基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统
阅读说明：本技术 基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统 (Slope damage time determination method and system based on angular velocity reciprocal method ) 是由 赵江 王天鹏 肖智安 张洁 贾自恒 肖诗豪 马丽娜 李志祥 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统,包括：获取角度传感器采集的角度数据；所述角度传感器设置在待预报边坡上,所述角度传感器为多个；根据所述角度数据确定边坡监测点位处角速度；根据所述角速度,采用角速度倒数法确定角速度倒数-时间的云图；根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间。通过本发明的上述方法能够直接对边坡破坏时间进行确定,其结果更可靠。(The invention relates to a slope destruction time determination method and a system based on an angular velocity reciprocal method, wherein the method comprises the following steps: acquiring angle data acquired by an angle sensor; the angle sensors are arranged on the slope to be forecasted, and the number of the angle sensors is multiple; determining the angular speed of the slope monitoring point position according to the angle data; determining a cloud picture of the reciprocal of the angular velocity-time by adopting a reciprocal method of the angular velocity according to the angular velocity; and determining slope damage time according to the cloud picture of the reciprocal angular velocity-time. The method can directly determine the slope damage time, and the result is more reliable.)
技术领域
本发明涉及地质灾害防控技术领域，特别是涉及一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统。
背景技术
边坡破坏是世界各地常见的地质灾害，每年造成巨大的经济损失和人员伤亡。准确预测边坡破坏发生时间，对边坡灾害预警至关重要。虽然基于土力学的边坡稳定性分析已被广泛应用于边坡的设计，但这种分析不能精确的预测边坡的破坏时间。由于影响边坡稳定性的所有因素最终都将反映在边坡变形中，因此，监测边坡变形已被证明是预测边坡破坏时间最有效方法之一。
目前，一般在边坡中布置监测系统，以预测边坡可能发生的滑动或破坏现象。常常采用精确的测量站和传感器，例如利用速度传感器、倾角仪、全球定位系统(GPS)和地震检波器等设备记录边坡变形的监测数据。预报边坡破坏时间一般采用速度倒数法，将边坡监测数据转换为速率(速度)，通常情况下，边坡破坏之前会先增加位移、应变或微地震活动的速率，然后得到边坡的应变速度，进而利用速度倒数法来预测边坡破坏的时间。但该方法存在以下问题：1、基于速度传感器、GPS或地震检波器等设备进行监测价格较为昂贵，在面积较大的边坡中布置较多的速度传感器设备并不经济，而仪器布置过少又不能起到良好的监测及预报效果；2、基于简易设备进行监测，操作简便但只能监测很小范围的区域且灵敏度和自动化程度都不高，监测效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统，解决现有技术中仪器价格昂贵和监测效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法，包括：
获取角度传感器采集的角度数据；所述角度传感器设置在待预报边坡上，所述角度传感器为多个；
根据所述角度数据确定角速度；
根据所述角速度，采用角速度倒数法确定角速度倒数-时间的云图；
根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间。
可选的，所述根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间之后还包括：
获取边坡时间阈值；
判断所述边坡破坏时间是否小于所述边坡时间阈值，得判断结果；
若所述判断结果表示边坡破坏时间大于或等于所述边坡时间阈值，则发出告警；
若所述判断结果表示边坡破坏时间小于于所述边坡时间阈值，重新获取角度数据，并返回“获取角度传感器采集的角度数据”步骤。
可选的，所述根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间之后还包括：
将所述边坡破坏时间发送至显示设置，使所述显示设备显示所述边坡破坏时间。
可选的，所述根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间，具体包括：
根据公式确定边坡破坏时间；其中，B和b均为经验常数，tf为边坡破坏时间，t为监测时间，ω为t时刻的角速度。
一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定系统，包括：
角度数据获取模块，用于获取角度传感器采集的角度数据；所述角度传感器设置在待预报边坡上，所述角度传感器为多个；
角速度确定模块，用于根据所述角度数据确定角速度；
角速度倒数-时间云图确定模块，用于根据所述角速度，采用角速度倒数法确定角速度倒数-时间的云图；
边坡破坏时间确定模块，用于根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间。
可选的，所述边坡破坏时间确定系统还包括：
边坡时间阈值获取模块，用于获取边坡时间阈值；
判断模块，用于判断所述边坡破坏时间是否小于所述边坡时间阈值，得判断结果；
告警模块，用于若所述判断结果表示边坡破坏时间大于或等于所述边坡时间阈值，则发出告警；
返回模块，用于若所述判断结果表示边坡破坏时间小于于所述边坡时间阈值，重新获取角度数据，并返回所述角度数据获取模块。
可选的，所述边坡破坏时间确定系统还包括：
显示模块，用于将所述边坡破坏时间发送至显示设置，使所述显示设备显示所述边坡破坏时间。
可选的，所述边坡破坏时间确定模块具体包括：
根据公式确定边坡破坏时间；其中，B和b均为经验常数，tf为边坡破坏时间，t为监测时间，ω为t时刻的角速度
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明利用角度传感器对边坡角度进行采集，然后采用角速度倒数法确定边坡破坏时间，克服了使用速度倒数法中仪器价格昂贵且不够精准的缺点，降低了成本且精确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的角度传感器排布方式示意图；
图3为本发明实施例所提供的角速度倒数-时间图；
图4为本发明实施例所提供的一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法及系统，解决现有技术中仪器价格昂贵和监测效率低的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例所提供的一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法的流程图。如图1所示，本发明基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定方法，包括：
S101，获取角度传感器采集的角度数据；所述角度传感器设置在待预报边坡上，所述角度传感器为多个。
具体的，在待预报边坡上布置角度传感器与接收处理设备，以构成监测系统。然而，基于GPS和遥感影像进行监测，监测系统较为灵敏，但成本很高、操作复杂，且设备受环境的影响程度大。因此本发明采用角度传感器，在实际工程中，对于某一待监测边坡可布置全覆盖式边坡角度数据监测网络，由于角度传感器价格低廉，可大量布置，因此将传感器布置形成格栅网络，以便更好地进行监测，边坡格栅布置的形式如图2所示，角度传感器布置行与列的间距由边坡的尺寸而定，且应在边坡崎岖处或薄弱处密布。
在对角度传感器布置时应该注意：各监测点在布置角度传感器时，应在边坡上全覆盖设置，且在边坡薄弱处或崎岖处加密布置，传感器统一链接至数个接收处理设备上，进而汇总收集数据。
S102，根据所述角度数据确定角速度。
具体的，根据监测得到的边坡角度数据确定角速度即绘制出边坡的角速度数据云图，监测系统可直观地显示边坡各监测点的角速度数值大小，以绘制角速度云图，角速度数值越大，边坡破坏的预报时间越近，可针对性地对边坡进行二次核查。
S103，根据所述角速度，采用角速度倒数法确定角速度倒数-时间的云图。
S104，根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间。
上述云图基于公式
具体的，假定天然边坡的若干段坡体在边坡加速破坏阶段产生较大角速度，便可以建立边坡角速度和角加速度的关系式，以拟合时间与变形的关系，如式(1)所示：
其中，B和b均为经验常数；ω为t时刻的角速度，为t时刻的角加速度。当b＞1时，对时间积分，有：
其中，ωf为边坡破坏时的角速度，即为tf时刻的角速度，对于天然边坡可为一定值或无穷大值，
当ωf＝∞时，公式(2)可简化为：
其中，b＞1具体的参数范围可由试验确定，当ω为一较大数值，等式右边趋近于零，即可得到边坡破坏时间，如图3所示，曲线延伸线至横坐标的截距即为边坡破坏时间。曲线的斜率及形状将根据经验参数b的大小变化而变化，应根据实际工程而定。
基于上述的角速度倒数理论，根据监测得到的边坡角度数据确定边坡角速度，然后根据角速度计算出边坡监测点上的角速度倒数，一般假设边坡失稳破坏的角速度倒数为0，该假设条件与边坡在加速破坏阶段边坡变形速率激增的特征相匹配，当边坡在短时间内角速度的增量有数量级的增加时，可近似认为边坡失稳破坏的角速度是无限大的。当然也可以外推角速度为某一定值，这种定值可以由经验确定。该限定值需根据边坡的安全等级而定，利用上述阐述的角速度倒数法可得到边坡破坏时间。
S104之后还包括：
4-1)获取边坡时间阈值；4-2)判断所述边坡破坏时间是否小于所述边坡时间阈值，得判断结果；4-3)若所述判断结果表示边坡破坏时间大于或等于所述边坡时间阈值，则发出告警；4-4)若所述判断结果表示边坡破坏时间小于于所述边坡时间阈值，重新获取角度数据，并返回S101。
具体的，设置破坏时间的限定值即边坡时间阈值，达到限定值后监测系统对监测人员示警。监测人员可远程监控边坡的健康状况，监测系统可实时显示预报边坡的破坏时间，若预报时间达到某一限定值，如7天后边坡可能发生破坏，则向监测人员发出预警，以便对边坡的健康状况进行核查和处理，限定值的设定应综合考虑边坡的工程状况和抢险环境等因素而定。
将监测系统与示警灯链接，当边坡破坏的时间达到限定值时，发出告警，将每个监测点的角度传感器相互联结，且传感器上设置LED示警灯，待某监测点的边坡角速度达到限定值，便可在该点直亮起警示灯，以便显示边坡趋于破坏的具***置，且由处理装置统一汇总数据并监控。如果该边坡处于加速破坏阶段，并且有逐渐破坏的趋势，达到边坡破坏时间的限定值，监测系统将发出示警告警，LED示警灯亮起。
S104之后还包括：将所述边坡破坏时间发送至显示设置，使所述显示设备显示所述边坡破坏时间。
具体的，边坡角速度数据也可以在显示设置中实时显示，每隔数分钟刷新一次，进而实时监测边坡的状态。
本发明还提供了一种基于角速度倒数法的边坡破坏时间确定系统，如图4所示，包括：
角度数据获取模块1，用于获取角度传感器采集的角度数据；所述角度传感器设置在待预报边坡上，所述角度传感器为多个。
角速度确定模块2，用于根据所述角度数据确定角速度。
角速度倒数-时间云图确定模块3，用于根据所述角速度，采用角速度倒数法确定角速度倒数-时间的云图。
边坡破坏时间确定模块4，用于根据所述角速度倒数-时间的云图确定边坡破坏时间。
优选的，所述边坡破坏时间确定系统还包括：
边坡时间阈值获取模块，用于获取边坡时间阈值。
判断模块，用于判断所述边坡破坏时间是否小于所述边坡时间阈值，得判断结果。
告警模块，用于若所述判断结果表示边坡破坏时间大于或等于所述边坡时间阈值，则发出告警。
返回模块，用于若所述判断结果表示边坡破坏时间小于于所述边坡时间阈值，重新获取角度数据，并返回角度数据获取模块1。
优选的，所述边坡破坏时间确定系统还包括：
显示模块，用于将所述边坡破坏时间发送至显示设置，使所述显示设备显示所述边坡破坏时间。
优选的，所述边坡破坏时间确定模块4具体包括：
根据公式确定边坡破坏时间；其中，B和b均为经验常数，tf为边坡破坏时间，t为监测时间，ω为t时刻的角速度。
本发明通过在待监测边坡上布置角度传感器及处理设备构成监测系统，收集和处理边坡的角度数据，再根据角速度倒数法对边坡破坏时间进行预报，该监测系统还可以通过示警灯实时对待测边坡的健康状况进行示警。该方法可以克服基于速度倒数法预报边坡破坏价格昂贵且精确性不足的缺点，并具有使用简便、适用性好、经济效益好、判别准确率高的优点。
本发明优点：
(1)监测边坡采用的角度传感器及处理设备价格较为低廉，经济效益好。
(2)角度传感器的布置较为方便，可大量布置在待监测边坡上，覆盖率高。
(3)角速度倒数法与速度倒数法原理类似，具有一定的可行性。
(4)示警灯与监测系统链接后可直观地显示边坡可能产生裂隙或崩塌的部位。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每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相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。