專利名稱：工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滑坡地質(zhì)災(zāi)害問題研究領(lǐng)域，尤其涉及滑坡體地質(zhì)和力學(xué)參數(shù)的確定和識(shí)別測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，作為滑坡災(zāi)害工程防治中最重要一環(huán)的滑坡地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的確定和識(shí)別主要利用淺層物探原理，對(duì)出現(xiàn)或容易出現(xiàn)滑坡的地點(diǎn)采用鉆孔物探方法進(jìn)行地質(zhì)層分析研究，但這種方法受地理影響較大，而且成本很高，且仍存在著一系列沒有很好解決的模糊經(jīng)驗(yàn)科學(xué)難題。特別是隨著我國西部大開發(fā)建設(shè)的深入和三峽水庫的蓄水，山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害問題會(huì)更加突出。這將不利于人們獲得可靠的工程設(shè)計(jì)，影響人們對(duì)滑坡所帶來的危害和工程防治效果的評(píng)估，使得工程防治的效果和效率受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，結(jié)合先進(jìn)的電子技術(shù)和對(duì)爆破震動(dòng)機(jī)理的新的研究成果，針對(duì)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的工程尺度地震探測，建立一套由無線網(wǎng)絡(luò)控制的爆破震動(dòng)信號(hào)觀測測量系統(tǒng)，對(duì)實(shí)際滑坡現(xiàn)場進(jìn)行勘探和檢測，將地質(zhì)學(xué)、力學(xué)和工程技術(shù)緊密地結(jié)合起來，在充分研究影響滑坡的地質(zhì)條件、巖土特性、水的作用等主要因素的基礎(chǔ)上，揭示巖體和崩滑體兩類山體介質(zhì)在重力、水、地震載荷作用下的不同特性，以及在開挖過程中的變形、破壞機(jī)理，給出山體穩(wěn)定性判別、預(yù)測及工程優(yōu)化方面的理論依據(jù)。本發(fā)明將使得滑坡災(zāi)害工程防治中關(guān)鍵參數(shù)的確定逐漸從以定性判斷為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)過渡到以準(zhǔn)確的定量計(jì)算為基礎(chǔ)的階段，推動(dòng)人們對(duì)工程地質(zhì)的了解，有效地防范和治理工程地質(zhì)災(zāi)害。
為此，本發(fā)明提供了這樣一種工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其包括利用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立的測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)，由該系統(tǒng)使得整個(gè)測量系統(tǒng)的各部分實(shí)現(xiàn)無線連接；中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)，該主控微機(jī)作為測控局域網(wǎng)服務(wù)器；若干個(gè)單點(diǎn)測量裝置，該裝置用于采集傳播到該點(diǎn)的震動(dòng)信號(hào)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及向中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；用于觸發(fā)震動(dòng)的裝置；GPS中心站和GPS單機(jī)，用于測點(diǎn)定位，并將測點(diǎn)定位數(shù)據(jù)傳輸給主控微機(jī)；數(shù)據(jù)處理軟件；其中主控微機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與單點(diǎn)測量裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)測量裝置的控制和各種數(shù)據(jù)的接收，通過數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識(shí)別。
進(jìn)一步，所述測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋、主天線、無線網(wǎng)卡、分站天線。
進(jìn)一步，所述單點(diǎn)測量裝置包括本地CPU、傳感器、智能程控放大器、數(shù)據(jù)采集器、觸發(fā)裝置、A/D接口、單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)發(fā)送模塊、定位裝置和可充電電源。
進(jìn)一步，所述的CPU采用低功率OEM嵌入式裝置。
進(jìn)一步，所述傳感器采用三向傳感器，所述單點(diǎn)測量裝置還包括一個(gè)傳感器定位架，該定位架用于對(duì)三向傳感器進(jìn)行定位。
進(jìn)一步，所述系統(tǒng)設(shè)置30臺(tái)單點(diǎn)測量裝置。
進(jìn)一步，所述GPS中心站可以是固定式，也可以是移動(dòng)式。
進(jìn)一步，所述GPS單機(jī)包括GPS天線、信號(hào)接收器、CPU、信號(hào)發(fā)送及單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)模塊。
本發(fā)明不僅能夠用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能夠用于實(shí)地的勘探和檢測。本發(fā)明集目前先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)的GPS技術(shù)、精確的多波測量和獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)于一體，其功能是目前市場上所沒有的，也沒有類似的設(shè)備被開發(fā)使用。結(jié)合將來的研究成果，該設(shè)備將具有相當(dāng)高的技術(shù)水平，并有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。


圖1是本發(fā)明工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)的工作流程示意圖；圖2是中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖；圖3是單點(diǎn)測量裝置設(shè)計(jì)原理圖；圖4是GPS測量裝置設(shè)計(jì)原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)的工作流程示意圖，該系統(tǒng)包括利用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立的測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)部分，中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)部分，若干個(gè)(例如30個(gè))單點(diǎn)測量裝置部分，GPS中心站和GPS單機(jī)，其中GPS中心站可為固定式，也可為移動(dòng)式。
如圖2所示，所述測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)進(jìn)一步包括無線網(wǎng)橋、主天線、無線網(wǎng)卡、分站天線，由其實(shí)現(xiàn)整個(gè)測量系統(tǒng)各部分的無線連接，所述主控微機(jī)作為測控局域網(wǎng)服務(wù)器，該主控微機(jī)采用便攜式電腦，操作系統(tǒng)采用WIN2000或WINXP，主控微機(jī)通過無線網(wǎng)卡與局域網(wǎng)相接，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)出控制信號(hào)與單點(diǎn)測量裝置和GPS單機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)測量裝置的控制和各種數(shù)據(jù)的接收。
如圖3所示，可以根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況的需要設(shè)置若干個(gè)單點(diǎn)測量裝置，每一單點(diǎn)測量裝置包括低功耗OEM嵌入式CPU裝置、三向傳感器及其定向架、智能程控放大器、數(shù)據(jù)采集器、觸發(fā)裝置、A/D接口、單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)發(fā)送模塊和可充電電源，該單點(diǎn)測量裝置通過無線網(wǎng)卡與局域網(wǎng)相接，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送本地IP和數(shù)據(jù)，同時(shí)接收來自中央控制系統(tǒng)的控制指令，由本地CPU控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作，具體為對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)放大器增益、采集數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并根據(jù)主控系統(tǒng)的命令向中央控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
如圖1和圖4所示，整個(gè)測量系統(tǒng)設(shè)置GPS中心站和至少一個(gè)GPS單機(jī)，根據(jù)不同的地理?xiàng)l件GPS中心站可以是固定式，也可采用GPS移動(dòng)機(jī)站，如利用遙控航模GPS移動(dòng)機(jī)站對(duì)無法到達(dá)或視線被遮擋的被測單點(diǎn)進(jìn)行定位。每一GPS單機(jī)由GPS天線、信號(hào)接收器、本地CPU裝置、無線網(wǎng)卡、信號(hào)發(fā)送及單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)模塊組成。GPS單機(jī)通過無線網(wǎng)卡與局域網(wǎng)相接，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接收單點(diǎn)測量裝置IP，在本地CPU的控制下進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)采集，確定被測地點(diǎn)標(biāo)識(shí)如相對(duì)三維地理位置等，將數(shù)據(jù)打包發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。主控微機(jī)對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，以確定各測點(diǎn)的位置；接收各單點(diǎn)測量裝置采集到的震動(dòng)信號(hào)，對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征識(shí)別，并通過工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)識(shí)別軟件對(duì)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別。
本發(fā)明的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)的工作流程如下1、測量準(zhǔn)備根據(jù)測量方案將單點(diǎn)測量裝置布置到各測點(diǎn)；2、由GPS中心站及GPS單機(jī)確認(rèn)每一個(gè)測點(diǎn)的位置，并將GPS數(shù)據(jù)及所對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)信息傳輸?shù)街骺匚C(jī)，以確保后續(xù)數(shù)據(jù)處理的正確性(必要時(shí)可用航模GPS系統(tǒng)測量地形)；3、接通各個(gè)測點(diǎn)上單點(diǎn)測量裝置的電源，使其處于待機(jī)狀態(tài)，主控微機(jī)對(duì)各測點(diǎn)上的單點(diǎn)測量裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；4、主控微機(jī)發(fā)出指令，激發(fā)用于震動(dòng)的爆破震源或錘擊震源裝置，在測點(diǎn)周圍產(chǎn)生震動(dòng)；5、各個(gè)單點(diǎn)測量裝置開始接收震動(dòng)波等信號(hào)，其三向傳感器開始采集波源傳遞的三向震動(dòng)信號(hào)；6、各單點(diǎn)測量裝置根據(jù)主控微機(jī)在發(fā)出激發(fā)震源指令的同時(shí)發(fā)出的采集數(shù)據(jù)指令將其傳感器采集的震動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，單點(diǎn)測量裝置可以根據(jù)主控微機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸指令通過無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向主控微機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，也可在測量結(jié)束后，以有線方式將數(shù)據(jù)傳輸給主控微機(jī)；7、數(shù)據(jù)處理主控微機(jī)首先對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，以確定各測點(diǎn)的位置；然后將各單點(diǎn)測量裝置的位置與其標(biāo)識(shí)及其傳輸?shù)恼饎?dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)；最后對(duì)各單點(diǎn)測量裝置傳輸?shù)恼饎?dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征識(shí)別，并通過工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)識(shí)別軟件對(duì)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別。
本發(fā)明是針對(duì)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的工程尺度而開發(fā)的震動(dòng)測量系統(tǒng)，可用于工程地質(zhì)中巖體宏觀力學(xué)特性參數(shù)、工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)中裂隙和軟弱夾層等特殊界面的幾何特性和界面特性以及滑坡體其它重要集合參數(shù)的識(shí)別等。本發(fā)明的地質(zhì)探測方法及相應(yīng)的波源和檢波技術(shù)不但能夠應(yīng)用于滑坡災(zāi)害的特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少地質(zhì)勘察的費(fèi)用，還可應(yīng)用于其它一些工程地質(zhì)的勘探。
權(quán)利要求
1.一種工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其包括利用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立的測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)，由該系統(tǒng)使得整個(gè)測量系統(tǒng)的各部分實(shí)現(xiàn)無線連接；中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)，該主控微機(jī)作為測控局域網(wǎng)服務(wù)器；若干個(gè)單點(diǎn)測量裝置，該裝置用于采集傳播到該點(diǎn)的震動(dòng)信號(hào)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及向中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；用于觸發(fā)震動(dòng)的裝置；GPS中心站和GPS單機(jī)，用于測點(diǎn)定位，并將測點(diǎn)定位數(shù)據(jù)傳輸給主控微機(jī)；數(shù)據(jù)處理軟件；其中主控微機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與單點(diǎn)測量裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)測量裝置的控制和各種數(shù)據(jù)的接收，通過數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識(shí)別。
2.如權(quán)利要求1所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋、主天線、無線網(wǎng)卡、分站天線。
3.如權(quán)利要求2所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述單點(diǎn)測量裝置包括本地CPU、傳感器、智能程控放大器、數(shù)據(jù)采集器、觸發(fā)裝置、A/D接口、單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)發(fā)送模塊、定位裝置和可充電電源。
4.如權(quán)利要求3所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的CPU采用低功率OEM嵌入式裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器采用三向傳感器，所述單點(diǎn)測量裝置還包括一個(gè)傳感器定位架，該定位架用于對(duì)三向傳感器進(jìn)行定位。
6.如權(quán)利要求5所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)設(shè)置30臺(tái)單點(diǎn)測量裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS中心站可以是固定式，也可以是移動(dòng)式。
8.如權(quán)利要求7所述的工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS單機(jī)包括GPS天線、信號(hào)接收器、CPU、信號(hào)發(fā)送及單點(diǎn)測量裝置標(biāo)識(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程地質(zhì)參數(shù)識(shí)別測量系統(tǒng)，其包括利用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立的測控局域網(wǎng)硬件系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)主控微機(jī)，若干個(gè)單點(diǎn)測量裝置，用于觸發(fā)震動(dòng)的裝置，GPS中心站和GPS單機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件；GPS中心站及其單機(jī)對(duì)各測點(diǎn)進(jìn)行定位，各單點(diǎn)測量裝置對(duì)所處點(diǎn)的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集并儲(chǔ)存，主控微機(jī)作為測控局域網(wǎng)服務(wù)器利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與單點(diǎn)測量裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識(shí)別。本發(fā)明集無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS技術(shù)、精確的多波測量和獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)于一體，其功能先進(jìn)，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明不僅能夠用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能夠用于實(shí)地的勘探和檢測。
文檔編號(hào)G01V1/28GK1560652SQ20041000453
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者丁樺, 張均鋒, 遲照宏, 樺 丁 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所