一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，它采用有線或無線通訊的方法將激光光斑成像技術(shù)測量沉降儀串聯(lián)起來，以基準點發(fā)出激光到被測橋墩，從而測得被測橋墩的沉降，而該橋墩發(fā)出指向下一個被測橋墩的激光，從而測得下一個被測橋墩的沉降，這樣串聯(lián)一起可以將橋墩沉降測量出來。激光沉降儀由三部分組成：激光光源，光斑成像及圖像處理部分和是通訊模塊；通訊模塊可以控制激光光源和圖像處理模塊。本發(fā)明利用激光沉降儀、數(shù)據(jù)路由控制器、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、客戶端等組成完整的系統(tǒng)用于在線監(jiān)測的所有橋墩的沉降情況，在系統(tǒng)發(fā)生危險的時候，發(fā)出系統(tǒng)預(yù)警，供系統(tǒng)運行決策者參考。
【專利說明】一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于地基沉降安全監(jiān)測領(lǐng)域，一般涉及土木工程、電子、光電子、信息處理、計算機軟件等【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]目前，沉降監(jiān)測主要采用監(jiān)測樁、沉降杯、沉降板、磁環(huán)沉降儀、水壓式剖面沉降儀和水平測斜儀、智能全站儀、各類靜力水準儀(包括光纖光柵式、電容式、CXD式)、壓力變送器等。這些監(jiān)測設(shè)備效率低、誤差大、成本高、測量參數(shù)不全面，安裝十分復(fù)雜。難以在大規(guī)模的鐵路工程中廣泛中使用。
[0003]本發(fā)明采用的基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，采用準直激光、光電成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)、無線通訊技術(shù)、計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，實時預(yù)警，具有安裝簡單，易聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明利用激光的單向性，一個測量點的激光光源將激光對準另外一個測量點的成像靶面，光電成像器件對光斑進行拍照，經(jīng)過圖像處理的方法找出激光光斑的中心位置，經(jīng)信號處理系統(tǒng)處理后通過通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，以記錄其初始的光斑位置。當其中某個測量點發(fā)生了沉降，光斑位置發(fā)生改變，系統(tǒng)將對光斑拍照，經(jīng)過同樣的處理，記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的對比，即可得到沉降的相對位置ΛΧ、ΛY。激光沉降儀包括激光光源、成像靶面、光電成像器件、圖像處理系統(tǒng)和通訊模塊。
[0005]若第一測試點是參考點，即該位置不發(fā)生沉降，那么從第二測試點獲得的數(shù)據(jù)即為第二測試點點的沉降數(shù)據(jù)，第三測試點的沉降數(shù)據(jù)可以根據(jù)第二測試點的數(shù)據(jù)進行推算得到，其余測試點的沉降數(shù)據(jù)可以通過同樣的方法得到。
[0006]將激光沉降儀級聯(lián)構(gòu)成測量系統(tǒng)。在一個測量系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)有一個激光沉降儀中包含數(shù)據(jù)路由器，數(shù)據(jù)路由器的功能是重組該測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。測量系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和客戶端構(gòu)成基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。其中，上位機或服務(wù)器可以是客戶端的一部分。
[0007]根據(jù)這一系統(tǒng)，采用的通訊網(wǎng)絡(luò)使相鄰測試點之間可以進行數(shù)據(jù)通訊，從而將自身的沉降計算出來；采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以使激光沉降儀和客戶端或服務(wù)器之間雙向通τΗ ο
[0008]根據(jù)這一系統(tǒng)，所述的客戶端可以是一臺電腦或可以訪問服務(wù)器智能設(shè)備?？蛻舳丝梢钥刂萍す獬两祪x何時進行數(shù)據(jù)測量、何時停止測量、同時將數(shù)據(jù)返回；客戶端可以知道激光沉降儀的工作狀況，如果激光沉降儀發(fā)生故障，服務(wù)器可以獲得故障的錯誤代碼，以便知道怎樣排除故障。
[0009]根據(jù)這一系統(tǒng)，發(fā)生通訊故障的時，激光沉降儀應(yīng)該根據(jù)設(shè)定的測試周期進行測試，并將數(shù)據(jù)保存在激光沉降儀內(nèi)，在數(shù)據(jù)通訊恢復(fù)后可以重新遞交數(shù)據(jù)，每臺沉降儀應(yīng)該可以保存至少7天的測試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)路由器也應(yīng)該具有該項功能，即在數(shù)據(jù)通訊服務(wù)中斷的時，存儲激光沉降儀上報的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)通訊恢復(fù)時，數(shù)據(jù)路由器可以將數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)路由器應(yīng)該有不可揮發(fā)的存儲空間，即使斷電的情況下，數(shù)據(jù)也不會丟失。從客戶端到激光沉降儀之間的通訊環(huán)節(jié)，客戶端應(yīng)該了解數(shù)據(jù)的全部傳輸過程。
[0010]根據(jù)這一系統(tǒng)，激光沉降儀的測試數(shù)據(jù)在系統(tǒng)設(shè)定后，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入是完全自動的，在發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)也支持手動導(dǎo)入數(shù)據(jù)，可以利用專用軟件導(dǎo)入。
[0011 ] 根據(jù)這一系統(tǒng)，系統(tǒng)可以自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)報表可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進行定制，系統(tǒng)也提供怎樣定制報表的功能。
[0012]根據(jù)這一系統(tǒng)，系統(tǒng)可以設(shè)定某一個激光沉降儀的閾值，或所有激光沉降儀的測量閾值，在測量數(shù)據(jù)超過閾值后，系統(tǒng)可以發(fā)出系統(tǒng)預(yù)警，系統(tǒng)也可以定義一個數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型的報警設(shè)定可以是依據(jù)一個或多個激光沉降儀的數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:本發(fā)明安裝于鐵路橋墩采用級聯(lián)使用的示意圖。其中激光沉降儀安裝于鐵路橋墩的墩頂。一般地，激光沉降儀包括，成像靶面，光電成像器件，圖像處理系統(tǒng)，通訊模塊，激光光源等。
[0014]圖2:本發(fā)明的系統(tǒng)圖，激光沉降儀安裝于鐵路橋墩的墩頂，一組的激光沉降儀中，第一個只需要激光光源和通訊模塊，中間的激光沉降儀一般包含成像靶面、激光成像光電成像器件、圖像處理系統(tǒng)、通訊模塊、激光光源組合，在最后的一個激光沉降儀后，需要用一個數(shù)據(jù)路由設(shè)備，或稱為上位機，該設(shè)備用來協(xié)調(diào)這一組激光沉降儀的采集、數(shù)據(jù)獲得等，同時將采集到該設(shè)備，然后通過3G網(wǎng)絡(luò)或其他以太網(wǎng)物理連接轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器。其數(shù)據(jù)路由器可以是Zi曲ee轉(zhuǎn)以太網(wǎng)路由器，或者是RS-485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)路由器；也可以是一個其他嵌入式系統(tǒng)或電腦系統(tǒng)用來做數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)化，達到將激光沉降儀的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器的目的。數(shù)據(jù)路由器和互聯(lián)網(wǎng)之間的連接可以是無線網(wǎng)絡(luò)如(GPRS、EDGE、3G、LTE、W1-Fi)，也可以是有線網(wǎng)絡(luò)，如雙絞線、光纖網(wǎng)絡(luò)。圖2中，客戶端是一臺帶有能訪問服務(wù)器的電腦，用于呈現(xiàn)各激光沉降儀的沉降測量數(shù)據(jù)，移動終端是一臺帶有能訪問服務(wù)器的移動終端，如智能手機、平板電腦能。
[0015]圖3:本發(fā)明對應(yīng)于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖，其中，激光光源、成像靶面和光電成像器件、圖像處理系統(tǒng)、通訊模塊、報文重新組織、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換等為物聯(lián)網(wǎng)感知層；物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是采用無線或有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層主要是軟件系統(tǒng)，包括服務(wù)器端的數(shù)據(jù)自動錄入、數(shù)據(jù)庫、閾值設(shè)定判斷等，客戶端軟件包括人機界面、報表自動生成、信息管理系統(tǒng)等。
具體實施方案
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述:
[0017]本實施例提供了一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:物聯(lián)網(wǎng)感知層、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層。所述物聯(lián)網(wǎng)感知層，用于采集激光沉降儀的相對沉降數(shù)據(jù)；所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層，用于接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，用于在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層和感知層之間建立網(wǎng)絡(luò)通訊，用于傳遞數(shù)據(jù)和控制命令；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，將接收到的數(shù)據(jù)進行計算并判定是否發(fā)出報警信號。本實例的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖3所示。
[0018]如附圖1所示，待測量的鐵路橋墩一般間隔32.5米，即使有些地方間距大于32.5米，一般大于50米就不應(yīng)該連續(xù)監(jiān)測，就應(yīng)該分成不同的組，主要是考慮到距離太大，激光在經(jīng)過太長的距離后就會使激光光斑擴大，影響測量精度。在鐵軌彎曲的地方，不能保證級聯(lián)的激光沉降儀在同一線上，在這種情況下應(yīng)該調(diào)整激光沉降儀的激光方向，使激光方向指向下一個激光沉降儀的成像靶面上。一般情況下，激光沉降儀應(yīng)該安裝于橋墩的墩頂上。
[0019]由于激光沉降儀支持無線Zigbee通訊和RS-485通訊,一般來說采用任何一種通信方式都是可靠的。如果無線通訊沒有很多干擾，建議采用Zigbee的通訊方犯，如果附件有很多電磁干擾、如電廠、無線發(fā)射臺等，建議采用有線通訊。
[0020]由數(shù)據(jù)路由器到互聯(lián)網(wǎng)的連接可采用的連接也很多，有GPRS、EDGE、3G、LTE、W1-Fi等無線網(wǎng)絡(luò)，也可以采用有線以太網(wǎng)，如雙絞線、光纖網(wǎng)絡(luò)等。在本實例中數(shù)據(jù)路由器采用一個基于Linux的嵌入式系統(tǒng)，它可以接收Zi曲ee的數(shù)據(jù)，進而將報文組織后，用Linux系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)。在本實例中，我們采用了三星S5PV2IOCortex A8CPU為嵌入式系統(tǒng)，采用了 Linux-2.6.35為核心，數(shù)據(jù)路由器包括了 Zigbee模塊、3G網(wǎng)絡(luò)模塊、以太網(wǎng)模塊、RS-485模塊等。
[0021]在服務(wù)器端，可以搭建的服務(wù)器可以采用自建服務(wù)器或采用合適的云服務(wù)器，本系統(tǒng)的云服務(wù)一般采用Intel Xeon CPU的服務(wù)器,可以采用Linux或Windows操作系統(tǒng)。采用SQL數(shù)據(jù)庫,一般可以采用MySQL或Microsoft SQL Server或Oracle數(shù)據(jù)庫。采用的服務(wù)器模塊可以采用模塊組成，相互之間是獨立的。
[0022]在客戶端，可以采用的解決方案很多，作為本系統(tǒng)的實例，我們采用了微軟的Windows Presentation Foundati6n(WPF)作為開發(fā)平臺，采用C++做后臺服務(wù)和服務(wù)器進行通訊，C#作為WPF的軟件開發(fā)語言，實現(xiàn)本系統(tǒng)。
[0023]在發(fā)生預(yù)警事件時，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)SMS服務(wù)，將SMS短信和電子郵件發(fā)送給相應(yīng)的負責(zé)人。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)也可以采用網(wǎng)絡(luò)SMS服務(wù)或電子郵件告知系統(tǒng)負責(zé)人。
【權(quán)利要求】
1.一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和客戶端，其特征在于: 激光沉降儀級聯(lián)構(gòu)成測量系統(tǒng)，一般地，激光沉降儀包括激光光源、成像靶面、光電成像器件、圖像處理系統(tǒng)和通訊模塊；光電成像器件將照射在成像靶面的激光進行拍照，圖像處理系統(tǒng)找出激光光斑的中心位置，經(jīng)信號處理系統(tǒng)處理后，由通訊模塊發(fā)送到客戶端；通訊網(wǎng)絡(luò)將測量系統(tǒng)與客戶端有效連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于通訊網(wǎng)絡(luò)可以雙向通訊，雙向通訊不僅存在于相鄰測試點之間，也存在于客戶端和測量系統(tǒng)之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于通訊網(wǎng)絡(luò)可以無線傳輸或有線傳輸。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于客戶端可以是一臺電腦或可以訪問服務(wù)器的智能設(shè)備，其可以控制激光沉降儀工作狀況，了解數(shù)據(jù)的傳輸過程。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于激光沉降儀在發(fā)生通訊故障時仍可按照設(shè)定的工作模式進行工作，并且具有存儲數(shù)據(jù)的功能，通訊正常時，再將數(shù)據(jù)上傳。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)工作時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的錄入、處理與傳輸是自動進行，發(fā)生故障時支持手動導(dǎo)入數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)可以設(shè)置激光沉降儀的閾值或?qū)⑾到y(tǒng)定義為一個數(shù)學(xué)模型，偏離時發(fā)出系統(tǒng)預(yù)m目O
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于準直激光成像的橋墩沉降在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于測量系統(tǒng)內(nèi)會包含一個數(shù)據(jù)路由，其功能是重組該測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將重組后的數(shù)據(jù)傳遞給客戶端。
【文檔編號】G01C5/00GK103776420SQ201410013970
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】陳后軍, 陳慶根, 張軍, 禚一, 王云鵬 申請人:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 杭州玨光物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司