1绪论
1.1岩土变形监测的研究意义
本课题来源于西安天汇远通水利信息技术有限责任公司申请的国家科技部中小型企业技术创新基金支撑项目。
我国是山脉众多、岩土工程集中的国家之一，工程和山体边坡的岩土由于常年的风化和地质运动的作用，会出现裂缝和岩土松动的现象，成为了重大的安全隐患，而阴雨天气，尤其是强降雨的作用，松动的岩土吸水加重，就更容易产生山体滑坡、坍塌、泥石流等灾害，给人们的生活、生产带来巨大影响。
以下是国内外由于岩土变形而引发地质灾害的部分案例:
}1} 2010年4月25日下午，台湾交通要道“北二高”发生严重的山体滑坡，导致高速公路被掩埋，给人们的出行带来严重不便。十万立方米的土石，瞬间把大埔跨越桥拦腰折断，也埋掉高速公路北上南下全部六车道，汐止以北交通中断，损失惨重;
(2) 2011年8月22日，湖北兴山县强降雨导致山洪暴发、河水猛涨，县城的3条交通干线、30多条村级公路发生多处塌方，交通被中断，滞留车辆近百辆，百余人被困;
(3) 2011年9月19日晚，因连日降雨，江苏至新疆的公路洛阳段K73 3公里处人行天桥坍塌，天桥坍塌路段双向断行，导致严重拥堵;
(4) 2012年4月20日晚21时，兰州市榆中县银山乡高家湾村突然发生山体滑坡，居住在山脚下的一农户房屋被掩埋。经救援4名被掩埋者陆续被挖出，1人当场死亡，3人经抢救无效死亡;
(5) 2012年5月9日晚，贵州省榕江县遭强降雨，导致山洪暴涨，造成多处农田被冲毁、多幢民房被冲坏、公路路基坍塌、通讯中断，给救灾工作带来一定的困难;
(6) 2011年9月20日，美国纽约的一座楼房倒塌，砸到了正在行中的一辆公交车，导致多人受伤，经济损失巨大;
(7) 2012年3月14日，英国一处山崖发生局部垮塌，导致重约数千吨的巨石掉进大海中，坍塌是因为雨水流入石缝，在严寒天气中结冰导致巨石松动，最终与悬崖脱离;
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1.2岩土变形监测技术的研究现状
20世纪80年代起，伴随着联合国国际减轻自然灾害十年计划的启动，国际社会对岩土变形引发的自然灾害达到空前的关注，许多国际性和区域性的自然灾害研究计划相继实施，对岩土变形引发自然灾害的预测预报研究也更进一步深入，岩土变形监测技术逐步成熟。
80年代以来，美国地质调查局(USGS)提供的加利福尼亚州等岩土变形频发地区的地图，实施滑坡灾害危险性区划项目，按照要求标准制定滑坡灾害危险性区划编图，建立岩土变形区域的模型图;根据这些模型图所提供的岩土变形点，人们进行长期公益性质的观测[[4]。近年来，意大利佛罗伦萨大学地球科学系和德国地球科学研究中心在利用雷达卫星数据进行干涉处理，获取干涉图像，在滑坡、地面沉降等地质灾害监测方面己经得到成功应用，监测精度可以达到毫米级;佛罗伦萨大学是在国际上最早应用地面干涉雷达进行滑坡监测的机构，在意大利的Stromboli火山附近建立地面干涉雷达监测站，监测数据可以通过无线网络远程传输到滑坡监测中心，并进行实时处理和分析。国外的岩土变形监测技术主要是对岩土的整体性分析，对于发生灾害的地方使用成像、绘图等技术进行监测。
与国外相比，我国的岩土变形监测技术相对落后，但是也取得了一定的成果。上世纪90年代后，我国对岩土变形监测的研究逐步深入，伴随着三峡、小浪底、小湾等大型水利水电工程的兴建，岩土变形监测技术在与实际工程结合的过程中，得到了更加快速的发展。现阶段岩土变形监测的手段主要是利用钢带、红外仪、简易观测标桩、裂缝计、水准仪等传感技术，这些测量手段简单单一，施工强度大，研究积累的大量现场资料和实战经验缺乏真正的操作性，不能普遍推广应用。对岩土变形灾害性的预报，难以做到时间和空间预报相结合，而这恰恰是最重要的降。
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2分布式岩土变形监测系统整体设计
2.1岩土变形监测技术发展现状
经过多年的研究，岩土变形监测技术己经获得了一定的成果。目前，岩土变形监测主要围绕岩土整体稳定性、局部稳定性、加固效果三方面进行，并且在实际工程中己经得到一定的应用。
2.1.1岩土外形的位移监测
岩土外形的位移监测是把岩土坡体表面的位移作为观测对象，通过在岩土坡体表面安装相关的测量仪器，来监测岩坡表面的位移情况。常用的监测仪器有:经纬仪、红外仪、水准仪、钢带、地表位移伸长计等专门用于岩土变形监测的仪器和设备。另外，GPS测量技术、INSAR干涉雷达测量等技术在岩土变形的监测中也取得了明显的成果，其中基于GPS的岩土变形测量技术己经逐步投入使用[7]，可以在岩土变形监测中起到很好的监测效果。
2.1.2岩土内部的变形监测
岩土内部的变形监测是在岩坡体内埋入检测仪器，通过仪器监测坡体内部结构在工程实施过程中的变形情况。内部监测技术可以准确掌握表层岩土的变形位置和位移的速率，为评价岩土工程的稳定性和工程的防护工作提供可靠依据。内部位移监测需要在岩土工程或山体上进行钻孔测量，可以实现对岩土边坡工程内部不同深度的水平和垂直位移进行检测，使用的仪器主要有:钻孔测斜仪、差动式传感器、滑动测微计等
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3 分布式岩土变形监................... 22-38
3.1 岩土变形监测............. 22-23
3.2 控制器外围电路 .................................23-25
3.2.1 时钟电路....................... 23-24
3.2.2 JTAG 调试电............... 24
3.2.3 复位电路................... 24-25
3.2.4 EEPROM 存储................ 25
3.3 信号采集电路...................... 25-31
3.3.1 光信号驱动.................25-28
3.3.2 光电转换器.......... 28-30
3.3.3 频率测量电路................... 30-31
3.4 多路传感器选......... 31-34
3.4.1 CD4051 开关选.................... 32-33
3.4.2 驱动器................... 33
3.4.3 通道选择................... 33-34
3.5 电源电路的....................34-35
3.5.1 8V 电压翻转电.........................34-35
3.5.2 +5V 和+3.3V 的..................35
3.6 GPRS 通讯电路........................ 35-36
3.7 本章小结.......................... 36-38
4 分布式岩土变形.................. 38-50
4.1 操作系统的..... 38-40
4.1.1 操作系统................ 38-39
4.1.2 文件移植..................... 39-40
4.2 各模块的驱动................... 40-48
4.2.1 脉冲波..................... 40-41
4.2.2 32 通道选择程.................41-43
4.2.3 光波信号频................................ 43-44
4.2.4 数据存储与................. 44-46
4.2.5 GPRS 通讯.......................46-48
4.3 岩土变形监测...... 48-49
4.4 本章小结........................ 49-50
5岩土变形预测模型的建立
5.1 SVM支持向量机的应用
引发岩土变形的因素很多，这些因素作用于岩土导致变形的机理也很复杂，几乎不能用解析的方法得到岩土变形的显示解。因此需要对岩土变形监测到的数据进行分析，运用智能算法工具分析岩土变形监测的数据的变化规律，推测出可能的发展趋势，进而预测灾害的发生。目前常用的智能算法有神经网络技术、模糊识别技术、灰度建模预测法等，但是这些算法工具线性度差、样本要求量大、泛化性不高，因此需要一种适用于岩土变形非线性问题的智能算法。
近年来，支持向量机SVM技术的快速发展己经在许多领域得以成功应用。支持向量机利用结构风险最小化的原则，有着良好的泛化性和精度，可以较好地利用少量的样本数据进行问题的学习研究，采用核函数的设计思想，可以将非线性的问题转换成线性问题研究。本文将支持向量机用于岩土变形的预测，将光纤传感器采集的岩土变化数据作为建立岩土变形预测的训练样本学习，使其获得可以预测岩土变形灾害的能力。
5.1.1支持向量机的理论研究
支持向量机是研究统计学习理论的模式识别机器算法，由Vapnik等在1992年提出，随后得到迅速的发展，现在己经在生化信息学、文本和手写识别、气象预报等领域得到成功的应用
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总结
岩土变形引起的滑坡、泥石流等地质灾害对人民生命财产安全带来了巨大的损失，我国科技部投入大量资金到岩土变形监测技术的研发中。本课题以此为背景，查阅大量现有的岩土变形监测技术资料，选用光纤传感技术监测岩土边坡变形，集合先进的工业控制器LM3 56965和SIM900A模块设计了相关的外围电路，制作了可以连接32路光纤传感器的岩土变形监测设备，最后运用支持向量机数据分析工具建立岩土变形的预测模型，实现了对岩土边坡变形的自动化、智能化监测。
课题做的主要工作:
(1)对现阶段岩土变形监测中使用的监测技术做了分析和研究，最后选择了光纤传感器做岩土变形检测工具，提出了犯路光纤传感器分布式铺设的思想，并确定了系统的设计方案。
(2)设计了以LM3S6965为控制核心的岩土变形监测系统的硬件平台，以及其外围电路，包括脉冲光驱动电路、32通道选择电路、光电检测电路、数据存储电路、实时时钟电路等外围电路，绘制PCB电路板，并进行器件焊接和调试。
(3)使用RealView MDK开发环境，配置TI公司提供的CORTEX-M3核软件驱动库，为软件开发搭建平台。
(4)在RealView MDK平台下，在LM3S6965上移植了UC/O S-II操作系统，并设计了其它模块软件，包括光纤入射脉冲光波形的调制、犯通道选择程序、光电检测波形频率的检测程序、数据存储、实时时钟程序、GPRS通讯程序设计。
(5)运用支持向量机建立了时间序列下的岩土变形预测模型，得到了预测器模型函数，实现了对岩土变形的准确科学预报。
参考文献（略）