• 一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置和方法

    • 摘要:

      本发明公开了一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置和方法,通过固定布置在坡体表面的标识声呐设备对监测目标进行识别跟踪,由水平布置于水面的浮漂型多源声呐发射接收装置获取水下反射声呐数据,对声呐数据处理得到监测目标的空间坐标信息并结合GNSS接收机获取的设备当前的大地坐标进行坐标转换,通过水下温度传感器获取实时水温数据,最后数据传输装置基于网络通讯技术实时将位置信息和水温数据传输到数据中心系统并建立相应的时间序列.

    • 专利类型:

      发明专利

    • 申请/专利号:

      CN202010610338.4

    • 申请日期:

      2020.06.30

    • 公开/公告号:

      CN111895939A

    • 公开/公告日:

      2020-11-06

    • 发明人:

      徐卫亚 孙梦成 屈晓 王环玲

    • 申请人:

      河海大学

    • 主分类号:

      G01B17/04(2006.01),G,G01,G01B,G01B17

    • 分类号:

      G01B17/04(2006.01),G01S15/88(2006.01),G01S19/14(2010.01),G,G01,G01B,G01S,G01B17,G01S15,G01S19,G01B17/04,G01S15/88,G01S19/14

    • 主权项:

      1.一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置,其特征在于:包括:固定布置在坡体表面的标识声呐设备(8)、水平布置于水面的浮漂型多源声呐发射接收装置(10)和数据中心系统; 所述标识声呐设备(8)用于发射声呐信号; 所述浮漂型多源声呐发射接收装置(10)用于确定水下监测目标并对监测目标进行跟踪监测,其包括: 固定架、布置在固定架上的多个声呐设备,用于发射或接收声呐信号; 设置在固定架中心处上端的GNSS信号接收机(11),用于与GPS卫星连接以获取浮漂型多源声呐发射接收装置(10)的当前大地坐标; 设置在固定架中心处下端的温度传感器(12),用于获取水体温度; 设置在固定架中心处上端的系统控制及数据处理单元(5),用于基于多个声呐设备获取监测目标的声呐数据,对监测目标的声呐数据进行空间坐标计算,并结合GNSS信号接收机(11)获取到的当前大地坐标,得到监测目标的声呐数据的三维坐标信息,及通过温度传感器(12)获取实时水体温度; 布设在固定架其余位置的太阳能发电面板(7),用于为浮漂型多源声呐发射接收装置(10)进行供电; 数据传输装置,用于实现系统控制及数据处理单元(5)与数据中心系统间的数据通讯; 所述GNSS信号接收机(11)、多个声呐设备、温度传感器(12)、数据传输装置均与系统控制及数据处理单元(5)电连接; 所述数据中心系统,用于根据系统控制及数据处理单元(5)回传的数据建立相应的位移和环境水温时间序列. 2.根据权利要求1所述的一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置,其特征在于:所述系统控制及数据处理单元(5)回传的数据包括监测目标的声呐数据的三维坐标信息和实时水体温度. 3.根据权利要求1所述的一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置,其特征在于:所述监测目标的声呐数据包括一声呐设备发射声呐信号到其他声呐设备接收到反射信号的时间差. 4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于多源声呐定位的水下滑坡体变形监测装置的监测方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:通过固定布置在坡体表面的标识声呐设备和水平布置于水面的浮漂型多源声呐发射接收装置,对水下监测目标进行识别确定; 步骤2:浮漂型多源声呐发射接收装置中的一个声呐设备向确定的监测目标发射声呐信号,由其余声呐设备接收并识别声呐信号,获取水下监测目标的声呐数据; 步骤3:对监测目标的声呐数据进行空间坐标计算,并结合浮漂型多源声呐发射接收装置的当前大地坐标,得到监测目标的三维坐标信息; 步骤4:通过水下温度传感器获取实时水温数据; 步骤5:基于监测目标的声呐数据的三维坐标信息和实时水温数据,建立相应的位移和环境水温时间序列; 步骤6;根据位移和环境水温时间序列,实现实时监测水下边坡的变形破坏过程. 5.根据权利要求4所述的监测方法,其特征在于:所述步骤1具体包括: 标识声呐设备发射声呐信号S1,同时浮漂型多源声呐装置对监测区域发射声呐信号S2,并接受声呐信号S1和其自身发出的遇到目标后反射回来的信号S2′; 对比声呐信号S1和信号S2′的相位差,若两信号的相位差为π,则可确定标识声呐设备位置处为监测目标. 6.根据权利要求4所述的监测方法,其特征在于:所述步骤2具体包括: 采用浮漂型多源声呐发射接收装置中的一个声呐设备向确定的监测目标发射声呐信号,由其余声呐设备接收并识别声呐信号,分别记录声呐设备发射声呐信号到其他声呐设备接收到的反射信号的时间差. 7.根据权利要求4所述的监测方法,其特征在于:所述步骤3具体包括: 步骤3.1:假设发射声呐信号的声呐设备为声呐设备1,接收并识别声呐信号的声呐设备为声呐设备i,其中i=2,3,4…n,n为浮漂型多源声呐发射接收装置中声呐设备的总数,声呐设备1从发射声呐信号到其接收反射信号的时间为t,则声呐设备1到目标的时间为t/2,其他声呐设备收到反射信号的时间差记为ti,得到目标到声呐设备i的时间; 步骤3.2:根据目标到各声呐设备的时间,得到目标到各声呐设备的距离; 步骤3.3:以声呐设备1为原点(0,0,0)建立局部三维直角坐标系,根据各声呐设备之间的几何投影关系,得到监测目标在该坐标系下的三维坐标坐标(x,y,z); 步骤3.4:获取浮漂型多源声呐发射接收装置的当前大地坐标,得到声呐设备1的在大地坐标下的坐标,通过坐标转化,得到大地坐标下的监测目标的坐标.