【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种基于重力勘探的地裂缝测量系统及方法，属于矿区地裂缝测量。
技术介绍
1、地裂缝是地表岩土体在自然因素和人为因素的作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象，是一种缓慢发展的渐进性地质灾害。
2、煤矿开采形成的地裂缝一般会沿着采空区开裂，其走向与煤炭开采方向基本一致。地裂缝会呈现出折线、弧形、锯齿形等不同形态，大部分地裂缝发育在山顶和山坡，与斜坡走向基本平行。地裂缝的宽度在0.08-0.8米之间，长度在3-50米之间，少数长度能达到200米。
3、现有技术中，用来进行矿区地表裂缝宽度测量的仪器和方法有钢尺、刻度放大镜、超声波检测仪等等。但是钢尺、刻度放大镜等用来测量裂缝其测量误差较大，难以达到更进一步的精度，超声波检测仪等成本较高，仪器较重，不便于携带使用，且也难以达到0.01mm级别的裂缝宽度测量，因此设计一种能有效解决上述问题的装置是目前急需解决的问题。本专利技术的目的在于提供一种简易裂缝测量仪，用于测量表面裂缝的宽度及深度，其测量误差小，精度高，且该简易裂缝宽度测量仪操作方便，方便携带。
技术实现思路
1、针对矿区地裂缝发育及分布，现有的地裂缝监测装置在一定程度上能够对地裂缝进行综合测量，但目前的监测手段还存在装置结构复杂、测量精度低、数据不易保存、深度不便测量等方面的不足，为了解决以上问题，专利技术提供了一种基于重力勘探的地裂缝测量系统及方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于重力
3、重力传感器装置：布置在待测裂缝区域的地面，用于实时采集裂缝区域和无裂缝区域的地表及地下不同深度处的重力数据，测量地面的微小重力变化；
4、数据采集终端：与重力传感器装置连接，用于实时采集并记录重力场数据；
5、主控显示一体机：用于控制整个重力传感器装置的运行，以及进行数据分析、计算、存储和导出，得出裂缝测量结果；
6、交换机：用于将多组重力传感器装置采集的数据传输至上层的主控显示一体机和远程服务器；
7、远程服务器：用于存储采集的重力场数据以及测量结果。
8、所述重力传感器装置包括外壳，所述外壳内部安装有重力传感器、gps定位装置、锂电池，所述外壳的顶部安装有水平仪，所述gps定位装置包括核心处理器模块、gps定位模块和无线信号收发模块，所述核心处理器模块分别与重力传感器、gps定位模块、无线信号收发模块电连接，所述锂电池用于给整个重力传感器装置供电。
9、所述外壳的顶部还安装有角度可调的微型太阳能电池板装置，所述外壳的上部还开设有用于安装光敏传感器的孔，所述微型太阳能电池板装置、光敏传感器分别与核心处理器模块电连接，
10、所述外壳的底部还安装有支撑结构。
11、所述主控显示一体机上安装有数据处理软件和通信模块，所述数据处理软件包括：
12、数据处理单元：用于接收重力传感器装置采集的重力数据，并对接收到的重力场数据进行处理和分析，包括重力异常的识别和定位，并通过分析重力变化趋势来推算地裂缝的位置、深度和宽度；
13、裂缝监测单元：用于根据处理后的数据，监测地裂缝的发展趋势和变化情况；
14、数据显示与控制单元：设有用户界面，用于显示测量结果、控制测量过程以及调整参数设置，以及展示分析结果，并支持数据的存储和导出。
15、一种基于重力勘探的地裂缝测量方法，采用基于重力勘探的地裂缝测量系统，包括如下步骤：
16、第一步：标记不跨缝测距，在裂缝附近无裂缝的区域标记一点，以该点为中心点将重力传感器装置均匀布置在一块刚性基板上，形成一个二维阵列，采集无裂缝区域的重力数据；
17、第二步：连接仪器，用数据线将每个重力传感器装置通过交换机连接到主控显示一体机；
18、第三步：启动主控显示一体机的电源，启动数据处理软件，进入参数设置界面，按照工程信息设置相关参数，设置完毕后点击确定，准备开始数据采集；
19、第四步：启动数据采集终端和重力传感器装置的电源，开始记录重力数据，采集频率根据实际需求设定，当本次采集数据全部完成后，将该测量点采集的数据保存为无裂缝区重力数据；
20、第五步：标记跨缝测距，跨缝测距是以裂缝为中点，在裂缝两侧等距标记传感器阵列铺设位置，布置重力传感器装置；
21、第六步：跨缝检测，与不跨缝检测一样，将重力传感器装置置于标记点处，点击采样，记录重力数据；
22、第七步：数据处理软件接收采集到的原始数据，进行滤波和去噪处理；应用重力异常分析算法，识别重力场中的异常区域对应于地裂缝的位置；进一步分析重力异常的幅度和分布，估算裂缝的深度和宽度；
23、第八步：在数据采集过程中，使用主控显示一体机实时接收数据，并利用现场gps定位装置校正重力传感器位置，确保数据的准确性；
24、第九步：数据处理软件实时生成地裂缝深度与宽度的三维模型，提供直观的可视化结果；
25、第十步：测量结果以图形和数字的形式显示在主控显示一体机上，根据需要进行数据存储和导出。
26、第七步中的重力异常分析算法的实现步骤如下：
27、1)数据预处理：使用布格校正算法对原始数据进行校正，并对缺失的数据点进行插值处理，以获得连续的重力异常图；
28、2)异常解释：建立重力异常理论模型，分析重力异常的特征，根据假设的裂缝形状和物理参数，建立重力异常的理论计算模型，推断地裂缝构造和三维模型结构；
29、3)正演计算：基于建立的理论计算模型，从原始重力数据中提取出异常部分，即重力值与参考重力场的差异，将不同区域的异常值进行标准化处理，使用有限差分法，计算不同宽度、深度和延伸方向的裂缝所产生的重力异常；
30、4)反演分析：采用优化算法将实测的重力异常数据与正演计算得到的重力异常进行对比，通过不断调整裂缝的宽度、深度和延伸方向参数，使得计算得到的重力异常与实测数据的误差最小；
31、5)结果评估与验证：对反演得到的裂缝参数进行评估，检查其合理性和稳定性。
32、数据预处理采用的布格校正算法结合了自由空气校正和布格板校正两种校正算法，其中自由空气校正的计算公式为：δgfa＝-0.3086×h；
33、其中，δgfa是自由空气校正值，单位为mgal，h是观测点相对于参考面的高度，单位为m，0.3086是重力随高度变化的梯度，单位为mgal/m；
34、布格板校正的计算公式为：
35、δgbp＝2πgρh；
36、其中，δgbp是布格板校正值，单位为mgal，g是万有引力常数，ρ是地壳的平均密度；
37、则布格校正的总公式为：δgbouguer＝δgfa+δgbp。
38、所述理论计算模型考虑地裂缝对重力场的影响，包括：
39、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述重力传感器装置包括外壳，所述外壳内部安装有重力传感器、GPS定位装置、锂电池，所述外壳的顶部安装有水平仪，所述GPS定位装置包括核心处理器模块、GPS定位模块和无线信号收发模块，所述核心处理器模块分别与重力传感器、GPS定位模块、无线信号收发模块电连接，所述锂电池用于给整个重力传感器装置供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述外壳的顶部还安装有角度可调的微型太阳能电池板装置，所述外壳的上部还开设有用于安装光敏传感器的孔，所述微型太阳能电池板装置、光敏传感器分别与核心处理器模块电连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述外壳的底部还安装有支撑结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述主控显示一体机上安装有数据处理软件和通信模块，所述数据处理软件包括：
6.一种基于重力勘
7.根据权利要求6所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量方法，其特征在于：第七步中的重力异常分析算法的实现步骤如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量方法，其特征在于：数据预处理采用的布格校正算法结合了自由空气校正和布格板校正两种校正算法，其中自由空气校正的计算公式为：Δgfa＝-0.3086×h；
9.根据权利要求7所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量方法，其特征在于：所述理论计算模型考虑地裂缝对重力场的影响，包括：
10.根据权利要求7所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量方法，其特征在于：正演计算中基于建立的理论计算模型使用有限差分法计算理论重力场，具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述重力传感器装置包括外壳，所述外壳内部安装有重力传感器、gps定位装置、锂电池，所述外壳的顶部安装有水平仪，所述gps定位装置包括核心处理器模块、gps定位模块和无线信号收发模块，所述核心处理器模块分别与重力传感器、gps定位模块、无线信号收发模块电连接，所述锂电池用于给整个重力传感器装置供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述外壳的顶部还安装有角度可调的微型太阳能电池板装置，所述外壳的上部还开设有用于安装光敏传感器的孔，所述微型太阳能电池板装置、光敏传感器分别与核心处理器模块电连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于重力勘探的地裂缝测量系统，其特征在于：所述外壳的底部还安装有支撑结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于重力勘探的地裂缝测...
【专利技术属性】
技术研发人员：燕鹏赟，王朋飞，辛亮，高英慧，牛强强，朱宇伟，田鑫桐，李笑霖，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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