阅读说明：本技术 一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法 (Slope landslide monitoring and early warning method based on double-millimeter-wave radar ranging triangulation positioning ) 是由 李坚 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本专利公开了一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡安全监测预警方法,通过在被监测坡面上按照一定密度安装若干毫米波雷达无源反射器F,作为F点周围一定区域内的边坡滑坡监测点F；在被监测边坡的坡脚水平位置安装两处毫米波雷达A和B,A和B之间的直线距离AB长度为c；通过测量△ABF的边AF、BF的长度a、b,实现了监测点F与AB之间垂直距离h的测量；在已知边坡坡度β和AB与边坡坡脚的水平垂直距离的条件下,通过测量a和b,实现了监测F点与坡脚垂直距离L的测量；通过实时监测h或L的变化量Δh或ΔL,实现了对监测点F滑坡情况的实时监测和预警功能。(The patent discloses a slope safety monitoring and early warning method based on double millimeter wave radar ranging triangulation location, wherein a plurality of millimeter wave radar passive reflectors F are installed on a monitored slope according to a certain density and serve as slope landslide monitoring points F in a certain area around an F point; installing two millimeter wave radars A and B at the horizontal position of the slope toe of the monitored side slope, wherein the length of a straight line distance AB between the A and the B is c; the vertical distance h between the monitoring point F and the monitoring point AB is measured by measuring the lengths a and b of the sides AF and BF of the delta ABF; under the condition that the horizontal vertical distances between the slope beta and AB of the side slope and the slope toe of the side slope are known, the measurement of the vertical distance L between the monitoring point F and the slope toe is realized by measuring a and b; by monitoring the variable quantity delta h or delta L of h or L in real time, the real-time monitoring and early warning functions of the landslide condition of the monitoring point F are realized.)

一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警 方法

技术领域

本发明涉及一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法，涉及毫米波雷达测距方法，涉及一种边坡安全监测预警方法。

背景技术

山区高速公路、铁路线路边坡工程地质条件复杂、影响因素多、管养难度大，一旦发生边坡变形破坏通常会对公路、铁路运输生产安全造成严重后果。以往主要依靠管养人员现场巡查判断来进行边坡安全监测，对重点复杂或高度较高的高边坡进行各种专业仪器试验与监测，存在成本高，费时费力，无法及时把握边坡坡体与防护结构潜在安全风险等问题。为了解决该问题，随着技术的发展，研究人员就此问题进行了大量的科学研究，并提出了诸多边坡滑坡检测方法，用于实现边坡安全监测预警。目前，边坡安全监测预警方法，按照所采用的传感技术大致分作四大类：基于分布式传感的边坡安全监测方法、基于GPS技术的边坡安全监测方法、基于合成孔径雷达的边坡安全监测方法和基于传统传感器的边坡安全监测方法。

基于分布式传感的边坡安全监测方法，其主要采取在被监测的边坡上敷设或预埋传感用的光纤或光栅，利用光纤传感技术监测边坡的形变，实现对边坡安全的实现监测。该技术方案需要在边坡工程建设期间预埋光纤光栅传感器、分布式传感用光纤或电缆等传感期间，其施工工程量大、成本高。

基于GPS技术的边坡安全监测方法，其原理是以装设在边坡上的变形敏感部分装设北斗或GPS接收机作为监测站、在坡脚安装GPS接收机作为基准站，通过处理GPS接收机接收到的GPS信号，实现对监测站点是否发生位移的监测，最终实现对边坡的变形敏感部分是否发生滑坡等监测预警。该技术方案该技术需要借助高精度的卫星导航系统接收机，要达到mm级或cm级的位移监测精度，一般需要与地面差分站配合、才能达到该精度，其接收机及地面差分站价格昂贵；二是需要解决以卫星导航系统接收机为核心的监测点的供电问题、监测点与数据处理中心间的通信问题，大幅度增加了系统整体造价。

基于合成孔径雷达的边坡安全监测方法，基本原理是利用合成孔径雷达的合成孔径技术和干涉测量等技术，合成孔径雷达利用平台运动和信号处理算法产生高分辨力图像，以获取高精度和髙分辨率的边坡变形信息，实现对边坡的二维高分辨率图像，通过处理该图像，实现对边坡的监测预警。该技术方案的监测精度从m级到mm级不等，属于雷达技术的应用，系统整体造价昂贵。

基于传统传感器的边坡安全监测方法，就是利用传统的应力传感器、角度传感器、位移传感器等作为传感单元，通过在被监测边坡上进行点式布设组网，通过传感器监测边坡的形变或者位移，实现对边坡安全监测；该技术方案通常需要在被监测边坡上布设大量的传感器，并且还需要同步设计收集传感器采集来的信息的通信网络，因此已逐渐被其它技术所替代。

鉴于上述技术方案存在的优缺点，需要提出一种新型的边坡滑坡监测方法，该方法应该具备如下优点：一是测量精度需要达到边坡监测要求；二是安装于被监测边坡上的相关设备应为无源设备，克服大多数既有技术方案需要供电问题；三是技术方案可实时性强、系统鲁棒性强。因此，本发明提出了一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法，可以实现对一定面积的边坡进行非接触、高精度、定点实时连续测量，并作出滑坡告警。本发明所提出的一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法(图1)，其主要内容如下：

①在被监测坡面上按照一定密度安装若干毫米波雷达无源反射器F，作为 F点周围一定区域内的边坡滑坡监测点F。在被监测边坡的坡脚水平位置安装两处毫米波雷达A和B，A和B之间的直线距离AB长度为c；通过测量△ABF 的边AF、BF的长度a、b，实现了监测点F与AB之间垂直距离h的三角定位测量；在已知边坡坡度β和AB与边坡坡脚CD的水平垂直距离h_min的条件下，通过测量a和b，实现了监测F点与坡脚垂直距离L的测量；通过实时监测h或 L的变化量Δh或ΔL，实现了对监测点F滑坡情况的实时监测和预警功能。

②△ABF的面积S_ABF与a、b的关系如公式1；h与a、b的关系如公式2；当F位移至F′，此时雷达A和B测量得到F的距离为a′和b′，由此引起h的变化量Δh如公式3、引起L的变化量ΔL如公式4。

③该方法测量h的标准差δh，与毫米波雷达A和B在有效距离测量范围内的标准差δa和δb的关系如公式5；当h做微小变化(厘米级别)时，可以认为F是沿着边坡坡面滑动，L的测量标准差δL与δh的关系如公式6。

①所述的无源反射器F，是用于将毫米波雷达A和B发射的毫米波无线射频信号反射回A和B，毫米波雷达A和B通过接收并处理F反射回的毫米波无线射频信号，实现对a、b的测量。

①和②所述，为保证监测精度，雷达反射器安装位置F的安装限制条件是：△ABF的∠FAB、∠FBA取值应不小于α_min(α_min>0，单位为弧度)，α_min与c和δh的取值有关。

②所述，采用均匀步长计数法对监测点F滑坡情况的实时监测和预警。设步长计数器i(i是非负整数)的限值为N_max(N_max＞0)；F位移引起h和L的变化量步长分别为Δh_step和ΔL_step，Δh_step≧δh、ΔL_step≧δL；每当F位移引起h 和L的变化量Δh或ΔL达到Δh_step或ΔL_step，则计数器i加1；当i累积增大到等于N_max时，则表示监测点F发生滑坡并达到了预警限值。

公式1

公式2

公式3

公式4

公式5

公式6

以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

附图说明

图1一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法原理示意图。

图2一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警系统。

具体实施方式

下面结合案例(图2)，介绍本发明所述的一种基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警方法的主要实施方式。

实施方案：基于双毫米波雷达测距三角定位的边坡滑坡监测预警系统。

①假设需要被监测坡面的底边长度为c，边坡坡度为β；在被监测坡面上按照一定的密度，安装若干毫米波雷达无源反射器F；在安装雷达反射器F时， F与雷达A和B所形成的△ABF，其∠FAB、∠FBA应不小于α_min(α_min>0，单位为弧度)，α_min的取值受c、δh限制；在被监测边坡的坡脚水平位置安装两处毫米波雷达A和B，A和B之间的直线距离AB长度为c；AB与边坡坡脚CD 的水平垂直距离PM应满足测量精度的要求(图2)。

②无源反射器F用于将毫米波雷达A和B发射的毫米波无线射频信号反射回A和B，毫米波雷达A、B通过接收并处理F反射回的毫米波无线射频信号，实现对a、b的测量；毫米波雷达A、B将测量得到的a、b值通过数据采集及通信设备A、B，经通信网络发送至数据中心服务器。

③利用两个毫米波雷达A和B，测量数据中心服务器通过测量得到△ABF的边AF、BF的长度a、b，通过公式1和2，计算得到监测点F与AB之间垂直距离h；当F位移至F′，此时雷达A和B测量得到F的距离为a′和b′，由此引起h和L的变化量Δh和ΔL，由公式3和 4分别计算得到。

④在已知边坡坡度β和AB与边坡坡脚CD的垂直距离PM的条件下，系统通过测量a和b，实现了监测F点与坡脚垂直距离L的测量；通过实时监测h 或L的变化量Δh或ΔL，实现了对监测点F滑坡情况的实时监测和预警功能。

⑤系统测量h的标准差δh，与米波雷达A和B在有效距离测量范围内的标准差δa、δb的关系如公式5；当h做微小变化(厘米级别)时，可以认为F 是沿着边坡坡面滑动，L的测量标准差δL与δh的关系如公式6。

⑥系统采用均匀步长计数法设定检测和预警门限的方式对监测点F滑坡情况的实时监测和预警。设步长计数器为i(i是非负整数)，报警门限N_max；F 位移引起h和L的变化量步长Δh_step和ΔL_step，Δh_step≧δh、ΔL_step≧δL；每当F 位移引起h和L的变化量Δh或ΔL达到Δh_step或ΔL_step，则计数器i加1；当i累积增大到等于N_max时，则表示监测点F发生滑坡并达到了预警限值。

⑦显示单元实时将每个监测点F的h和L的累积变化量和

实时显示，当监测点F发生滑坡并达到了预警限值N_max时，将告警信息显示。