【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地面沉降监测系统领域，尤其涉及一种地面沉降监测系统及使用方法。
技术介绍
1、传统的地面沉降监测系统，通过多个深埋地面以下的传感器检测土质沉降状态，信号在终端汇总，输出沉降信息。存在的缺陷是传感器故障后，需要取出更换，维修上比较麻烦，有时候甚至需要破坏地面硬质铺装材料，不但麻烦，而且需要对地面进行复原作业，成本也比较高。
2、近年来，随着无人机技术的发展，出现一种利用无人机监测地面沉降的系统，如申请号201811190336.3的一种自动沉降监测系统，先在地质稳定区域建立基准点，在基准点的上方设置激光发射装置，激光发射装置射出水平激光，通过在无人机上设置激光接受装置，确定无人机相对于基准点的飞行高度；通过在监测区域的地面上设置无源反射器，在无人机上设置毫米波雷达，确定出无人机相对于监测区域的高度。通过比对无人机相对于基准点的飞行高度和无人机相对于监测区域的高度是否有变化，可以得出结论监测区域是否发生沉降。
3、上述的自动沉降监测系统的设备设置在地面之上，维修时不需要开挖以及恢复地面，维修比较方便，但是也存在如下缺陷；
4、1)、激光发射装置安装时稍微存在倾斜，设置的激光就会相应倾斜，无人机在激光路线不同位置时，所处高度不同，即监测时得出的无人机相对于基准点的飞行高度值是不固定的，这就导致结论可能不正确，由此对激光发射装置的安装会提出极高要求，监测系统安装时的调试难度极大。
5、2)、在城市中，存在大量建筑物，而无人机的飞行需要避开障碍物，飞行高度较高，相应的需要将激光
6、3)、地质稳定区域建立的基准点与地质不稳定区域的监测区域之间的距离往往比较大，而城市中存在大量的建筑物，为了使激光发射装置射出的激光从监测区域上空穿过，需要找寻到合适的安装位置，这个安装位置的选择余地很小，有时候甚至找不到，这也给监测系统的安装带来了难度。
7、4)、由于激光发射装置的激光光束细，而无人机在高空飞行，地面控制无人机飞行姿态的人员难以观察到无人机，难以使无人机恰好飞行到激光路线上，且还要调整角度，使激光接受装置对准激光，外加高空气流速度比较快，无人机的飞行姿态本身不容易控制的情况下，监测系统的使用不方便。
8、5)、由于无人机的高度测定依赖设置在监控区域的无源反射器，无人机只能在监控区域特定位置(无源反射器正上方)测定，测定点数量少，一般为单源监测，无法对监控区域多个位置检测后再判定监测区域的整体沉降状态，监测效果好。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种多源地面沉降监测系统及使用方法。本专利技术具有安装时的调试难度低、安装后的维护难度低、使用方便和监测效果好的优点。
2、本专利技术的技术方案：多源地面沉降监测系统，包括无人机、雷达、激光测距仪和多个反射器，雷达和激光测距仪均固定在无人机的下侧，雷达的信号输出端和激光测距仪的信号输出端均连接无人机的控制系统。
3、前述的多源地面沉降监测系统中，所述无人机的底部设有三维电动云台，三维电动云台的控制接口连接无人机的控制系统，雷达和激光测距仪均固定在三维电动云台的旋转端。
4、前述的多源地面沉降监测系统中，所述反射器是角反射器。
5、前述的多源地面沉降监测系统中，所述反射器有三个。
6、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法，包括以下步骤，
7、a、建立三维坐标系，三维坐标系的x轴和y轴平行于水平面；
8、b、在地质稳定区域寻找或建立三个基准点，三个基准点围绕监测区域分布，将三个反射器分别固定到基准点，三个反射器在三维坐标系内的坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)；
9、c、无人机进入监测区域上空，通过控制无人机的高度，使无人机与多个反射器之间没有障碍物；
10、d、通过雷达检测无人机与三个反射器之间的距离，并将三个距离值发送至控制系统，控制系统根据三个距离值以及相邻反射器之间的直线距离，计算出无人机在三维坐标系内的坐标(x4，y4，z4)；
11、e、通过激光测距仪检测无人机与地面之间的距离z5，通过监测z5与z4之间的差值是否变化来判断监测区域的地面是否有沉降。
12、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法中，三维坐标系的原点位于水平高度最大的反射器上。
13、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法中，所述无人机是四旋翼无人机。
14、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法中，所述步骤d中，无人机保持悬停状态后，通过三维电动云台改变雷达的探测方向，使雷达依次朝向三个反射器，得到三个距离值。
15、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法中，所述步骤e中，无人机保持悬停状态后，通过三维电动云台使激光测距仪绕平行于x轴的轴线来回摆动至少一次、绕平行于y轴的轴线来回摆动至少一次,在摆动过程中，激光测距仪连续启动，测量到多个数值，将最小的数值作为无人机与地面之间的距离z5。
16、前述的多源地面沉降监测系统的使用方法中，所述步骤e中，所述激光测距仪的探测方向垂直于无人机机身所在的平面，通过无人机内部的陀螺仪，检测无人机机身偏摆角度以及偏摆朝向，通过三维电动云台使激光测距仪在无人机机身偏摆平面上来回旋转至少一次，在摆动过程中，激光测距仪连续启动，测量到多个数值，将最小的数值作为无人机与地面之间的距离z5。
17、与现有技术相比，本专利技术通过在监测区域外侧的地质稳定区域上设置多个反射器，通过在无人机上设置雷达测量无人机与各个反射器之间的距离，可以确定出无人机在坐标系中的高度，通过在无人机上设置激光测距仪测量无人机相对于监测区域地面的高度，通过监测两个高度的差值变化量来判断监测区域地面是否发生沉降。本专利技术具有如下优点：
18、1)、反射器的安装精度几乎没有要求，只要大概朝向监控区域上空即可，极大了降低了监测系统安装时的调试难度。
19、2)、由于反射器的安装精度低，即使反射器与地面之间存在中间结构，在中间结构变形后，雷达的发射信号经反射器反射后仍可原路返回而被雷达所接收，也就不需要对发射器进行重新调试，降低了监测系统的维护难度。
20、3)、本专利技术通过三个发射器与雷达之间的距离来测定无人机在坐标系中的高度，无人机不需要在固定高度飞行，当发射器与监测区域之间的地面上存在建筑等障碍物时，通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多源地面沉降监测系统，其特征在于：包括无人机(1)、雷达(2)、激光测距仪(4)和多个反射器(3)，雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在无人机(1)的下侧，雷达(2)的信号输出端和激光测距仪(4)的信号输出端均连接无人机(1)的控制系统。
2.根据权利要求1所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述无人机(1)的底部设有三维电动云台(5)，三维电动云台(5)的控制接口连接无人机(1)的控制系统，雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在三维电动云台(5)的旋转端。
3.根据权利要求2所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述反射器(3)是角反射器。
4.根据权利要求2所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述反射器(3)有三个。
5.根据权利要求4所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：三维坐标系的原点位于水平高度最大的反射器(3)上。
7.根据权利要求5所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：所述无人
8.根据权利要求7所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：所述步骤d中，无人机(1)保持悬停状态后，通过三维电动云台(5)改变雷达(2)的探测方向，使雷达(2)依次朝向三个反射器(3)，得到三个距离值。
9.根据权利要求7所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：所述步骤e中，无人机(1)保持悬停状态后，通过三维电动云台(5)使激光测距仪(4)绕平行于X轴的轴线来回摆动至少一次、绕平行于Y轴的轴线来回摆动至少一次,在摆动过程中，激光测距仪(4)连续启动，测量到多个数值，将最小的数值作为无人机(1)与地面之间的距离z5。
10.根据权利要求7所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：所述步骤e中，所述激光测距仪(4)的探测方向垂直于无人机(1)机身所在的平面，通过无人机(1)内部的陀螺仪，检测无人机(1)机身偏摆角度以及偏摆朝向，通过三维电动云台(5)使激光测距仪(4)在无人机(1)机身偏摆平面上来回旋转至少一次，在摆动过程中，激光测距仪(4)连续启动，测量到多个数值，将最小的数值作为无人机(1)与地面之间的距离z5。
...【技术特征摘要】
1.多源地面沉降监测系统，其特征在于：包括无人机(1)、雷达(2)、激光测距仪(4)和多个反射器(3)，雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在无人机(1)的下侧，雷达(2)的信号输出端和激光测距仪(4)的信号输出端均连接无人机(1)的控制系统。
2.根据权利要求1所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述无人机(1)的底部设有三维电动云台(5)，三维电动云台(5)的控制接口连接无人机(1)的控制系统，雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在三维电动云台(5)的旋转端。
3.根据权利要求2所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述反射器(3)是角反射器。
4.根据权利要求2所述的多源地面沉降监测系统，其特征在于：所述反射器(3)有三个。
5.根据权利要求4所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：三维坐标系的原点位于水平高度最大的反射器(3)上。
7.根据权利要求5所述的多源地面沉降监测系统的使用方法，其特征在于：所述无人机(1)是四...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建良，费忠伟，黄红亮，沈晓良，沈佳求，赵文杰，钭霄依，宋恺杰，沈怡萍，温佳，
申请(专利权)人：湖州市南浔创业测绘与土地规划院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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