一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统及方法与流程

1.本发明涉及边坡主动监控技术领域，具体涉及一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统及方法。


背景技术：

2.现有的边坡监测常用的卫星定位监测仅能对边坡表面位移进行监测，无法对早于地表位移开始的深层滑动面进行监测，发送的边坡滑动报警信息存在一定滞后性，同时卫星定位系统的通信时间较长、监测频率较低，无法满足警情出现时的高频监测要求。
3.常用的边坡深层土体位移监测系统可对所布设测线范围内的土层位移进行监测，并可穿越边坡滑动面对边坡深层滑动面位移进行高频高精度监测，但是当柔性测斜布设范围发生整体滑动时，不能准确监测边坡位的绝对值，可导致边坡位移监测失效。
4.常用的边坡机器视觉位移监测系统可对边坡表面位移进行大范围高频率监测，但是机器视觉仪在观测平面上的监测精度较高，在视距方向的监测精度较低，仅可实现边坡在竖向和坡宽方向地表高精度高频监测，同时当机器视觉仪视域范围被遮挡或机器视觉仪机位发生移动时，将严重影响机器视觉仪监测的准确性。
5.综上，以上边坡监测系统在独立使用时出现边坡位移漏报、误报、晚报的概率较大，难以实现边坡监测的高频率、低误差监测和准确的警情推送。


技术实现要素：

6.本发明提供的一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统及方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。
7.为了实现上述技术目的，本发明主要采用以下技术方案：一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统，包括土体深层位移监测系统、机器视觉位移监测系统和卫星定位系统，所述土体深层位移监测系统由柔性测斜仪和柔性测斜仪智能网关组成，用于监测土层内部不同深度的位移值，并将深层土体位移监测数据传输至终端；所述机器视觉位移监测系统由机器视觉仪和机器视觉仪智能网关组成，用于监测地表和柔性测斜仪顶部位移并记录现场图像信息，并将所述图像信息及地表监测数据传输至终端；所述卫星定位系统由卫星定位智能网关、定位卫星和卫星定位仪组成，用于对机器视觉仪机位或柔性测斜仪顶部坐标定位及位移校准，并将采集到的地表位移监测信息，或柔性测斜仪顶部及机器视觉仪的gis和3d定位信息传输至终端；所述终端用于收集卫星定位系统、机器视觉位移监测系统、土体深层位移监测系统的定位及监测数据，并对卫星定位系统传送的地表位移监测信息、机器视觉仪及柔性测斜仪顶部的gis和3d定位信息，机器视觉位移监测系统传送的地表监测数据及土体深层位移监测系统传送的深层土体位移监测数据进行比对分析，得到准确的地表及深层土体的绝
对位移值，并根据预先制定好的预警逻辑对各系统的监测预警数据进行分级校核和报警；所述空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统的三个系统均可独立开展监测工作，或根据现场情况两两组合使用，或三系统组合形成综合监控预警系统，实现边坡高频率监测、高准确度综合预警。
8.其中，为了利于监测，本发明中，所述柔性测斜仪布设在监测对象边坡上，柔性测斜仪顶部安装有卫星定位仪和机器视觉仪靶标，所述机器视觉仪布设在所述边坡滑动范围外，且机器视觉仪顶部也设有卫星定位仪。
9.本发明中，优选的，所述卫星定位系统对机器视觉仪机位和柔性测斜仪顶部位移校准的方法如下：卫星定位系统对机器视觉仪机位进行校准核对，判断机器视觉仪机位位置是否移动，若机位未发生移动，则校准核对通过；若机位发生位移，则校准核对不通过；若机器视觉仪机位校准核对通过，则利用机器视觉仪监测柔性测斜仪顶部位移；若机器视觉仪机位校准核对不通过，则判定机器视觉仪发生整体位移；指令现场人工进行校准维护，同时采用卫星定位系统对柔性测斜仪顶部位移进行监测。
10.进一步的，所述土体深层位移监测系统还包括预警装置，所述预警装置与所述柔性测斜仪智能网关相连接。
11.更进一步的，所述机器视觉位移监测系统还包括报预警装置，所述预警装置与所述机器视觉仪智能网关相连接。
12.本发明还提供了一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控方法，主要采用上述公开的空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统。
13.进一步的，所述方法包括以下步骤：若土体深层位移监测系统预警，则判断是柔性测斜仪地表位移预警还是柔性测斜仪深层土体位移预警，当为柔性测斜仪地表位移预警时，终端调取机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，若比对结果吻合则终端发送地表滑动报警信息并调取机器视觉仪采集图像；若比对结果不吻合，则终端向卫星定位系统发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令，并采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移；当为柔性测斜仪深层土体位移预警时，则终端发送深层滑动预警信息并调取机器视觉仪采集图像，接着调取机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，若比对结果吻合则判定柔性测斜仪未发生整体位移，柔性测斜仪的监测数据为地层绝对位移；若比对结果不吻合，则终端向卫星定位系统发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令，并采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移；若机器视觉位移监测系统预警，则终端调取柔性测斜仪顶部监测数据与其比对，判断两者结果是否吻合，若比对结果吻合，则判定机器视觉仪机位未发生位移，发送地表滑动报警信息并发送机器视觉仪采集图像；若比对结果不吻合，则终端向卫星发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令，采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移。
14.更进一步的，当土体深层位移监测系统预警中，为柔性测斜仪地表位移预警，且机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，比对结果不吻合时，终端向卫星
定位系统发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令包含：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准；卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析。
15.更进一步的，当土体深层位移监测系统预警中，为柔性测斜仪深层土体位移预警，且机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，比对结果不吻合时，终端向卫星发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令包含：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准。卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析。
16.更进一步的，当土体深层位移监测系统预警中，为机器视觉位移监测系统预警，且终端调取柔性测斜仪顶部监测数据与其比对，比对结果不吻合时，终端向卫星发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令包含：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准。卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种空-地-深一体可视化边坡自动监测系统及方法，将三种监测系统进行组合，形成空-地-深联动的监测方法、三系统相互校准逻辑和警情报送流程。将三种监测系统深度融合，充分发挥三种监测系统在边坡监测中的优势，规避各系统在监测过程中存在的问题，有效提高边坡监测的精度和平率，降低监测过程中的误差及警情推送漏报、误报、晚报概率。
附图说明
18.图1为本发明中空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统的结构框图；
图2为本发明中空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统中监测现场布设总图；图3为图2中柔性斜侧仪顶部的放大图；图4为本发明中空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统的功能图；图5为本发明中卫星定位系统对机器视觉仪机位进行校准核对的流程图；图6为本发明中土体深层位移监测系统预警的流程图；图7为本发明中机器视觉位移监测系统预警的流程图。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。
21.实施例一：空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统如图1、图4所示的一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统，其中，该监控系统包括土体深层位移监测系统、机器视觉位移监测系统、卫星定位系统，其中，土体深层位移监测系统由柔性测斜仪和柔性测斜仪智能网关组成，用于监测土层内部不同深度的位移值，并将深层土体位移监测数据传输至终端；机器视觉位移监测系统由机器视觉仪和机器视觉仪智能网关组成，用于监测地表和柔性测斜仪顶部位移并记录现场图像信息，并将所述图像信息及地表监测数据传输至终端；卫星定位系统由卫星定位智能网关、定位卫星和卫星定位仪组成，用于对机器视觉仪机位或柔性测斜仪顶部坐标定位及位移校准，并将采集到的地表位移监测信息，或柔性测斜仪顶部及机器视觉仪的gis和3d定位信息传输至终端；终端用于收集卫星定位系统、机器视觉位移监测系统、土体深层位移监测系统的定位及监测数据，并对卫星定位系统传送的地表位移监测信息、机器视觉仪及柔性测斜仪顶部的gis和3d定位信息，机器视觉位移监测系统传送的地表监测数据及土体深层位移监测系统传送的深层土体位移监测数据进行比对分析，得到准确的地表及深层土体的绝对位移值，并根据预先制定好的预警逻辑对各系统的监测预警数据进行分级校核和报警；上述空-地-深一体可视化边坡自动监测监控系统的三个系统均可独立开展监测工作，或根据现场情况两两组合使用，或三系统组合形成综合监测监控系统，实现边坡高频率监测、高准确度综合预警。
22.本发明中，优选的，终端可以是电脑或手机等，方便显示检测数据，当然，终端也可以是其他显示设备，此处不作进一步限制。
23.如图2、图3所示，为了利于监测，本发明中，柔性测斜仪3布设在监测对象边坡上，柔性测斜仪3顶部安装有卫星定位仪2和机器视觉仪靶标5，机器视觉仪4则布设在边坡滑动范围外，且机器视觉仪4顶部也布设有卫星定位仪2，卫星定位仪2与定位卫星1形成定位信号的通信连接。
24.具体的，机器视觉仪4应该安装在一支架上，而该支架则选取合适位置布设在边坡
滑动范围外，其中，机器视觉仪优选为二维机器视觉仪，在机器视觉仪的顶部安装激光/毫米雷达测距装置，机器视觉仪朝向柔性测斜仪的一侧安装可更换的变焦或定焦镜头，通过镜头可以拍摄到柔性测斜仪顶部位移情况，从而实现机器视觉仪对柔性测斜仪顶部位移的监测。
25.机器视觉仪电性连接有机器视觉仪智能网关，机器视觉仪智能网关安装在机箱内部，机箱内还安装有有线或无线路由器和边缘计算处理器，且有线或无线路由器和边缘计算处理器也与机器视觉仪智能网关电性连接，用于输出监测信息，同时，机箱内部还可以设置防雷装置，该防雷装置可以对该机器视觉仪控制器起到保护的作用。
26.需要说明的是，由于边坡的地形情况和实际环境等各不相同，因此可以根据需要在边坡的不同位置放置多个监控系统，每个监控系统内设备的布设情况，如上所述。
27.另外，本发明中，卫星定位系统对机器视觉仪机位和柔性测斜仪顶部位移校准的方法如下，如图5所示：卫星定位系统对机器视觉仪机位进行校准核对，判断机器视觉仪机位位置是否移动，若机位未发生移动，则校准核对通过；若机位发生位移，则校准核对不通过；由于机器视觉仪机位的位置直接关系到安装在机器视觉仪上的镜头的位置，而镜头的位置，则关系到其是否能准确拍摄到柔性测斜仪的顶部位移，因而，在进行边坡监测前，应首先保证机器视觉仪的机位，此为保证监测准确性的首要前提。
28.若机器视觉仪机位校准核对通过，则利用机器视觉仪监测柔性测斜仪顶部位移；若机器视觉仪机位校准核对不通过，则判定机器视觉仪发生整体位移；指令现场人工进行校准维护，同时采用卫星定位系统对柔性测斜仪顶部位移进行监测。
29.当人工进行校准维护后，应再次利用卫星定位系统对机器视觉仪机位进行再次校准核对，确保机器视觉仪机位最终达到正确的机位位置，然后再进行后续的操作，保证监测结果。
30.进一步的，上述土体深层位移监测系统还包括预警装置，预警装置与柔性测斜仪智能网关相连接。也就是说土体深层位移监测系统中，当柔性测斜仪监测地层从地表至滑动面深处的位移超过预设值时，可以将结果反馈给与柔性测斜仪连接的柔性测斜仪智能网关，同时，该预警装置也与柔性测斜仪智能网关电性连接，因而，当出现位移异常时，可以通过此预警装置报警。
31.其中，需要注意的是，上述位移的预设值应根据实际的边坡情况进行调整，而不仅局限为一种数值，此处不作进一步限制。
32.同理，上述机器视觉位移监测系统也包括预警装置，该预警装置与机器视觉仪智能网关相连接。
33.上述两预警装置在使用时，为了便于区分，可以进行编号设置，或者是设置红绿信号不同的预警装置，从而可以直观判断是土体深层位移监测系统异常还是机器视觉位移监测系统异常。
34.实施例二：空-地-深一体可视化边坡自动监测监控方法实施例二主要提供了一种空-地-深一体可视化边坡自动监测监控方法，其具体采用上述公开的监控系统。
35.也就是说根据需要在边坡的不同位置放置的多个监控系统，都根据下述监控方法
来实现监控。其中，该监控方法具体包括以下步骤：s1将监控系统中各部件布设在监测对象边坡处的合理位置上，参照实施例一种各部件的布设位置，对边坡进行监控；可以根据实际需要在边坡的不同位置放置的多个监控系统；s2若边坡位移超过预设值，则预警装置报警，根据预警装置的报警结果，判断是土体深层位移监测系统预警还是机器视觉位移监测系统预警；即土体深层位移监测系统和机器视觉位移监测系统上都设置预警装置，并对预警装置进行了区分设置，如对预警装置进行编号，设置预警装置1或预警装置2，或者是设置红绿信号不同的预警装置，从而可以直观判断是土体深层位移监测系统异常还是机器视觉位移监测系统异常；s3若判断为土体深层位移监测系统预警，如图6所示，则首先判断是柔性测斜仪地表位移预警还是柔性测斜仪深层土体位移预警，即基于上述同样的原理，柔性测斜仪地表位移处和柔性测斜仪深层土体位移也设置预警装置，同时也对此两预警装置进行区分设置，并使得此两预警装置与土体深层位移监测系统上的总预警装置进行并联，则当发现土体深层位移监测系统上的总预警装置报警时，再观察与其并联的是哪一预警装置报警，从而判断是柔性测斜仪地表位移预警还是柔性测斜仪深层土体位移预警；当为柔性测斜仪地表位移预警时，终端调取机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，若比对结果吻合则终端发送地表滑动报警信息并调取机器视觉仪采集图像；若比对结果不吻合，则终端向卫星定位系统发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准；卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析，并采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移；当为柔性测斜仪深层土体位移预警时，则终端发送深层滑动预警信息并调取机器视觉仪采集图像，接着调取机器视觉仪地表监测数据与柔性测斜仪顶部位移进行比对，若比对结果吻合则判定柔性测斜仪未发生整体位移，柔性测斜仪的监测数据为地层绝对位移；若比对结果不吻合，则终端向卫星定位系统发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准。卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性
测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析，并采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移；s4若机器视觉位移监测系统预警，如图7所示，则终端调取柔性测斜仪顶部监测数据与其比对，判断两者结果是否吻合，若比对结果吻合，则判定机器视觉仪机位未发生位移，发送地表滑动报警信息并发送机器视觉仪采集图像；若比对结果不吻合，则终端向卫星发送校核机器视觉仪机位及柔性测斜仪顶部坐标命令：若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标未移动，则地表位移报警以机器视觉仪监测数据为准，若卫星定位系统校准所得机器视觉仪机位坐标发生移动，则判定机器视觉仪机位发生整体位移，本次地表报警以卫星定位监测数据为准并及时对机器视觉仪布设机位进行调整和校准。卫星定位系统校核机器视觉仪机位坐标的同时，校准柔性测斜仪顶部坐标变化值，若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移吻合，则地表位移报警以柔性测斜仪监测数据为准；若变化值与柔性测斜仪自身测得的顶部位移不吻合，则判定柔性测斜仪发生整体位移，同时采用卫星定位系统校准柔性测斜仪监测数据，得到边坡绝对位移值，重新传送至终端进行分析，采用定位信号校准柔性测斜仪监测数据得到边坡绝对位移。
36.本发明提出的一种空-地-深一体可视化边坡自动监测系统及方法，将三种监测系统进行组合，形成空-地-深联动的监测方法、三系统相互校准逻辑和警情报送流程，将三种监测系统深度融合，充分发挥三种监测系统在边坡监测中的优势，规避各系统在监测过程中存在的问题，有效提高边坡监测的精度和平率，降低监测过程中的误差及警情推送漏报、误报、晚报概率。
37.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每一个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或者相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
38.值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。