一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置

1.本发明属于地质监测技术领域，涉及一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置。


背景技术：

2.公路边坡是在路基两侧筑成的具有一定坡度的斜面，对路基稳定和防水、排水具有重要作用。由于应力状态、湿度状况变化，边坡在运营期内可能会产生不同程度的变形，并在一定条件下失稳，引发破坏性较强的滑坡、崩塌等灾害。边坡失稳产生机制复杂，影响因素众多，发展规律多变，难以通过统一数学模型对其进行准确描述和预估。此外，边坡失稳亦受到边坡岩土体材料特性和所处水文、地质、环境因素的影响，导致其发生时间、地点、强度和影响范围具有不确定性，难以在设计时精准预测。在这一背景下，边坡监测应运而生。边坡监测理念最早产生于20世纪60年代，针对边坡灾害的各类诱因，应用不同监测手段对边坡物理性质参数和应力状态进行识别和监测，对边坡整体状态进行合理分析和评估，并对潜在的失稳风险进行预警。
3.通过边坡监测，不仅可保障边坡工程的安全建设，尽可能减小边坡灾害造成的人身伤害和财产损失，也有利于深入了解边坡失稳产生和发展的本质，为相关工程建设提供宝贵经验参考在边坡监测工作中，监测指标的合理选择和准确获取、监测设备的科学布设、监测数据的有效利用是实现边坡稳定性准确分析和预估的关键。在边坡监测理念被提出伊始，主要对边坡失稳的宏观前兆现象如崩塌落土、地面裂缝等进行预测，进而对其发展规律进行预测。
4.经检索，如中国专利文献公开了基于多摄像头影像判断的边坡监测系统【申请号：cn202020821693.1；公开号：cn212115519u】。这种基于多摄像头影像判断的边坡监测系统及方法，所述边坡监测系统包括多个摄像头及中央服务器。各摄像头以预设的相对位置设置于预设区域范围内以预设的时间间隔及影像获取模式获取多个边坡监测影像，其中，各边坡监测影像包括至少一环境影响因子。中央服务器与各摄像头通信连接，并接受各摄像头发送的所述多个边坡监测影像，所述中央服务器根据环境影响数据库计算各边坡监测影像的环境影响因子产生环境影响事件信息。虽然预设区域范围内将多个摄像头设置在特定位置以全景的方式监测大面积的森林范围，可以有效提高边坡监测数据的全面性以及准确性。但是监测手段单一，监测效果欠佳，不能获得边坡沉降模型，不利于后期大数据分析。
5.基于此，我们提出一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置；通过监测底座和限位机构配合，实现有效将监测底座安装在公路边坡上，保证其不晃动，并通过监测底座和调节机构配合，实现多级伸缩杆的角度快速调节；
6.通过多级伸缩杆与伸缩框架配合，实现快速安装伸缩框架，并将光纤传感器设置在伸缩框架上，有效监测边坡的土方量、坡度和等高线的变化；
7.通过排出机构与监测底座及监测球配合，当监测底座发生较大位移时，排出机构转动，放出监测球，监测球随着泥石流滑坡移动，快速评估此次边坡沉降的灾害程度；
8.通过雨量监测组件可有效监测雨量，有效判断雨量与公路边坡沉降的影响；
9.通过监测基站、无线信号发射塔、数据处理中心和监控中心配合，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。


技术实现要素：

10.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，该发明要解决的技术问题是：如何实现有效精准地对公路边坡进行沉降监测，同时可快速评估此次边坡沉降的灾害程度，建立准确的边坡沉降模型。
11.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
12.一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，包括若干监测基站、无线信号发射塔、基准站和gps卫星以及与监测基站电性连接的两个监测底座，所述监测基站和基准站分别与无线信号发射塔以及gps卫星通过无线通讯连接，所述监测底座内部设有限位机构，监测底座上设有调节机构和排出机构，监测底座内部放置有若干监测球，调节机构上设有多级伸缩杆，多级伸缩杆上设有太阳能机构，两个多级伸缩杆之间设有伸缩框架，伸缩框架的上端设有雨量监测组件，伸缩框架内部放置有若干光纤传感器；还包括与无线信号发射塔通过无线通讯连接的防火墙、数据处理中心和监控中心，gps卫星与监测球通过无线通讯连接。
13.本发明的工作原理：在公路边坡上挖出若干基坑，将两个监测底座的一半置于两个基坑内部，限位机构伸出插入土中，避免晃动，根据公路边坡的斜度，调整调节机构的角度，从而调节多级伸缩杆的角度，将伸缩框架安装在两个多级伸缩杆之间，然后将若干光纤传感器安装在调节伸缩框架上，光纤传感器发射一束激光脉冲，打在边坡、树木等地形地物上，经过散射后一部分激光会反射回来，被扫描仪接收，得到了边坡的土方量、坡度和等高线，太阳能机构将太阳能转化为电能，存储在监测底座内部，为各电气部件进行供电，雨量监测组件用于监测雨量，监测底座进行边坡监测，当边坡发生滑坡位移时，会将边坡位移信息发送至监测基站，监测基站将信息发送至无线信号发射塔，无线信号发射塔将信息发送至基准站，基准站和监测基站将信息发送至gps卫星，信息通过防火墙发送至数据处理中心，合理评价边坡施工及运营期边坡的稳定程度，跟踪和控制施工进程，对原有设计和施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时提供报警值，做到信息化施工和动态设计；为预防可能出现的滑坡及滑动、变形提供技术支撑，预测和预报边坡位移、变形的发展趋势，对边坡岩土体的时效特性进行相关研究；对已发生滑动破坏或加固处理后的边坡，检验其失稳风险评估及治理措施和处治效果；基于大量监测数据，应用边坡结构模型进行参数反演，为边坡状态演变规律的精细化数值模拟计算提供数据支撑；监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
14.当边坡发生较大的泥石流滑坡时，排出机构转动，将监测底座内部放置的若干监测球放出，监测球随着泥石流滑坡，进行移动，并将其位置信息实时发送至gps卫星，最后发送到数据处理中心，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型。
15.所述监测基站设置在公路边坡上，每隔一段距离设置一个监测基站，监测基站上
设有gps接受器，gps接受器与gps卫星通过无线通讯连接，数据处理中心可进行数据信息的汇集和传输；对数据进行融合分析处理、状态变化解析及变化趋势预测，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
16.采用以上结构，监测基站用于检测一段距离的公路边坡上，gps接受器与gps卫星通过无线通讯连接，用于收发相关信息。
17.所述监测底座的下端设有防翻板，监测底座的两侧均设有避让孔，监测底座的外侧中部设有滑动环，监测底座内部放置有若干圆周均布的置物通孔，置物通孔的上端位于监测底座的上端，置物通孔的下端位于监测底座的侧部，监测球位于置物通孔内壁，置物通孔的上端设有孔盖；
18.所述监测底座的内部设有控制处理模块、gps无线模块、位移传感器、wi-fi无线模块、电源模块一和光电转换模块，gps无线模块与gps接受器通过无线通讯连接，wi-fi无线模块与监测基站及移动终端通过无线通讯连接，光纤传感器与控制处理模块电性连接。
19.采用以上结构，防翻板埋入基坑的土中，避免翻动，避让孔用于避让限位机构的部件，滑动环用于安装调节机构的部件，置物通孔用于放置监测球，孔盖用于避免防水，放置监测球时，将孔盖打开，监测球放置于置物通孔，控制处理模块用于控制各电气部件工作，gps无线模块用于发出位置信息，位移传感器用于定位监测底座的位置信息，wi-fi无线模块用于与移动终端等连接，电源模块一为各电气部件供电，光电转换模块用于转化太阳能为电能。
20.所述限位机构包括限位电机和安装底板，限位电机和安装底板固定在监测底座的内部底板上，安装底板上方设有限位座，限位座上设有正蜗轮和反蜗轮，限位电机的输出轴分别与正蜗轮和反蜗轮传动连接，安装底板上啮合设置有反蜗杆和正蜗杆，反蜗杆与反蜗轮啮合，正蜗轮与正蜗杆啮合，反蜗杆和正蜗杆抵触在限位座上，反蜗杆和正蜗杆的端部均设有顶杆，顶杆从避让孔伸出，且避让孔的孔径与顶杆的外径相同，限位电机与控制处理模块电性连接。
21.采用以上结构，限位电机的输出轴带动正蜗轮和反蜗轮同步正向转动时，通过反蜗杆与反蜗轮啮合，正蜗轮与正蜗杆啮合，带动反蜗杆和正蜗杆外侧移动，反蜗杆和正蜗杆沿着限位座和安装底板上向外移动，带动顶杆从避让孔伸出，插入土内，保证监测底座稳定。
22.所述监测球内部设有信号发射模块、内置控制模块、gps定位模块和电源模块二，信号发射模块与gps卫星通过无线通讯连接，监测球的外部设有硅胶制成的密封外壳。
23.采用以上结构，gps定位模块用于定位监测球的位置信息，并通过信号发射模块发送至gps卫星，电源模块二为监测球内部的各电气部件供电，密封外壳保证密封，避免水汽进入监测球内部。
24.所述调节机构包括两个滑动座和两个轴承座，两个滑动座可调节地滑动设置在滑动环上，两个滑动座上铰接有螺纹伸缩杆，两个螺纹伸缩杆之间铰接有连接座，两个轴承座分别固定在监测底座的上端中部和连接座的下端，两个轴承座之间设有万向节，多级伸缩杆固定在连接座的上端，多级伸缩杆与控制处理模块电性连接。
25.采用以上结构，根据公路边坡的斜度，设计多级伸缩杆的角度，根据多级伸缩杆的角度，调整连接座的角度，从而设置万向节的位置，滑动座可调节地滑动设置在滑动环上，
连接座的角度调整完成后，两个螺纹伸缩杆调整长度，然后锁紧滑动座，从而锁定连接座的角度。
26.所述排出机构包括内齿轮和排出电机，内齿轮转动设置在监测底座的上端，排出电机固定在监测底座的内部，排出电机的输出端伸出监测底座，排出电机的输出端上固定有外齿轮，外齿轮与内齿轮啮合，内齿轮的外部设有出料罩，出料罩覆盖在置物通孔的下端外侧，出料罩下侧设有若干圆周均布的出料缺口，出料缺口与置物通孔的数量位置相对应，排出电机与控制处理模块电性连接。
27.采用以上结构，当边坡发生泥石流，监测底座的位置发生较大位移时，排出电机的输出端带动外齿轮转动，外齿轮与内齿轮啮合，从而带动内齿轮，内齿轮带动出料罩转动，出料缺口与置物通孔的下端重合，监测球落出，随着泥石流移动扩散，监测球的监测边坡沉降的灾害程度。
28.所述太阳能机构包括固定板，固定板固定在多级伸缩杆上方，固定板上方设有安装座板，安装座板的下方固定有转动电机一，转动电机一的输出轴伸出安装座板，转动电机一的输出轴固定有转动架，转动架抵触在安装座板上，转动架上固定有转动电机二，转动架上转动设有调节架，转动电机二的输出轴与调节架固定连接，调节架上设有太阳能光伏板，调节架上固定有电源接头，电源接头与太阳能光伏板电性连接，转动电机一与转动电机二均与控制处理模块电性连接，电源接头与光电转换模块电性连接。
29.采用以上结构，转动电机一带动转动架，即带动太阳能光伏板转动，转动电机二的输出轴带动调节架围绕转动架转动，从而调节太阳能光伏板的角度，可根据本装置放置位置和季节，进行设置，使得太阳能光伏板跟随的太阳移动，保证光照强度，有效进行光电转换。
30.所述伸缩框架包括若干竖杆和若干横杆，相邻的竖杆之间设有第二交叉铰接连杆，相邻的横杆之间设有第一交叉铰接连杆，横杆与竖杆之间设有折叠连杆，两侧的竖杆与多级伸缩杆可拆卸连接，光纤传感器设置在竖杆和横杆上。
31.采用以上结构，若干竖杆和若干横杆同步拉开，将两侧的竖杆与多级伸缩杆连接，再将折叠连杆撑开，此时竖杆和横杆垂直设置，光纤传感器设置在竖杆和横杆上，进行边坡的土方量、坡度和等高线的测量。
32.所述雨量监测组件包括安装架，安装架固定在若干横杆上，安装架上设有集雨斗，集雨斗的出水端设有雨量传感器。
33.采用以上结构，雨水进入集雨斗，通过出水端进入雨量传感器内部，进行雨量监测，从而有效判断雨量与公路边坡沉降的影响。。
34.与现有技术相比，本基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置具有以下优点：
35.通过监测底座和限位机构配合，实现有效将监测底座安装在公路边坡上，保证其不晃动，并通过监测底座和调节机构配合，实现多级伸缩杆的角度快速调节；
36.通过多级伸缩杆与伸缩框架配合，实现快速安装伸缩框架，并将光纤传感器设置在伸缩框架上，有效监测边坡的土方量、坡度和等高线的变化；
37.通过排出机构与监测底座及监测球配合，当监测底座发生较大位移时，排出机构转动，放出监测球，监测球随着泥石流滑坡移动，快速评估此次边坡沉降的灾害程度；
38.通过雨量监测组件可有效监测雨量，有效判断雨量与公路边坡沉降的影响；
39.通过监测基站、无线信号发射塔、数据处理中心和监控中心配合，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
附图说明
40.图1是本发明的监测原理框图。
41.图2是本发明的监测系统总图。
42.图3是本发明中光纤激光测距原理图。
43.图4是本发明中部分设备的立体结构示意图。
44.图5是本发明中局部设备的立体结构示意图。
45.图6是本发明中监测底座的局部剖开的立体结构示意图。
46.图7是本发明中太阳能机构的立体结构示意图。
47.图中，1、监测底座；2、限位机构；3、调节机构；4、排出机构；5、多级伸缩杆；6、太阳能机构；7、伸缩框架；8、雨量监测组件；9、光纤传感器；10、横杆；11、第一交叉铰接连杆；12、折叠连杆；13、第二交叉铰接连杆；14、竖杆；15、集雨斗；16、安装架；17、雨量传感器；18、连接座；19、万向节；20、螺纹伸缩杆；21、轴承座；22、防翻板；23、滑动环；24、滑动座；25、避让孔；26、置物通孔；27、孔盖；28、内齿轮；29、外齿轮；30、排出电机；31、出料罩；32、出料缺口；33、限位电机；34、正蜗轮；35、限位座；36、反蜗轮；37、反蜗杆；38、正蜗杆；39、顶杆；40、固定板；41、转动电机一；42、安装座板；43、转动架；44、电源接头；45、太阳能光伏板；46、调节架；47、转动电机二。
具体实施方式
48.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
49.如图1-图7所示，本基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，包括若干监测基站、无线信号发射塔、基准站和gps卫星以及与监测基站电性连接的两个监测底座1，监测基站和基准站分别与无线信号发射塔以及gps卫星通过无线通讯连接，所述监测底座1内部设有限位机构2，监测底座1上设有调节机构3和排出机构4，监测底座1内部放置有若干监测球，调节机构3上设有多级伸缩杆5，多级伸缩杆5上设有太阳能机构6，两个多级伸缩杆5之间设有伸缩框架7，伸缩框架7的上端设有雨量监测组件8，伸缩框架7内部放置有若干光纤传感器9；还包括与无线信号发射塔通过无线通讯连接的防火墙、数据处理中心和监控中心，gps卫星与监测球通过无线通讯连接；
50.在公路边坡上挖出若干基坑，将两个监测底座1的一半置于两个基坑内部，限位机构2伸出插入土中，避免晃动，根据公路边坡的斜度，调整调节机构3的角度，从而调节多级伸缩杆5的角度，将伸缩框架7安装在两个多级伸缩杆5之间，然后将若干光纤传感器9安装在调节伸缩框架7上，光纤传感器9发射一束激光脉冲，打在边坡、树木等地形地物上，经过散射后一部分激光会反射回来，被扫描仪接收，得到了边坡的土方量、坡度和等高线，太阳能机构6将太阳能转化为电能，存储在监测底座1内部，为各电气部件进行供电，雨量监测组
件8用于监测雨量，监测底座1进行边坡监测，当边坡发生滑坡位移时，会将边坡位移信息发送至监测基站，监测基站将信息发送至无线信号发射塔，无线信号发射塔将信息发送至基准站，基准站和监测基站将信息发送至gps卫星，信息通过防火墙发送至数据处理中心，合理评价边坡施工及运营期边坡的稳定程度，跟踪和控制施工进程，对原有设计和施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时提供报警值，做到信息化施工和动态设计；为预防可能出现的滑坡及滑动、变形提供技术支撑，预测和预报边坡位移、变形的发展趋势，对边坡岩土体的时效特性进行相关研究；对已发生滑动破坏或加固处理后的边坡，检验其失稳风险评估及治理措施和处治效果；基于大量监测数据，应用边坡结构模型进行参数反演，为边坡状态演变规律的精细化数值模拟计算提供数据支撑；监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
51.当边坡发生较大的泥石流滑坡时，排出机构4转动，将监测底座1内部放置的若干监测球放出，监测球随着泥石流滑坡，进行移动，并将其位置信息实时发送至gps卫星，最后发送到数据处理中心，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型。
52.监测基站设置在公路边坡上，每隔一段距离设置一个监测基站，监测基站上设有gps接受器，gps接受器与gps卫星通过无线通讯连接，数据处理中心可进行数据信息的汇集和传输；对数据进行融合分析处理、状态变化解析及变化趋势预测，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布；监测基站用于检测一段距离的公路边坡上，gps接受器与gps卫星通过无线通讯连接，用于收发相关信息。
53.监测底座1的下端设有防翻板22，监测底座1的两侧均设有避让孔25，监测底座1的外侧中部设有滑动环23，监测底座1内部放置有若干圆周均布的置物通孔26，置物通孔26的上端位于监测底座1的上端，置物通孔26的下端位于监测底座1的侧部，监测球位于置物通孔26内壁，置物通孔26的上端设有孔盖27；
54.监测底座1的内部设有控制处理模块、gps无线模块、位移传感器、wi-fi无线模块、电源模块一和光电转换模块，gps无线模块与gps接受器通过无线通讯连接，wi-fi无线模块与监测基站及移动终端通过无线通讯连接，光纤传感器9与控制处理模块电性连接；
55.防翻板22埋入基坑的土中，避免翻动，避让孔25用于避让限位机构2的部件，滑动环23用于安装调节机构3的部件，置物通孔26用于放置监测球，孔盖27用于避免防水，放置监测球时，将孔盖27打开，监测球放置于置物通孔26，控制处理模块用于控制各电气部件工作，gps无线模块用于发出位置信息，位移传感器用于定位监测底座1的位置信息，wi-fi无线模块用于与移动终端等连接，电源模块一为各电气部件供电，光电转换模块用于转化太阳能为电能。
56.限位机构2包括限位电机33和安装底板，限位电机33和安装底板固定在监测底座1的内部底板上，安装底板上方设有限位座35，限位座35上设有正蜗轮34和反蜗轮36，限位电机33的输出轴分别与正蜗轮34和反蜗轮36传动连接，安装底板上啮合设置有反蜗杆37和正蜗杆38，反蜗杆37与反蜗轮36啮合，正蜗轮34与正蜗杆38啮合，反蜗杆37和正蜗杆38抵触在限位座35上，反蜗杆37和正蜗杆38的端部均设有顶杆39，顶杆39从避让孔25伸出，且避让孔25的孔径与顶杆39的外径相同，限位电机33与控制处理模块电性连接；
57.限位电机33的输出轴带动正蜗轮34和反蜗轮36同步正向转动时，通过反蜗杆37与
反蜗轮36啮合，正蜗轮34与正蜗杆38啮合，带动反蜗杆37和正蜗杆38外侧移动，反蜗杆37和正蜗杆38沿着限位座35和安装底板上向外移动，带动顶杆39从避让孔25伸出，插入土内，保证监测底座1稳定。
58.监测球内部设有信号发射模块、内置控制模块、gps定位模块和电源模块二，信号发射模块与gps卫星通过无线通讯连接，监测球的外部设有硅胶制成的密封外壳；gps定位模块用于定位监测球的位置信息，并通过信号发射模块发送至gps卫星，电源模块二为监测球内部的各电气部件供电，密封外壳保证密封，避免水汽进入监测球内部。
59.调节机构3包括两个滑动座24和两个轴承座21，两个滑动座24可调节地滑动设置在滑动环23上，两个滑动座24上铰接有螺纹伸缩杆20，两个螺纹伸缩杆20之间铰接有连接座18，两个轴承座21分别固定在监测底座1的上端中部和连接座18的下端，两个轴承座21之间设有万向节19，多级伸缩杆5固定在连接座18的上端，多级伸缩杆5与控制处理模块电性连接；根据公路边坡的斜度，设计多级伸缩杆5的角度，根据多级伸缩杆5的角度，调整连接座18的角度，从而设置万向节19的位置，滑动座24可调节地滑动设置在滑动环23上，连接座18的角度调整完成后，两个螺纹伸缩杆20调整长度，然后锁紧滑动座24，从而锁定连接座18的角度。
60.排出机构4包括内齿轮28和排出电机30，内齿轮28转动设置在监测底座1的上端，排出电机30固定在监测底座1的内部，排出电机30的输出端伸出监测底座1，排出电机30的输出端上固定有外齿轮29，外齿轮29与内齿轮28啮合，内齿轮28的外部设有出料罩31，出料罩31覆盖在置物通孔26的下端外侧，出料罩31下侧设有若干圆周均布的出料缺口32，出料缺口32与置物通孔26的数量位置相对应，排出电机30与控制处理模块电性连接；当边坡发生泥石流，监测底座1的位置发生较大位移时，排出电机30的输出端带动外齿轮29转动，外齿轮29与内齿轮28啮合，从而带动内齿轮28，内齿轮28带动出料罩31转动，出料缺口32与置物通孔26的下端重合，监测球落出，随着泥石流移动扩散，监测球的监测边坡沉降的灾害程度。
61.太阳能机构6包括固定板40，固定板40固定在多级伸缩杆5上方，固定板40上方设有安装座板42，安装座板42的下方固定有转动电机一41，转动电机一41的输出轴伸出安装座板42，转动电机一41的输出轴固定有转动架43，转动架43抵触在安装座板42上，转动架43上固定有转动电机二47，转动架43上转动设有调节架46，转动电机二47的输出轴与调节架46固定连接，调节架46上设有太阳能光伏板45，调节架46上固定有电源接头44，电源接头44与太阳能光伏板45电性连接，转动电机一41与转动电机二47均与控制处理模块电性连接，电源接头44与光电转换模块电性连接；动电机一41带动转动架43，即带动太阳能光伏板45转动，转动电机二47的输出轴带动调节架46围绕转动架43转动，从而调节太阳能光伏板45的角度，可根据本装置放置位置和季节，进行设置，使得太阳能光伏板45跟随的太阳移动，保证光照强度，有效进行光电转换。
62.伸缩框架7包括若干竖杆14和若干横杆10，相邻的竖杆14之间设有第二交叉铰接连杆13，相邻的横杆10之间设有第一交叉铰接连杆11，横杆10与竖杆14之间设有折叠连杆12，两侧的竖杆14与多级伸缩杆5可拆卸连接，光纤传感器9设置在竖杆14和横杆10上；若干竖杆14和若干横杆10同步拉开，将两侧的竖杆14与多级伸缩杆5连接，再将折叠连杆12撑开，此时竖杆14和横杆10垂直设置，光纤传感器9设置在竖杆14和横杆10上，进行边坡的土
方量、坡度和等高线的测量。
63.雨量监测组件8包括安装架16，安装架16固定在若干横杆10上，安装架16上设有集雨斗15，集雨斗15的出水端设有雨量传感器17；雨水进入集雨斗15，通过出水端进入雨量传感器17内部，进行雨量监测，从而有效判断雨量与公路边坡沉降的影响。
64.本发明的工作原理：
65.在公路边坡上挖出若干基坑，将两个监测底座1的一半置于两个基坑内部，防翻板22埋入基坑的土中，避免翻动，限位电机33的输出轴带动正蜗轮34和反蜗轮36同步正向转动时，通过反蜗杆37与反蜗轮36啮合，正蜗轮34与正蜗杆38啮合，带动反蜗杆37和正蜗杆38外侧移动，反蜗杆37和正蜗杆38沿着限位座35和安装底板上向外移动，带动顶杆39从避让孔25伸出，插入土内，保证监测底座1稳定，根据公路边坡的斜度，据公路边坡的斜度，设计多级伸缩杆5的角度，根据多级伸缩杆5的角度，调整连接座18的角度，从而设置万向节19的位置，滑动座24可调节地滑动设置在滑动环23上，连接座18的角度调整完成后，两个螺纹伸缩杆20调整长度，然后锁紧滑动座24，从而锁定连接座18的角度，若干竖杆14和若干横杆10同步拉开，将两侧的竖杆14与多级伸缩杆5连接，再将折叠连杆12撑开，此时竖杆14和横杆10垂直设置，光纤传感器9设置在竖杆14和横杆10上，进行边坡的土方量、坡度和等高线的测量，然后将若干光纤传感器9安装在调节伸缩框架7上，光纤传感器9发射一束激光脉冲，打在边坡、树木等地形地物上，经过散射后一部分激光会反射回来，被扫描仪接收，得到了边坡的土方量、坡度和等高线，太阳能机构6将太阳能转化为电能，存储在监测底座1内部，为各电气部件进行供电，雨水进入集雨斗15，通过出水端进入雨量传感器17内部，进行雨量监测，从而有效判断雨量与公路边坡沉降的影响；
66.监测底座1进行边坡监测，当边坡发生滑坡位移时，位移传感器用于定位监测底座1的位置信息，会将边坡位移信息发送至监测基站，监测基站将信息发送至无线信号发射塔，无线信号发射塔将信息发送至基准站，基准站和监测基站将信息发送至gps卫星，信息通过防火墙发送至数据处理中心，合理评价边坡施工及运营期边坡的稳定程度，跟踪和控制施工进程，对原有设计和施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时提供报警值，做到信息化施工和动态设计；为预防可能出现的滑坡及滑动、变形提供技术支撑，预测和预报边坡位移、变形的发展趋势，对边坡岩土体的时效特性进行相关研究；对已发生滑动破坏或加固处理后的边坡，检验其失稳风险评估及治理措施和处治效果；基于大量监测数据，应用边坡结构模型进行参数反演，为边坡状态演变规律的精细化数值模拟计算提供数据支撑；监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
67.当边坡发生较大的泥石流滑坡时，监测底座1的位置发生较大位移时，排出电机30的输出端带动外齿轮29转动，外齿轮29与内齿轮28啮合，从而带动内齿轮28，内齿轮28带动出料罩31转动，出料缺口32与置物通孔26的下端重合，监测球落出，随着泥石流移动扩散，监测球随着泥石流滑坡，进行移动，gps定位模块用于定位监测球的位置信息，并通过信号发射模块发送至gps卫星，最后发送到数据处理中心，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型。
68.综上，通过监测底座1和限位机构2配合，实现有效将监测底座1安装在公路边坡上，保证其不晃动，并通过监测底座1和调节机构3配合，实现多级伸缩杆5的角度快速调节；
69.通过多级伸缩杆5与伸缩框架7配合，实现快速安装伸缩框架7，并将光纤传感器9
设置在伸缩框架7上，有效监测边坡的土方量、坡度和等高线的变化；
70.通过排出机构4与监测底座1及监测球配合，当监测底座1发生较大位移时，排出机构4转动，放出监测球，监测球随着泥石流滑坡移动，快速评估此次边坡沉降的灾害程度；
71.通过雨量监测组件8可有效监测雨量，有效判断雨量与公路边坡沉降的影响；
72.通过监测基站、无线信号发射塔、数据处理中心和监控中心配合，进行大数据分析，评估此次边坡沉降的灾害程度，形成后期大数据，得到准确的边坡沉降模型，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。
73.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，包括若干监测基站、无线信号发射塔、基准站和gps卫星以及与监测基站电性连接的两个监测底座(1)，其特征在于，所述监测基站和基准站分别与无线信号发射塔以及gps卫星通过无线通讯连接，所述监测底座(1)内部设有限位机构(2)，监测底座(1)上设有调节机构(3)和排出机构(4)，监测底座(1)内部放置有若干监测球，调节机构(3)上设有多级伸缩杆(5)，多级伸缩杆(5)上设有太阳能机构(6)，两个多级伸缩杆(5)之间设有伸缩框架(7)，伸缩框架(7)的上端设有雨量监测组件(8)，伸缩框架(7)内部放置有若干光纤传感器(9)；还包括与无线信号发射塔通过无线通讯连接的防火墙、数据处理中心和监控中心，gps卫星与监测球通过无线通讯连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述监测基站设置在公路边坡上，每隔一段距离设置一个监测基站，监测基站上设有gps接受器，gps接受器与gps卫星通过无线通讯连接，数据处理中心可进行数据信息的汇集和传输；对数据进行融合分析处理、状态变化解析及变化趋势预测，监控中心可进行报警处理，即按照危险级别进行状态预警和信息发布。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述监测底座(1)的下端设有防翻板(22)，监测底座(1)的两侧均设有避让孔(25)，监测底座(1)的外侧中部设有滑动环(23)，监测底座(1)内部放置有若干圆周均布的置物通孔(26)，置物通孔(26)的上端位于监测底座(1)的上端，置物通孔(26)的下端位于监测底座(1)的侧部，监测球位于置物通孔(26)内壁，置物通孔(26)的上端设有孔盖(27)；所述监测底座(1)的内部设有控制处理模块、gps无线模块、位移传感器、wi-fi无线模块、电源模块一和光电转换模块，gps无线模块与gps接受器通过无线通讯连接，wi-fi无线模块与监测基站及移动终端通过无线通讯连接，光纤传感器(9)与控制处理模块电性连接。4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述限位机构(2)包括限位电机(33)和安装底板，限位电机(33)和安装底板固定在监测底座(1)的内部底板上，安装底板上方设有限位座(35)，限位座(35)上设有正蜗轮(34)和反蜗轮(36)，限位电机(33)的输出轴分别与正蜗轮(34)和反蜗轮(36)传动连接，安装底板上啮合设置有反蜗杆(37)和正蜗杆(38)，反蜗杆(37)与反蜗轮(36)啮合，正蜗轮(34)与正蜗杆(38)啮合，反蜗杆(37)和正蜗杆(38)抵触在限位座(35)上，反蜗杆(37)和正蜗杆(38)的端部均设有顶杆(39)，顶杆(39)从避让孔(25)伸出，且避让孔(25)的孔径与顶杆(39)的外径相同，限位电机(33)与控制处理模块电性连接。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述监测球内部设有信号发射模块、内置控制模块、gps定位模块和电源模块二，信号发射模块与gps卫星通过无线通讯连接，监测球的外部设有硅胶制成的密封外壳。6.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述调节机构(3)包括两个滑动座(24)和两个轴承座(21)，两个滑动座(24)可调节地滑动设置在滑动环(23)上，两个滑动座(24)上铰接有螺纹伸缩杆(20)，两个螺纹伸缩杆(20)之间铰接有连接座(18)，两个轴承座(21)分别固定在监测底座(1)的上端中部和连接座(18)的下端，两个轴承座(21)之间设有万向节(19)，多级伸缩杆(5)固定在连接座(18)的上端，多级伸缩杆(5)与控制处理模块电性连接。7.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特
征在于，所述排出机构(4)包括内齿轮(28)和排出电机(30)，内齿轮(28)转动设置在监测底座(1)的上端，排出电机(30)固定在监测底座(1)的内部，排出电机(30)的输出端伸出监测底座(1)，排出电机(30)的输出端上固定有外齿轮(29)，外齿轮(29)与内齿轮(28)啮合，内齿轮(28)的外部设有出料罩(31)，出料罩(31)覆盖在置物通孔(26)的下端外侧，出料罩(31)下侧设有若干圆周均布的出料缺口(32)，出料缺口(32)与置物通孔(26)的数量位置相对应，排出电机(30)与控制处理模块电性连接。8.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述太阳能机构(6)包括固定板(40)，固定板(40)固定在多级伸缩杆(5)上方，固定板(40)上方设有安装座板(42)，安装座板(42)的下方固定有转动电机一(41)，转动电机一(41)的输出轴伸出安装座板(42)，转动电机一(41)的输出轴固定有转动架(43)，转动架(43)抵触在安装座板(42)上，转动架(43)上固定有转动电机二(47)，转动架(43)上转动设有调节架(46)，转动电机二(47)的输出轴与调节架(46)固定连接，调节架(46)上设有太阳能光伏板(45)，调节架(46)上固定有电源接头(44)，电源接头(44)与太阳能光伏板(45)电性连接，转动电机一(41)与转动电机二(47)均与控制处理模块电性连接，电源接头(44)与光电转换模块电性连接。9.根据权利要求1或8所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述伸缩框架(7)包括若干竖杆(14)和若干横杆(10)，相邻的竖杆(14)之间设有第二交叉铰接连杆(13)，相邻的横杆(10)之间设有第一交叉铰接连杆(11)，横杆(10)与竖杆(14)之间设有折叠连杆(12)，两侧的竖杆(14)与多级伸缩杆(5)可拆卸连接，光纤传感器(9)设置在竖杆(14)和横杆(10)上。10.根据权利要求9所述的一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，其特征在于，所述雨量监测组件(8)包括安装架(16)，安装架(16)固定在若干横杆(10)上，安装架(16)上设有集雨斗(15)，集雨斗(15)的出水端设有雨量传感器(17)。

技术总结
本发明提供了一种基于光纤传感监测技术的公路边坡沉降监测装置，属于地质监测技术领域，它解决了边坡沉降无法有效快速监测，进行大数据处理建模等问题。包括若干监测基站、无线信号发射塔、基准站和GPS卫星以及与监测基站电性连接的两个监测底座，监测基站和基准站分别与无线信号发射塔以及GPS卫星通过无线通讯连接，监测底座内部设有限位机构，监测底座上设有调节机构和排出机构，监测底座内部放置有若干监测球，伸缩框架内部放置有若干光纤传感器；还包括与无线信号发射塔通过无线通讯连接的防火墙、数据处理中心和监控中心。本发明可有效实时监测边坡的土方量、坡度和等高线的变化，可快速评估灾害程度，得到边坡沉降模型，形成大数据。形成大数据。形成大数据。


技术研发人员：袁博 袁银权
受保护的技术使用者：武汉城市职业学院
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/11/1