一種利用互成角度光線進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程、地質(zhì)工程和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種利用互成角度光線監(jiān)測(cè)位移變化的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)背景
[0002]目前，在土木工程、地質(zhì)工程和地災(zāi)防治的大量工程實(shí)踐中，需要監(jiān)測(cè)巖土體或者工程結(jié)構(gòu)物表面的位移變化特征。對(duì)于較大的變形或處于加速變形階段的巖土體或工程結(jié)構(gòu)物，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)警，這樣才能有效預(yù)防事故和災(zāi)害的發(fā)生。同時(shí)，對(duì)于處于加固處理以及處理完成的巖土體或者建筑結(jié)構(gòu)物，也需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其變形狀態(tài)，掌握施工效果并保障設(shè)施和人員安全。
[0003]目前，對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)環(huán)境，工程上常常采用不同的監(jiān)測(cè)儀器。對(duì)于裂縫變形等的監(jiān)測(cè)，常采用基于千分尺原理的監(jiān)測(cè)方法，就是直接利用千分尺等工具直接測(cè)量巖土體或者工程結(jié)構(gòu)物的縫隙等的寬度變化、對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位移變化，這種方法操作繁瑣，對(duì)人工的依賴性較大，監(jiān)測(cè)結(jié)果受人為影響較大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，自動(dòng)分析。對(duì)于基坑變形監(jiān)測(cè)，目前大多采用全站儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備，其監(jiān)測(cè)原理主要利用光線的反射與折射進(jìn)行測(cè)距測(cè)角。但是這種方法操作復(fù)雜，無(wú)法消除人工誤差；每次測(cè)量都需要專業(yè)人員架設(shè)儀器，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)人工依賴性大，返場(chǎng)率高。
[0004]對(duì)于位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法需要監(jiān)測(cè)人員反復(fù)來(lái)往監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，提高了交通運(yùn)輸成本，且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外對(duì)于比較危險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，例如處于加速變形階段的滑坡，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法容易造成安全隱患，威脅人身安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種利用互成角度的多束光線自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖土體和工程結(jié)構(gòu)物位移變化的系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種利用互成角度光線監(jiān)測(cè)位移變化的系統(tǒng)，其特征在于:包括光線發(fā)射器、光線接收靶、數(shù)據(jù)采集器、遠(yuǎn)程服務(wù)器，所述的光線發(fā)射器能發(fā)出三束或多束互成角度的光線，所述的光線接收靶設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，所述的光線發(fā)射器安裝在離光線接收靶一定距離的穩(wěn)定位置上，使光線發(fā)射器發(fā)出的三束或多束互成角度的光線直接照射在光線接收靶上，所述的光線發(fā)射器、光線接收靶分別通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集器聯(lián)接。所述的數(shù)據(jù)采集器將光線距離信息和落點(diǎn)位置變化信息解譯成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化信息，并將之傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。
[0008]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的光線發(fā)射器包括發(fā)射頭、激光測(cè)距傳感器、電源模塊、通信模塊；所述的三束或多束光線之間的角度可以調(diào)節(jié)，且光線可以在光線接收靶上形成三角形或多邊形角點(diǎn)的落點(diǎn)，激光測(cè)距傳感器安裝在發(fā)射頭上，且至少使一束光線具有測(cè)距能力，由通信模塊與數(shù)據(jù)采集器無(wú)線進(jìn)行聯(lián)接。
[0009]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的光線接收革E包括光線過(guò)濾板、光點(diǎn)識(shí)別元件、讀數(shù)模塊、電源模塊和通信模塊，所述的光線過(guò)濾板設(shè)在光點(diǎn)識(shí)別元件表面上，作用是僅使光線發(fā)射器發(fā)射的光線可以形成落點(diǎn)，光點(diǎn)識(shí)別元件與讀數(shù)模塊、電源模塊和通信模塊連接，通信模塊與數(shù)據(jù)采集器無(wú)線聯(lián)接。
[0010]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的數(shù)據(jù)采集器包括數(shù)據(jù)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊、電源模塊。
[0011]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的遠(yuǎn)程服務(wù)器安裝有應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)及分析預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)服務(wù)。
[0012]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的三束或多束互成角度的光線是一種可調(diào)互成角度的三束或多束互成角度的光線，且互成角度三束或多束光線在光線接收靶上的落點(diǎn)形成一個(gè)三角形或多邊形。
[0013]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的點(diǎn)識(shí)別元件為一種CCD板或密布光敏二極管的識(shí)別元件，自動(dòng)采集光線照在光線過(guò)濾板上的落點(diǎn)信息。
[0014]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，光線發(fā)射器與光線接收靶的通信模塊是一種帶有Zigbee網(wǎng)卡的通信模塊。
[0015]—種利用互成角度光線監(jiān)測(cè)位移變化的系統(tǒng)的測(cè)量方法，其步驟如下:
[0016](I)將所述光線接收靶、光線發(fā)射器與數(shù)據(jù)采集器通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)連接，把光線接收靶設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，將光線發(fā)射器安裝在距離光線接收靶一定距離的穩(wěn)定位置上。
[0017](2)調(diào)節(jié)光線發(fā)射器的發(fā)射頭，使其發(fā)射的三束或多束光線互成合適角度投射在光線接收靶上，并在光線接收靶上落點(diǎn)成像；將光點(diǎn)識(shí)別元件成功識(shí)別到的落點(diǎn)信息作為初始值，同時(shí)將此時(shí)激光測(cè)距傳感器的測(cè)量值作為初值。
[0018](3)光線發(fā)射器與光線接收靶通過(guò)各自的通信模塊向數(shù)據(jù)采集器傳輸監(jiān)測(cè)信息；
[0019](4)數(shù)據(jù)采集器發(fā)出工作指令時(shí)，光線發(fā)射器和光線接收靶協(xié)同工作，完成一次數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)處理模塊預(yù)存有相關(guān)算法，可以將落點(diǎn)的位置信息及距離變化解譯成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化信息，并通過(guò)其通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。
[0020](5)遠(yuǎn)程服務(wù)器上運(yùn)行應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)及分析預(yù)警系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化信息分析和儲(chǔ)存；當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化超過(guò)工程安全預(yù)警值時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)出預(yù)警信號(hào)；同時(shí)遠(yuǎn)程服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器分別向光線發(fā)射器和光線接收靶發(fā)送指令，調(diào)整光線發(fā)射器和光線接收靶的工作時(shí)間與工作頻率，在非工作時(shí)間內(nèi)，儀器自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低功耗。
[0021]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(4)中，當(dāng)通信出現(xiàn)故障時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集器可以暫時(shí)儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)后，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器；在特殊條件下，數(shù)據(jù)采集器可以直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌殖纸K端。
[0022]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(5)中，本發(fā)明預(yù)警方法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò):(I)遠(yuǎn)程服務(wù)器中將收集到的大量土木工程參數(shù)與地質(zhì)工程參數(shù)整合后，給出與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目相關(guān)物理量的參考值。(2)數(shù)據(jù)采集器將監(jiān)測(cè)信息解譯成監(jiān)測(cè)實(shí)際值。(3)遠(yuǎn)程服務(wù)器將物理量實(shí)際監(jiān)測(cè)值與所述監(jiān)測(cè)物理量參考值比較(包括與初始值比較)，得到修正后的監(jiān)測(cè)物理量值。
(4)遠(yuǎn)程服務(wù)器將該工程相關(guān)的物理量參考值與相關(guān)規(guī)范允許值結(jié)合，提出該物理量工程安全預(yù)警值。(5)遠(yuǎn)程服務(wù)器將監(jiān)測(cè)物理量修正值與所述監(jiān)測(cè)物理量工程安全預(yù)警值對(duì)比，若所述修正值低于工程安全預(yù)警值，則遠(yuǎn)程服務(wù)器向數(shù)據(jù)采集器發(fā)送信息，使光線發(fā)射器與光線接收靶按設(shè)定模式繼續(xù)工作，若所述修正值高于工程安全預(yù)警值，則遠(yuǎn)程服務(wù)器向與之相連的PC端和移動(dòng)端發(fā)出預(yù)警信號(hào)，同時(shí)向數(shù)據(jù)采集器發(fā)送信息，加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。
[0023]采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0024]1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控，智能監(jiān)測(cè)。本發(fā)明可以通過(guò)訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器上記錄的數(shù)據(jù)，來(lái)控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)時(shí)間，并能設(shè)置監(jiān)測(cè)頻率，使光線發(fā)射器與光線接收靶定時(shí)自動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)智能化。
[0025]2、本發(fā)明降低人工成本，便于推廣。本發(fā)明只需在監(jiān)測(cè)之初，人工固定光線發(fā)射器與光線接收靶的位置。之后監(jiān)測(cè)自動(dòng)進(jìn)行，最大程度減少人工返場(chǎng)次數(shù)，對(duì)于偏遠(yuǎn)野外的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，既減少交通費(fèi)與人工費(fèi)，同時(shí)保證工程安全。
[0026]3、本發(fā)明精度較高、測(cè)量結(jié)果豐富可靠。本發(fā)明采用光學(xué)原理，利用多點(diǎn)成像原理，清晰反應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形情況，由于減小人為誤差，大大提高監(jiān)測(cè)精度；傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，一般只能提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移，而本發(fā)明可以提供測(cè)量點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)信息與傾斜信息。
[0027]4、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警自動(dòng)化。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，一般只能采集數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)需要通過(guò)大量分析與人工計(jì)算后才能確定是否需要預(yù)警，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與預(yù)警自動(dòng)化，大大提高工程安全。
[0028]5、本發(fā)明的監(jiān)測(cè)范圍廣。本發(fā)明即可用于裂縫監(jiān)測(cè)等較小的監(jiān)測(cè)對(duì)象，也適用于滑坡、基坑監(jiān)測(cè)等較大型的監(jiān)測(cè)對(duì)象，便于推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明預(yù)警系統(tǒng)流程圖。
[0031]其中1、光線發(fā)射器；2、光線接收靶；3、數(shù)據(jù)采集器；4、遠(yuǎn)程服務(wù)器；5、發(fā)射頭；6、激光測(cè)距傳感器；71、電源模塊；72、電源模塊；73、電源模塊；81、通信模塊；82、通信模塊；83、通信模塊；9、光線過(guò)濾板；10、光點(diǎn)識(shí)別元件；11、讀數(shù)模塊；12、數(shù)據(jù)處理模塊；13、存儲(chǔ)模塊；14、光線。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳述，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0033]如圖1、2所示:
[0034]—種利用互成角度光線監(jiān)測(cè)位移變化的系統(tǒng)，其特征在于:包括光線發(fā)射器1、光線接收靶2、數(shù)據(jù)采集器3、遠(yuǎn)程服務(wù)器4 ;所述的光線發(fā)射器I能發(fā)出三束互成角度的光線14，所述的光線接收靶2設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，所述的光線發(fā)射器I安裝在離光線接收靶2 —定距離的穩(wěn)定位置上，使光線發(fā)射器I發(fā)出的三束互成角度的光線14直接照射在光線接收靶2上。
[0035]在本實(shí)施例中，選用激光作為光線發(fā)射器I發(fā)射的光線。
[0036]光線發(fā)射器和光線接收靶通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集儀連接，形成一個(gè)完整的工作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集儀發(fā)出工作指令時(shí)，光線發(fā)射器和光線接收靶協(xié)同工作，完成一次數(shù)據(jù)采集。
[0037]光線發(fā)射器I包括發(fā)射頭5、激光測(cè)距傳感器6、電源模塊71、通信模塊81，由電源模塊71供電源給發(fā)射頭5發(fā)出三束互成角度的光線14，激光測(cè)距傳感器6安裝在發(fā)射頭5上，且至少使一束光線具有測(cè)距能力。
[0038]光線接收靶2包括光線過(guò)濾板9、光點(diǎn)識(shí)別元件10、讀數(shù)模塊11、電源模塊72和通信模塊82，所述的光線過(guò)濾板9設(shè)在光點(diǎn)識(shí)別元件10表面上，光點(diǎn)識(shí)別元件10與讀數(shù)模塊
11、電源模塊72和通信模塊82連接。
[0039]數(shù)據(jù)采集器3包括數(shù)據(jù)處理模塊12、存儲(chǔ)模塊13、通信模塊83、電源模塊73 ;當(dāng)通信出現(xiàn)故障時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集器可以暫時(shí)儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)后，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器或其他終端。數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)處