[发明专利]一种地下三维变形自动监测装置及方法

权利要求书

1.一种地下三维变形自动监测装置，其特征在于：包括地面变形监测组件和地下变形监测链，所述地下变形监测链包括多个埋设于地下的变形监测单元；所述变形监测单元包括万向节、杆式轴向位移计、三轴加速度计、通讯模块和锚固部件；所述三轴加速度计固定在杆式轴向位移计上；所述杆式轴向位移上端与万向节连接，下端与锚固体连接；所述杆式轴向位移计、三轴加速度计与本变形监测单元内测量通讯模块连接；在两个变形监测单元之间，下层变形监测单元的万向节与上层变形监测单元的锚固体通过万向节可绕动连接；所述地面变形监测组件锚固于监测处的地面，地面变形监测组件通过地下第一层变形监测单元的万向节与地下变形监测链连接。

2.根据权利要求1所述地下三维变形自动监测装置，其特征在于：所述地面变形监测组件包括GNSS和测量机器人棱镜、仪器测量单元模块、供电模块和无线通讯组网模块。

3.根据权利要求1所述地下三维变形自动监测装置，其特征在于：所述杆式轴向位移计位于波纹管内，所述万向节，通讯模块位于保护箱内，所述保护箱通过波纹管与锚固体连接。

4.根据权利要求3所述地下三维变形自动监测装置，其特征在于：所述三轴加速度计为MEMS三轴加速度传感器，所述波纹管为耐腐蚀波纹管，所述导杆为碳纤维杆。

5.一种地下三维变形自动监测方法，采用权利要求1至4任意一项所述装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

采用地面变形监测组件测量t时刻地面变形量；

根据t时刻测量的地面变形量，计算得到地下第i层变形监测单元下端A(i)点的三维坐标；

根据A(i)点t时刻的三维坐标与初始时刻的三维坐标差，得到A(i)点的三维变形值。

6.根据权利要求5所述地下三维变形自动监测方法，其特征在于：所述测量t时刻地面变形量包括以下步骤：

设X轴水平，正方向指向坝下游或地面最大水平位移方向，Y方向与X方向在同一水平面内相互正交，Z正方向竖直向下，O-X-Y-Z构成右手坐标系；定义与X坐标轴垂直的平面称为Y-Z面，与Y坐标轴垂直的平面称为X-Z面；与地面变形监测组件连接的第一层变形监测单元下端为A(1)，第二层变形监测单元下端为A(2)，依次得到各层变形监测单位下端分别为A(3)，……,A(k-1)，A(k)，A(k+1)；以各变形监测单元上端的万向节为坐标原点定义坐标系组为O₁-X₁-Y₁-Z₁、O₂-X₂-Y₂-Z₂、…、O_k-X_k-Y_k-Z_k、O_k+1-X_k+1-Y_k+1-Z_k+1，所述坐标系组各对应坐标轴之间相互平行；采用地面变形监测组件获得t时刻的地面变形量，所述地面变形量为t时刻地面变形监测组件在X、Y、Z方向的位移分量依次记为x₀(t)、y₀(t)和z₀(t)。