激光雷达测量系统、全球定位导航系统、微芯桩和监控中心；所述无人机摄影测量系统、所述地基干涉雷达测量系统、所述地基三维激光雷达测量系统、所述全球定位导航系统和所述微芯桩分别与所述监控中心采用有线或无线的方式连接；所述无人机摄影测量系统用于对库区大坝以第一扫描周期为间隔进行定期扫描，获取库区大坝的激光点云数据和倾斜影像数据，并将所述激光点云数据和所述倾斜影像数据发送给所述监控中心；所述监控中心用于将每个第一扫描周期的所述激光点云数据和所述倾斜影像数据进行融合生成每个第一扫描周期的库区大坝的数字高程模型和三维场景，并根据每个第一扫描周期的库区大坝的数字高程模型和三维场景选取形变量大于第一预设阈值和数字高程差大于第二预设阈值的区域作为加密监测区域；所述地基干涉雷达测量系统设置在所述加密监测区域内，用于以第二扫描周期为间隔对加密监测区域进行扫描获取加密监测区域的InSAR数据，并将所述InSAR数据发送给所述监控中心；所述监控中心还用于根据每个第二扫描周期的所述InSAR数据确定所述加密监测区域中形变量大于第三预设阈值的区域，作为一级重点监测区域；所述地基三维激光雷达测量系统用于对所述一级重点监测区域以第三扫描周期为间隔进行扫描，获取一级重点监测区域的三维激光数据，并将所述三维激光数据发送给所述监控中心；所述监控中心还用于根据每个第三扫描周期的所述三维激光数据确定所述一级重点监测区域中三维形变量大于第四预设阈值的区域，作为二级重点监测区域；所述全球定位导航系统设置在所述二级重点监测区域内，用于以第四三扫描周期为间隔进行扫描，获取所述二级重点监测区域内的每个监测质点的三维坐标，并将每个监测质点的三维坐标发送给所述监控中心；所述监控中心还用于根据实时获取的每个监测质点的三维坐标，选取三维坐标变化速度大于第五预设阈值的监测质点作为重点监测质点；所述微芯桩设置在所述重点监测质点，用于以第五扫描周期为间隔进行扫描，对重点监测质点所在的区域的崩塌过程进行监测与预警。 2.根据权利要求1所述的大坝边坡形变监测系统，其特征在于，所述第一扫描周期为天-月时间尺度，所述第二扫描周期为小时-天时间尺度，所述第三扫描周期为分钟-小时时间尺度，所述第四扫描周期为秒-分钟时间尺度，所述第五扫描周期为毫秒-秒时间尺度。 3.根据权利要求1所述的大坝边坡形变监测系统，其特征在于，所述地基干涉雷达测量系统包括移动支架、干涉雷达平台、干涉雷达支撑座、第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机；所述第一驱动电机固定在所述移动支架上，用于移动支架上的两个主动轮，所述第二驱动电机固定在所述移动支架上，第二驱动电机两端的输出轴与所述干涉雷达支撑座通过移动支架上轴承轴连接，用于驱动所述干涉雷达支撑座上下摆动，进而带动所述干涉雷达平台上下摆动，所述第三驱动电机固定在所述干涉雷达支撑座上，所述第三驱动电机的输出轴与所述干涉雷达平台轴连接，用于驱动所述干涉雷达平台周向的转动。 4.根据权利要求3所述的大坝边坡形变监测系统，其特征在于，所述移动支架包括两个主动轮和两个从动轮，两个所述从动轮均为万向轮。 5.根据权利要求1所述的大坝边坡形变监测系统，其特征在于，所述无人机摄影测量系统包括无人机监控终端、无人机平台、机载倾斜摄影相机和机载激光雷达；所述无人机监控终端分别与所述无人机平台、所述机载倾斜摄像机和所述机载激光雷达无线连接，所述无人机监控终端还与所述监控中心连接。 6.一种大坝边坡形变监测方法，其特征在于，所述监测方法包括如下步骤：利用无人机摄影测量系统对库区大坝以第一扫描周期为间隔进行定期扫描，获取库区大坝的激光点云数据和倾斜影像数据；根据每个第一扫描周期的所述激光点云数据和所述倾斜影像数据选取形变量大于第一预设阈值和数字高程差大于第二预设阈值的区域作为加密监测区域；利用地基干涉雷达测量系统对所述加密监测区域内以第二扫描周期为间隔对加密监测区域进行扫描获取加密监测区域的InSAR数据；根据每个第二扫描周期的所述InSAR数据确定所述加密监测区域中形变量大于第三预设阈值的区域，作为一级重点监测区域；利用地基三维激光雷达测量系统对所述一级重点监测区域以第三扫描周期为间隔进行扫描，获取一级重点监测区域的三维激光数据；根据每个第三扫描周期的所述三维激光数据确定所述一级重点监测区域中三维形变量大于第四预设阈值的区域，作为二级重点监测区域；利用全球定位导航系统以第四三扫描周期为间隔进行扫描，获取所述二级重点监测区域内的每个监测质点的三维坐标；根据实时获取的每个监测质点的三维坐标，选取三维坐标变化速度大于第五预设阈值的监测质点作为重点监测质点；利用微芯桩以第五扫描周期为间隔进行扫描，对重点监测质点所在的区域的崩塌过程进行监测与预警。 7.根据权利要求6所述的大坝边坡形变监测方法，其特征在于，所述第一扫描周期为天-月时间尺度，所述第二扫描周期为小时-天时间尺度，所述第三扫描周期为分钟-小时时间尺度，所述第四扫描周期为实时-分钟时间尺度，所述第五扫描周期为实时-瞬间时间尺度。 8.根据权利要求6所述的大坝边坡形变监测方法，其特征在于，所述利用无人机摄影测量系统对库区大坝以第一扫描周期为间隔进行定期扫描，获取库区大坝的激光点云数据和倾斜影像数据，具体包括：利用无人机摄影测量系统的机载激光雷达以第一扫描周期为间隔进行定期扫描，获取库区大坝的激光点云数据；利用无人机摄影测量系统的机载倾斜摄影相机以第一扫描周期为间隔进行定期扫描，获取倾斜影像数据。 9.根据权利要求6所述的大坝边坡形变监测方法，其特征在于，所述根据每个第一扫描周期的所述激光点云数据和所述倾斜影像数据选取形变量大于第一预设阈值和数字高程差大于第二预设阈值的区域作为加密监测区域，具体包括：将每个第一扫描周期的所述激光点云数据和所述倾斜影像数据进行融合生成每个第一扫描周期的库区大坝的数字高程模型和三维场景；根据每个第一扫描周期的库区大坝的数字高程模型和三维场景选取形变量大于第一预设阈值和数字高程差大于第二预设阈值的区域作为加密监测区域。
所属类别：	发明专利