基于激光雷达的边坡变形预警系统及方法与流程

1.本发明涉及边坡检测领域，具体涉及一种基于激光雷达的边坡变形预警系统及方法。


背景技术：

2.随着我国基础建设的不断完善,发电厂、变电站的建设过程中难免产生大量的边坡,但由于受自然地质构造和人工活动的影响,边坡失稳破坏日趋增加。如何对边坡进行监测分析其稳定性,最终对边坡变形趋和失稳破坏势进行预测,从而降低或者避免边坡失稳破坏带来的人员伤亡以及经济损失显得非常重要。
3.传统的边坡检测技术包括大地测量法、测缝法、钻孔测斜法、竖井测斜法、监测岩土体应力以及监测土体含水率、地下水位、孔隙水压力、降雨量等。其中大地测量法、测缝法主要使用的监测仪器为经纬仪、水准仪、测距仪、钢卷尺、游标卡尺等，这种方法监测效率较低,难以实时监测地表位移的变化,光学仪器受环境气候及地形条件的影响；钻孔测斜法、竖井测斜法主要使用的监测仪器为钻孔测斜仪、多点位移计等，这种方法监测周期较长,所用设备和仪器成本较高；监测岩土应力主要使用的监测仪器为岩体应力计、土压力盒、收敛计、微变仪等，这种方法易受潮湿、强酸﹑强碱﹑锈蚀等环境影响；采用各类传感器监测士体含水率、地下水位、孔隙水压力,降雨量的方法自动化程度低,监测参数较单一,仪器安装繁琐,仪器成本较高。
4.虽然传统的边坡检测技术已经较为成熟，并在实际边坡工程中取得了可靠的监测效果。但它们目前也存在许多不足，传统的边坡检测技术需要人工定期到现场采集数据,不仅导致工作量较大，而且监测的时效性较差，并且在气候条件恶劣的情况下无法及时进行监测。由于大部分边坡变形失稳均发生在暴雨、地震等极端情况下，如果这种情况下仍进行现场监测会威胁到现场监测的工作人员的生命安全。并且现有的电阻应变计式、电感式传感器和钢弦式等传感元件尺寸较大、抗干扰性及稳定性较差，还易发生零点漂移。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于激光雷达的边坡变形预警系统及方法，能够实现对边坡变形实时监测，并能够在出现边坡失稳情况时及时给出预警。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于激光雷达的边坡变形预警系统，包括激光雷达单元、通讯模块、数据处理终端和警报器；所述激光雷达单元通过通讯模块与数据处理终端连接；所述数据处理终端还与警报器连接；所述激光雷达单元获取原始边坡数据发送至数据处理终端；所述数据处理终端负责对原始边坡数据进行处理，若超出预设阈值，通过警报器负责对边坡变形事故发出预警。
7.进一步，所述激光雷达采用horn-x2 pro 长距3d激光雷达。
8.进一步，所述通讯模块采用sx1268 lora无线串口模块。
9.进一步，所述数据处理终端采用rk3399工控终端机。
10.进一步，所述激光雷达单元包括若干激光雷达，按固定间隔距离设置，使监测范围覆盖整个边坡。
11.一种基于激光雷达的边坡变形预警系统的控制方法，包括以下步骤：步骤s1:激光雷达扫描边坡，获取原始边坡扫描数据；步骤s2:通讯模块将原始边坡扫描数据发送至数据处理终端；步骤s3:数据处理终端将原始边坡扫描数据进行降噪处理；步骤s4:循环采集n次后，数据处理终端将边坡扫描数据中的动物、植被数据进行过滤，得到准确的边坡数据；步骤s5:数据处理终端将降噪与过滤处理后的边坡数据与初始数据进行对比，得出当前边坡变形程度；步骤s6:根据当前边坡变形程度，数据处理终端发出边坡变形预警；步骤s7:对边坡变形事故进行全过程持续监测，保存事故全程边坡变形数据，后期可依据保存的数据进行事故分析、评估。
12.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、本发明监测精度高，雷达能以毫米以下级精度获取边坡变形数据;测量范围广，可根据边坡长度布置多个激光雷达监测点，测量范围可覆盖整个边坡；2、本发明空间分辨率高，能监测到被测区域表面很小区域的变形，采样间隔短，方便确定目标监测区内最大位移发生的位置，便于风险管理，可避免常规监测中常发生的采样周期间隔较长和数据不连续或丢失等问题3、本发明监测位置选择灵活，无需在被测边坡上布设固定监测设备，能够在较远的距离对存在隐患的边坡进行监测，即使发生边坡失稳事故，也不会造成监测设备的损失；4、本发明对边坡事故进行全过程的连续监测，并能在后期对事故区域继续监测、评估。
附图说明
13.图1是本发明系统结构俯视示意图；图2是本发明一实施例中系统侧视示意图；图3是本发明一实施例中方法流程图；图中，
①
为激光雷达，
②
为通讯模块，
③
为数据处理终端，
④
为警报器。
具体实施方式
14.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
15.请参照图1，本发明提供一种基于激光雷达的边坡变形预警系统，包括激光雷达单元、通讯模块、数据处理终端和警报器；所述激光雷达单元通过通讯模块与数据处理终端连接；所述数据处理终端还与警报器连接；所述激光雷达单元获取原始边坡数据发送至数据处理终端；所述数据处理终端负责对原始边坡数据进行处理，若超出预设阈值，通过警报器负责对边坡变形事故发出预警。
16.在本实施例中，激光雷达采用horn-x2 pro 长距3d激光雷达。通讯模块采用
sx1268 lora无线串口模块。数据处理终端采用rk3399工控终端机。
17.在本实施例中，激光雷达单元包括若干激光雷达，按固定间隔距离设置，使监测范围覆盖整个边坡。
18.若激光雷达最大量程为d
lidar
，水平视场角为θh，垂直视场角为θv。
19.则激光雷达监测点与边坡距离为：d
lidar
×
cos（θh/2）单个激光雷达最大可覆盖边坡长度为：d
lidar
×2×
sin（θh/2）单个激光雷达最大可覆盖边坡高度为：d
lidar
×2×
sin（θv/2）在本实施例中，采用的horn-x2 pro 长距3d激光雷达，10%反射率条件下量程为300m，视场角为90
°×
30
°
。
20.可知达到最大量程300m时，激光雷达监测点到边坡的距离为：300m
×
cos45
°
≈212m此时单个激光雷达可覆盖边坡长度为：300m
×2×
sin45
°
≈424m此时激光雷达可覆盖边坡高度为：300m
×2×
sin15
°
≈155m优选的，在本实施例中，还提供一种基于激光雷达的边坡变形预警系统的控制方法，包括以下步骤：步骤s1:激光雷达扫描边坡，获取原始边坡扫描数据；步骤s2:通讯模块将原始边坡扫描数据发送至数据处理终端；步骤s3:数据处理终端将原始边坡扫描数据进行降噪处理；步骤s4:循环采集n次后，数据处理终端将边坡扫描数据中的动物、植被数据进行过滤，得到准确的边坡数据；步骤s5:数据处理终端将降噪与过滤处理后的边坡数据与初始数据进行对比，得出当前边坡变形程度；步骤s6:根据当前边坡变形程度，数据处理终端发出边坡变形预警；步骤s7:对边坡变形事故进行全过程持续监测，保存事故全程边坡变形数据，后期可依据保存的数据进行事故分析、评估。
21.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。