[发明专利]一种基于全站仪的滑坡位移三维监测系统与方法

权利要求书

1.一种基于全站仪的滑坡位移三维监测系统，其特征在于：包括固定安装在滑坡后壁上的第一激光反射装置、第二激光反射装置以及一个安装在滑坡体上的全站仪，所述全站仪位于两个激光反射装置之间，并且两个激光反射装置均朝向全站仪；所述全站仪用于实时采集以下监测数据：全站仪到第一激光反射装置的距离、全站仪到第二激光反射装置的距离、全站仪到第一激光反射装置的仰角以及全站仪到第二激光反射装置的仰角；还包括与所述全站仪通信连接的滑坡位移监测服务器，所述服务器内配置有根据全站仪所检测到的距离和仰角来计算滑坡位移的滑坡位移计算程序；

所述滑坡位移计算程序按如下步骤执行：

步骤101：获取以下初始数据：第一激光反射装置到第二激光反射装置之间的距离l₁；全站仪到第一激光反射装置的初始距离l₂；全站仪到第二激光反射装置的初始距离l₃；全站仪到第一激光反射装置的初始仰角∠13；全站仪到第二激光反射装置的初始仰角∠22；

步骤102：建立以O为原点的XYZ三轴坐标系，设第一激光反射装置的位置在X轴的B点上，B点与原点O重合；第二激光反射装置在X轴的C点上，B点到C点的距离等于l₁；全站仪的初始位置在三轴坐标系中的A点上；线段BC的长度等于l₂、l₃；A点到B、C两点的仰角分别等于∠13、∠22；

步骤103：将A点投影到水平面XOY平面上，得到A点的投影点H；

步骤104：获取当前数据：全站仪到第一激光反射装置的当前距离l₄、全站仪到第二激光反射装置的当前距离l₅、全站仪到第一激光反射装置的当前仰角∠14、全站仪到第二激光反射装置的当前仰角∠23；

步骤105：根据当前数据确定全站仪在XYZ三轴坐标系中的当前位置在A＇点上，并将A＇点投影到水平面XOY平面上，得到A＇点的投影点H＇；

步骤106：计算线段BH、CH、BH＇、CH＇的长度，分别按如下公式：

BH＝l₂cos∠13；CH＝l₃cos∠22；BH′＝l₄cos∠14；CH′＝l₅cos∠23；

步骤107：根据BH、CH、BC长度以及余弦定理计算BH与CH的夹角∠3；根据BH＇、CH＇、BC长度以及余弦定理计算BH与CH的夹角∠4；

步骤108：根据正弦定理计算BH与BC的夹角∠5，按如下公式：

根据正弦定理计算BH＇与BC的夹角∠6，按如下公式：

步骤109：作BH的延长线，并过H＇点作线段BC的平行线，该平行线与Y轴相交于F点，并与BH的延长线相交于D点，从而构造直角三角形△BFD；然后过H点作线段FD的垂线，从而构造直角三角形△HED；

步骤1010：分别计算以下角度：

BH＇与BD的夹角∠7：∠7＝∠6-∠5；

BG与GH＇的夹角∠8，G点为CH＇与BD的交点：∠8＝180°-∠4-∠7；

GH＇与GD的夹角∠9：∠9＝∠3；

BF与BH＇的夹角∠10：∠10＝90°-∠6；

步骤1011：计算以下线段长度：

线段BF的长度l₆：l₆＝l₄cos∠14·cos∠10；

线段F H＇的长度l₇：l₇＝l₄cos∠14·sin∠10；

线段G H＇的长度l₈：

步骤1012：计算以下角度：

BD与DF的夹角∠11：

C H＇与DH＇的夹角∠12：∠12＝180°-∠4-∠7-∠11；

步骤1013：计算线段HD的长度l₉，按如下公式：

步骤1014：分别计算X、Y、Z轴方向的滑坡位移△x、△y、△z：

△x＝(l₂+l₉)·cos∠11-l₉cos∠11-l₄cos∠14·sin∠10；

△y＝l₉·sin∠11；

△z＝l₄·sin∠14-l₂·sin∠13。