[发明专利]一种面板堆石坝内部形变监测方法及监测系统

权利要求书

1.一种面板堆石坝内部形变监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：

步骤A、预先在面板堆石坝的待监测的坝体内部埋设柔性抗压管道，并所述柔性抗压管道内投放监测装置；所述柔性抗压管道随着面板堆石坝的变形而变形；

步骤B、控制所述监测装置沿着所述柔性抗压管道的中轴线进行往返运动，对所述柔性抗压管道进行三维曲线测量，并将测量数据发送至预设的处理终端；

步骤C、所述处理终端在接收所述测量数据后，进行三维曲线解算，对不同时期的三维曲线进行配准与对比，得到所述柔性抗压管道在不同时期同一测量点的对应关系，并通过所述对应关系计算得到面板堆石坝的水平位移、垂直沉降以及面板扰度；所述面板堆石坝的水平位移以及垂直沉降是通过将两条不同时期配准的三维曲线上相同磁标志位置对应的三维坐标进行作差得到；所述面板挠度是利用测量点距离和俯仰角变化值计算出的挠度形变值；

所述步骤A具体包括:

步骤A1、预先在所述面板堆石坝建造时，在待监测的坝体内埋设柔性抗压管道；所述柔性抗压管道采用抗压能力大于1.0Mpa的PE供水管，采用热熔的方式对不同段的柔性抗压管道进行熔接；

步骤A2、在所述柔性抗压管道的沿线接缝处均匀布设磁标志，所述磁标志与所述柔性管道之间通过铁箍固连；

步骤A3、在所述柔性抗压管道的起始点投放用于对所述柔性抗压管道内的三维曲线进行测量的监测装置；

所述步骤B具体包括：

步骤B1、预先在所述柔性抗压管道的起始点处设置强制对中装置；

步骤B2、控制监测装置在起始点处静止1-5分钟，使用强制对中装置对监测装置的起始点进行测量，得到初始方位角和水平姿态角，这两个角度作为航位推算的初始值；同时将监测装置上的测量点与管口中心对齐，并通过强制对中装置上安装的棱镜测量管口中心位置；

步骤B3、控制所述监测装置沿着所述柔性抗压管道的中轴线进行往返运动，并在运动的过程中对所述柔性抗压管道进行三维曲线测量；当监测装置到达管道终点处时，静止10-30秒进行零速修正；当监测装置重新回到起始点后，再次利用强制对中装置使监测装置的中心与柔性抗压管道的中轴线对齐，并静止1-5分钟；

步骤B4、将测量数据发送至与所述监测装置连接的处理终端；

所述监测装置中的监测单元包括惯导、里程计以及磁力计；当检测装置在柔性抗压管道中运动时，磁力计对管道上设置的磁标志进行感应，得到磁感应强度曲线，根据磁感应强度确定监测装置所监测到位置在柔性抗压管道中的位置；

所述步骤C具体包括：

步骤C1、所述处理终端接收到测量数据后利用卡尔曼滤波算法对监测装置所测量到的惯导数据、里程计数据进行融合，并利用柔性抗压管道的起始点与终点对测量误差进行修正；

步骤C2、对滤波结果进行RTS平滑，得到所述柔性抗压管道的三维曲线；该三维曲线为埋设的柔性抗压管道的形变的中轴线；

步骤C3、对不同时期的同一柔性抗压管道的三维曲线按照里程距离进行粗配准，再按照磁标志的磁强度进行精确配准，并对比不同时期配准的三维曲线，得出所述柔性抗压管道在不同时期同一测量点的对应关系；

步骤C4、根据所述对应关系计算得到面板堆石坝的水平位移、垂直沉降以及面板扰度；

所述步骤C3还包括：

对同一时期、同一柔性抗压管道多次测量的三维曲线进行配准，并根据三维曲线计算得到的精度进行加权平均，提高输送三维曲线的精度；

所述三维曲线包括三维姿态和三维位置。

2.一种面板堆石坝内部形变监测系统，其特征在于，所述系统包括：

预先埋设在待监测坝体的柔性抗压管道；

预先在所述柔性抗压管道的起始点处设置强制对中装置；

投放在所述柔性抗压管道内部并控制其按照所述柔性抗压管道的中轴线往返运动进行三维曲线测量的监测装置；

用于对监测装置的测量数据进行解算与分析，得出柔性抗压管道的对应关系，并通过所述对应关系计算得到面板堆石坝的水平位移、垂直沉降以及面板扰度的处理终端；

所述柔性抗压管道随着面板堆石坝的变形而变形；

所述柔性抗压管道采用抗压能力大于1.0Mpa的PE供水管，采用热熔的方式对不同段的柔性抗压管道进行熔接；

所述柔性抗压管道的沿线接缝处均匀布设有小型圆柱状磁铁构成的磁标志，所述磁标志与所述柔性管道之间通过铁箍固连；

所述面板堆石坝的水平位移以及垂直沉降是通过将两条不同时期配准的三维曲线上相同磁标志位置对应的三维坐标进行作差得到；所述面板挠度是利用测量点距离和俯仰角变化值计算出的挠度形变值；

所述控制监测装置按照柔性抗压管道的中轴线往返运动进行三维曲线测量，具体包括：

控制监测装置在起始点处静止1-5分钟，使用强制对中装置对监测装置的起始点进行测量，得到初始方位角和水平姿态角，这两个角度作为航位推算的初始值；同时将监测装置上的测量点与管口中心对齐，并通过强制对中装置上安装的棱镜测量管口中心位置；

控制所述监测装置沿着所述柔性抗压管道的中轴线进行往返运动，并在运动的过程中对所述柔性抗压管道进行三维曲线测量；当监测装置到达管道终点处时，静止10-30秒进行零速修正；当监测装置重新回到起始点后，再次利用强制对中装置使监测装置的中心与柔性抗压管道的中轴线对齐，并静止1-5分钟；

将测量数据发送至与所述监测装置连接的处理终端；

所述监测装置中包括由惯导、里程计以及磁力计组成的监测单元；

当检测装置在柔性抗压管道中运动时，磁力计对管道上设置的磁标志进行感应，得到磁感应强度曲线，根据磁感应强度确定监测装置所监测到位置在柔性抗压管道中的位置；

所述处理终端接收到测量数据后利用卡尔曼滤波算法对监测装置所测量到的惯导数据、里程计数据进行融合，并利用柔性抗压管道的起始点与终点对测量误差进行修正；对滤波结果进行RTS平滑，得到所述柔性抗压管道的三维曲线；该三维曲线为埋设的柔性抗压管道的形变的中轴线；对不同时期的同一柔性抗压管道的三维曲线按照里程距离进行粗配准，再按照磁标志的磁强度进行精确配准，并对比不同时期配准的三维曲线，得出所述柔性抗压管道在不同时期同一测量点的对应关系；根据所述对应关系计算得到面板堆石坝的水平位移、垂直沉降以及面板扰度；对同一时期、同一柔性抗压管道多次测量的三维曲线进行配准，并根据三维曲线计算得到的精度进行加权平均，提高输送三维曲线的精度；所述三维曲线包括三维姿态和三维位置。