CN107101666A - 一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统，设有现场信息采集设备和监控终端；所述现场信息采集设备安装在受监测在建路堑边坡的施工现场，其设有三维激光扫描仪、多光谱扫描仪、坐标定位装置和用于为所述现场信息采集设备的电源；本发明通过三维激光扫描仪和多光谱扫描仪采集施工现场的受监测在建路堑边坡的轮廓信息和岩土类型信息，并结合坐标定位装置采集到的数据进行计算和三维矢量化图像的合成，以获得受监测在建路堑边坡在采集时间点时的三维边坡地形地质图，使得工作人员能够通过监控终端即可远程获知受监测在建路堑边坡的地形地貌及岩性信息，实现对受监测在建路堑边坡开挖过程的全天候实时监控。

Description

一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统

技术领域

本发明涉及一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统，属于山区公路工程施工监测领域。

背景技术

随着交通基础设施的快速发展，山区交通基础工程如公路、铁路等建设数量日益激增，高边坡工程在公路和铁路建设中也越发常见。工程实践表明，高边坡施工现场时有发生垮塌造成机械设备损失和人员伤亡等重大损失的事故，而运营期高速公路高边坡也常常因前期建设方案欠妥导致后续维修加固的成本巨大。事实上，部分营运期边坡面临的问题虽然可以维修加固，但常常牵涉到太多因素往往难以彻底解决，这同时还会面临大量的经济损失。从某种意义上讲，公路或铁路及其它边坡发生变形和滑塌等问题反映了工程地质条件与建设方案的不符，其中许多不恰当的边坡工程设计及施工方案往往源于设计人员对实际工程地质条件的把握不准确。现实中，工程地质条件的复杂多变导致很难通过有限的勘察手段予以准确掌握，而工程建设的成本又极大的制约了工程勘察的精度。对于路堑边坡来讲，真实准确的工程地质条件信息在边坡开挖建设的过程中可以彻底的暴露，在该过程中及时的发现问题并对相应的设计及施工方案进行调整变更将可以有效的弥补原始方案的不足，即实时开展边坡状、工程地质条件和施工过程监管的能够快速及时的发现并解决原始建设方案中的问题。据此，在路堑边坡的开挖建设过程中稍微的疏忽或监控不力都可能会将直接影响边坡的质量和整体公路或铁路工程的使用，但是对每一个边坡施工过程派驻专业技术人员现场全程跟踪将大大的增加勘察设计人员工作量和建设成本。因此，目前的公路和铁路高边坡建设施工过程中面临了如下亟待解决的问题：

1、大量工程变更频繁的现场核实工作增大了专业技术人员的工作量和人力成本。公路或铁路高边坡工程经常地质条件的复杂性而面临设计方案变更，这些变更大多会带来不同程度的经济成本上升。现实中，大多数的施工人员对工程地质条件的判断却并不专业，这就要求勘察设计人员进行现场确认。如果对每个高边坡工程的开挖及建设全过程均全天候派驻勘察和设计专业技术人员，这势必会极大的造成人员浪费和成本增加。因此，公路或铁路高边坡的施工过程中全天候派驻勘察设计专业技术人员导致工作量和人力成本的增大。

2、边坡工程建设方案变更的不及时可能会导致巨大的影响。在高边坡的建设过程中，复杂多变的地质条件导致开挖揭露的地质条件极可能与工程设计方案所需条件不符，这就需要及时改变建设及施工方案。如未能及时发现问题，建设方案的欠妥势必会影响工程的质量及正常使用。即使能够通过维修整改能彻底的解决建设方案的欠妥导致的问题，那也将面临不同程度的经济损失。然而，部分问题甚至很难通过简单的维修加固予以彻底解决，这就可能面临大修成本过高和小修无法根除问题的尴尬。

3、及时恰当的工程方案变更后可以有效的降低施工成本。高边坡工程的建设涉及大量的人员和机械设备，如因方案变更导致工期延误势必带来巨大的损失。当高边坡工程因地质条件等因素需要变更时，施工方往往需要设计人员尽可能快的给出新的建设施工方案。现实中，从问题的发现、核实和方案的制定往往需要一个过程，这势必存在一定的时间延误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统，其特征在于：所述的智能化监测系统设有现场信息采集设备和监控终端；

所述现场信息采集设备安装在受监测在建路堑边坡的施工现场，其设有三维激光扫描仪、多光谱扫描仪、坐标定位装置和用于为所述现场信息采集设备的电源；所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪能够在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向对所述受监测在建路堑边坡进行扫描，且所述镜头初始朝向水平布置，所述坐标定位装置能够测得所述采集位置的纬度X₀、经度Y₀和高程H₀，其中，所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪对所述受监测在建路堑边坡上的一个扫描点的扫描结果分别为(R,θ₁,θ₂)和(λ,I,θ₁,θ₂)，R表示位于所述采集位置上的三维激光扫描仪的镜头与所述扫描点之间的距离，θ₁表示扫描方向与所述镜头初始朝向之间的夹角，θ₂表示扫描方向与所述竖直向上方向之间的夹角，所述镜头初始朝向为所述三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在未进行扫描时的朝向，所述扫描方向为所述三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在扫描所述扫描点时的朝向，λ和I分别表示所述多光谱扫描仪在所述扫描点处扫描得到的波长和光强；

所述监控终端能够获取所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据，并能够按以下处理流程对获取到的数据进行处理：

步骤一、建立空间直角坐标系，计算所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的每一个扫描点的空间坐标，公式如下：

X＝X₀+R sin(θ₀+θ₁)；

Y＝Y₀+R cos(θ₀+θ₁)；

H＝H₀+R cosθ₂；

式中，X、Y和H依次表示所述扫描点在所述空间直角坐标系下的横坐标、纵坐标和竖坐标，θ₀表示所述镜头初始朝向与水平正北方向之间的夹角；

步骤二、用所述步骤一计算得到的全部所述扫描点的空间坐标，构建所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点的地表轮廓三维立体图像；

步骤三、根据所述波长λ和光强I，查询得到所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的每一个扫描点的岩土类型，并按照预设的岩土类型与颜色对应关系，为步骤二得到的地表轮廓三维立体图像在其每一个扫描点所在位置填充相应的颜色，以得到所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的三维边坡地形地质图。

作为本发明的优选实施方式：

所述监控终端的处理流程还包括：

步骤四、依据对原始边坡进行勘察获得的资料，基于步骤一所述空间直角坐标系生成所述原始边坡的三维立体图像，并按照步骤三所述预设的岩土类型与颜色对应关系，为该三维立体图像在其每一个位置填充相应的颜色，以得到所述原始边坡的原始三维地质构造图，其中，所述原始边坡即被开挖前的所述受监测在建路堑边坡；

步骤五、利用图形识别技术，分别提取所述三维边坡地形地质图的图像特性以及所述原始三维地质构造图在空间坐标与所述三维边坡地形地质图相同位置的图像特性，其中，所述图像特性包括表征岩土类型分布的颜色分布特性、表征相邻两种岩土类型分界线的形状及位置特性和表征同一块岩土类型分布区域中的裂隙形状特性；

步骤六、判断所述三维边坡地形地质图的图像特性与原始三维地质构造图的图像特性的差异程度是否超出预设的差异标准，如判断结果为是，则判定所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图不相符，如判断结果为否，则判定所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图相符；

步骤七、在判定所述受监测在建路堑边坡在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图不相符时，向所述监控终端发出报警提示。

作为本发明的优选实施方式：所述的现场信息采集设备还设有处理器和电动移动机构；所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪均安装在所述电动移动机构上，所述电动移动机构能够带动所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至所述采集位置或移动离开所述采集位置，并且，所述三维激光扫描仪的镜头初始朝向与所述多光谱扫描仪的镜头初始朝向相平行，使得移动至所述采集位置时的三维激光扫描仪和移动至所述采集位置时的多光谱扫描仪具有相同的镜头初始朝向；

所述处理器与所述电动移动机构的控制端电性连接，所述处理器在所述采集时间点通过驱动所述电动移动机构先后带动所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至所述采集位置上，以控制所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向对所述受监测在建路堑边坡进行扫描。

为了适应受监测在建路堑边坡施工现场的不同地形，作为本发明的优选实施方式：所述现场信息采集设备安装在三脚架上。

作为本发明的优选实施方式：所述的智能化监测系统还设有服务器；所述的现场信息采集设备还设有存储装置和收发装置；所述存储装置、收发装置、三维激光扫描仪的输出端和多光谱扫描仪的输出端分别与所述处理器电性连接，所述处理器能够将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据存储到所述存储装置中并通过所述收发装置上传到所述服务器进行保存，所述监控终端能够调取保存在所述服务器中的数据，以获取所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据。

作为本发明的优选实施方式：所述的收发装置设有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种。

作为本发明的优选实施方式：所述处理器能够按实时模式或异步模式将存储在所述存储装置中的数据通过所述收发装置上传到所述服务器；当处于所述实时模式时，所述处理器在将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据存储到所述存储装置中的同时通过所述收发装置上传到所述服务器；当处于所述异步模式时，所述处理器将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据先存储到所述存储装置中再通过所述收发装置上传到所述服务器。

作为本发明的优选实施方式：所述的智能化监测系统还设有移动设备；所述处理器能够通过所述收发装置与所述移动设备进行通信，使得：所述处理器能够接收所述移动设备发出的控制指令并按该控制指令控制所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的启停以及控制所述电源的通断电，且能够接收所述监控终端发送的路堑边坡施工方案数据并将其发到所述移动设备上进行显示。

作为本发明的优选实施方式：所述的存储装置为FLASH存储器、EEPROM模块单元、DDRAM模块、MICROSD模块单元、TIF模块单元、TF卡、SD卡、固态硬盘和机械硬盘中的任意一种。

作为本发明的优选实施方式：所述的坐标定位装置为兼容BDS、GPS和GLONASS的卫星定位装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明通过三维激光扫描仪和多光谱扫描仪采集施工现场的受监测在建路堑边坡的轮廓信息和岩土类型信息，并结合坐标定位装置采集到的数据进行计算和三维矢量化图像的合成，以获得受监测在建路堑边坡在采集时间点时的三维边坡地形地质图，使得工作人员能够通过监控终端即可远程获知受监测在建路堑边坡的地形地貌及岩性信息，实现对受监测在建路堑边坡开挖过程的全天候实时监控。

第二，本发明通过提取三维边坡地形地质图的图像特性以及原始三维地质构造图在空间坐标与三维边坡地形地质图相同的位置上的图像特性，并对两个图像特性进行差异比对，即能够在受监测在建路堑边坡在采集时间点时的施工工程地质条件与原始三维地质构造图不相符时向监控终端发出报警提示，以第一时间提醒工作人员发现受监测在建路堑边坡的施工工程地质条件问题，以便快速给出解决方案。

第三，本发明利用电动移动机构，能够在采集时间点先后带动三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至采集位置上，以实现三维激光扫描仪和多光谱扫描仪在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向对受监测在建路堑边坡进行扫描，确保了受监测在建路堑边坡在采集时间点时的三维边坡地形地质图的准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的智能化监测系统的示意图；

图2为本发明的智能化监测系统的电路原理框图；

图3为使用本发明的智能化监测系统进行路堑边坡施工工程地质条件监测的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明公开的是一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统，其发明构思为：智能化监测系统设有现场信息采集设备和监控终端。

上述现场信息采集设备安装在受监测在建路堑边坡1的施工现场，其设有三维激光扫描仪、多光谱扫描仪、坐标定位装置和用于为现场信息采集设备的电源；三维激光扫描仪和多光谱扫描仪能够在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向D_Y对受监测在建路堑边坡1进行扫描，且镜头初始朝向D_Y水平布置，坐标定位装置能够测得采集位置的纬度X₀、经度Y₀和高程H₀，其中，三维激光扫描仪和多光谱扫描仪对受监测在建路堑边坡1上的一个扫描点1a的扫描结果分别为(R,θ₁,θ₂)和(λ,I,θ₁,θ₂)，R表示位于采集位置上的三维激光扫描仪的镜头与扫描点1a之间的距离，θ₁表示扫描方向D与镜头初始朝向D_Y之间的夹角，θ₂表示扫描方向D与竖直向上方向D_H之间的夹角，镜头初始朝向D_Y为三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在未进行扫描时的朝向，扫描方向D为三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在扫描扫描点1a时的朝向，λ和I分别表示多光谱扫描仪在扫描点1a处扫描得到的波长和光强。

上述监控终端能够获取三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及坐标定位装置测得的定位数据，并能够按以下处理流程对获取到的数据进行处理：

步骤一、建立空间直角坐标系，计算受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的每一个扫描点1a的空间坐标，公式如下：

X＝X₀+R sin(θ₀+θ₁)；

Y＝Y₀+R cos(θ₀+θ₁)；

H＝H₀+R cosθ₂；

式中，X、Y和H依次表示扫描点1a在空间直角坐标系下的横坐标、纵坐标和竖坐标，θ₀表示镜头初始朝向D_Y与水平正北方向之间的夹角；

步骤二、用步骤一计算得到的全部扫描点1a的空间坐标，构建受监测在建路堑边坡1在采集时间点的地表轮廓三维立体图像；

步骤三、根据波长λ和光强I，查询得到受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的每一个扫描点1a的岩土类型，并按照预设的岩土类型与颜色对应关系，为步骤二得到的地表轮廓三维立体图像在其每一个扫描点1a所在位置填充相应的颜色，以得到受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的三维边坡地形地质图。

使用本发明的智能化监测系统需要注意的是：

第一，在受监测在建路堑边坡1的施工现场安装现场信息采集设备时，应将现场信息采集设备安置在即将开挖建设的受监测在建路堑边坡1前方的视野开阔处，该位置的选择需要满足整个边坡均在数据采集仪器的视域范围内，以确保整个高边坡均位于仪器的扫描范围内，且激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描范围相同。

第二，在启动多光谱扫描仪前，可以采集受监测在建路堑边坡1区域内样品进行光谱特征并确定各类样品的特征光谱波段，并将多光谱扫描的扫描波段范围限制在所采集到的段波范围内，以加快多光谱扫描仪的扫描速度。

第三，可按采集时间点的时间顺序进行分帧，用每一个采集时间点的三维边坡地形地质图构建成动态展现的视频或带时间轴图片，用以记录归档，以便于工作人员查询。

在上述发明构思的基础上，本发明采用以下优选的实施方式：

为了能够第一时间提醒工作人员发现受监测在建路堑边坡的施工工程地质条件问题，上述监控终端的处理流程还包括：

步骤四、依据对原始边坡2进行勘察获得的资料，基于步骤一空间直角坐标系生成原始边坡2的三维立体图像，并按照步骤三预设的岩土类型与颜色对应关系，为该三维立体图像在其每一个位置填充相应的颜色，以得到原始边坡2的原始三维地质构造图，其中，原始边坡2即被开挖前的受监测在建路堑边坡1，从而，根据需要，可以从任一角度观察透明化的图像，也可以通过类似表层剥离的方式展示出任一位置的理想地质体和地质构造；

步骤五、利用图形识别技术，分别提取三维边坡地形地质图的图像特性以及原始三维地质构造图在空间坐标与三维边坡地形地质图相同位置的图像特性，其中，图像特性包括表征岩土类型分布的颜色分布特性、表征相邻两种岩土类型分界线的形状及位置特性和表征同一块岩土类型分布区域中的裂隙形状特性；

步骤六、判断三维边坡地形地质图的图像特性与原始三维地质构造图的图像特性的差异程度是否超出预设的差异标准，如判断结果为是，则判定受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的施工工程地质条件与原始三维地质构造图不相符，如判断结果为否，则判定受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的施工工程地质条件与原始三维地质构造图相符；两幅图像的图像特性差异标准可根据不同的施工要求设置。

步骤七、在判定受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的施工工程地质条件与原始三维地质构造图不相符时，向监控终端发出报警提示，从而，使得专业技术负责人能够及时进行实际情况核实，如果不需要设计和施工方案变更时，专业技术负责人可解除系统的报警状态，如果需要设计及施工方案变更时，相应的专业技术人员会根据需要调用数据库中的现有边坡设计施工案例，通过调整各类参数(如边坡级数、坡角、各级坡高等等)快速形成新的方案。

为了确保了受监测在建路堑边坡在采集时间点时的三维边坡地形地质图的准确性，上述现场信息采集设备还设有处理器和电动移动机构；三维激光扫描仪和多光谱扫描仪均安装在电动移动机构上，电动移动机构能够带动三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至采集位置或移动离开采集位置，并且，三维激光扫描仪的镜头初始朝向与多光谱扫描仪的镜头初始朝向相平行，使得移动至采集位置时的三维激光扫描仪和移动至采集位置时的多光谱扫描仪具有相同的镜头初始朝向D_Y；其中，处理器可以是单片机、嵌入式系统平板和PC机中的任意一种；电动移动机构可以由电机驱动的直线移动机构，例如包含两个螺母的丝杆螺母机构，三维激光扫描仪和多光谱扫描仪分别固定在两个螺母上即可；或者，电动移动机构也可以是由电机驱动的曲线移动机构，例如能够由电机轴带动在竖直平面上转动的圆盘，三维激光扫描仪和多光谱扫描仪分别通过转轴连接在圆盘的端面上即可；

处理器与电动移动机构的控制端电性连接，处理器在采集时间点通过驱动电动移动机构先后带动三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至采集位置上，以控制三维激光扫描仪和多光谱扫描仪在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向D_Y对受监测在建路堑边坡1进行扫描；其中，在同一个采集时间点，三维激光扫描仪和多光谱扫描仪中的任意者均可先移动至采集位置。

为了适应受监测在建路堑边坡1施工现场的不同地形，作为本发明的优选实施方式：上述现场信息采集设备安装在三脚架3上。

作为本发明的优选实施方式：上述智能化监测系统还设有服务器，其中，步骤四中所采用的对原始边坡2进行勘察获得的资料可以预先存储在服务器中；现场信息采集设备还设有存储装置和收发装置；存储装置、收发装置、三维激光扫描仪的输出端和多光谱扫描仪的输出端分别与处理器电性连接，处理器能够将三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及坐标定位装置测得的定位数据存储到存储装置中并通过收发装置上传到服务器进行保存，监控终端能够调取保存在服务器中的数据，以获取三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及坐标定位装置测得的定位数据，其中，监控终端与服务器可以通过联网或USB等方式进行连接，服务器可以是按需组成的服务器集群。

作为本发明的优选实施方式：上述收发装置设有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种，其中，可根据的实际条件选用收发装置中的相应单元实现现场信息采集设备与服务器的通信，例如在WiFi条件形通过无线互联网传输，在优先网络环境下通过RJ45传输至服务器端，在GPRS环境下通过基站等设施传输；在无网络条件下以自建基站方式进行传输；在中短距离条件下，通过物联网技术(如ZigBee)，以异步小数据包的方式传输等多种方式。

作为本发明的优选实施方式：上述处理器能够按实时模式或异步模式将存储在存储装置中的数据通过收发装置上传到服务器；当处于实时模式时，处理器在将三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及坐标定位装置测得的定位数据存储到存储装置中的同时通过收发装置上传到服务器；当处于异步模式时，处理器将三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及坐标定位装置测得的定位数据先存储到存储装置中再通过收发装置上传到服务器；其中，实时模式适用于网络情况良好的情况，异步模式则适用于网络情况较差时，从而可以在通信条件良好时，再将数据传送到远端数据服务器，或采用异步延时的方式，在网络带宽不足的情况下，通过小型数据包低速传输，并以断点续传的方式将数提交至服务器端。

作为本发明的优选实施方式：本发明的智能化监测系统还设有移动设备，该移动设备可以是平板电脑、手机等；处理器能够通过收发装置与移动设备进行通信，使得：处理器能够接收移动设备发出的控制指令并按该控制指令控制三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的启停以及控制电源的通断电，且能够接收监控终端发送的路堑边坡施工方案数据并将其发到移动设备上进行显示；从而，在判定受监测在建路堑边坡1在采集时间点时的施工工程地质条件与原始三维地质构造图不相符时，专业技术负责人根据实际情况调整后的路堑边坡施工方案能够及时发送到移动设备上，使得现场工作人员能够按照调整后的路堑边坡施工方案开展工作。

作为本发明的优选实施方式：上述存储装置为FLASH存储器、EEPROM模块单元、DDRAM模块、MICROSD模块单元、TIF模块单元、TF卡、SD卡、固态硬盘和机械硬盘中的任意一种。

作为本发明的优选实施方式：上述坐标定位装置为兼容BDS、GPS和GLONASS的卫星定位装置。

另外，上述采集时间点可以由收发装置通过联网获取实时时间，也可以通过晶振时钟实现时间设置。

上述监控终端还可以提供与其他通用软件对接的接口，包括Revit、Microstation、3DMax等BIM软件的数据交互接口，可将所形成的三维图与这些软件相互导入导出，并供给BIM软件进行更细化的切片、二维成图等操作，提高生产效率。

上述监控终端还可设置方案库作为一个知识库，通过机器学习的方式进行积累，通过神经网络、聚类、分类等算法，对已知方案进行学习，在参数特性差异，符合特定条件时，自动提供一个或多个计算机认为可靠的解决方案给专业技术人员进行审查甄别，并最终应用。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。例如：还可以将三维激光扫描仪和多光谱扫描仪集成为一体，共用一个镜头，直接将该一体化的扫描装置安装在采集位置上即可。

Claims (10)

1.一种路堑边坡施工工程地质条件的智能化监测系统，其特征在于：所述的智能化监测系统设有现场信息采集设备和监控终端；

所述现场信息采集设备安装在受监测在建路堑边坡(1)的施工现场，其设有三维激光扫描仪、多光谱扫描仪、坐标定位装置和用于为所述现场信息采集设备的电源；所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪能够在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向(D_Y)对所述受监测在建路堑边坡(1)进行扫描，且所述镜头初始朝向(D_Y)水平布置，所述坐标定位装置能够测得所述采集位置的纬度X₀、经度Y₀和高程H₀，其中，所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪对所述受监测在建路堑边坡(1)上的一个扫描点(1a)的扫描结果分别为(R,θ₁,θ₂)和(λ,I,θ₁,θ₂)，R表示位于所述采集位置上的三维激光扫描仪的镜头与所述扫描点(1a)之间的距离，θ₁表示扫描方向(D)与所述镜头初始朝向(D_Y)之间的夹角，θ₂表示扫描方向(D)与所述竖直向上方向(D_H)之间的夹角，所述镜头初始朝向(D_Y)为所述三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在未进行扫描时的朝向，所述扫描方向(D)为所述三维激光扫描仪的镜头或多光谱扫描仪的镜头在扫描所述扫描点(1a)时的朝向，λ和I分别表示所述多光谱扫描仪在所述扫描点(1a)处扫描得到的波长和光强；

所述监控终端能够获取所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据，并能够按以下处理流程对获取到的数据进行处理：

步骤一、建立空间直角坐标系，计算所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的每一个扫描点(1a)的空间坐标，公式如下：

X＝X₀+R sin(θ₀+θ₁)；

Y＝Y₀+R cos(θ₀+θ₁)；

H＝H₀+R cosθ₂；

式中，X、Y和H依次表示所述扫描点(1a)在所述空间直角坐标系下的横坐标、纵坐标和竖坐标，θ₀表示所述镜头初始朝向(D_Y)与水平正北方向之间的夹角；

步骤二、用所述步骤一计算得到的全部所述扫描点(1a)的空间坐标，构建所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点的地表轮廓三维立体图像；

步骤三、根据所述波长λ和光强I，查询得到所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的每一个扫描点(1a)的岩土类型，并按照预设的岩土类型与颜色对应关系，为步骤二得到的地表轮廓三维立体图像在其每一个扫描点(1a)所在位置填充相应的颜色，以得到所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的三维边坡地形地质图。

2.根据权利要求1所述的智能化监测系统，其特征在于：

所述监控终端的处理流程还包括：

步骤四、依据对原始边坡(2)进行勘察获得的资料，基于步骤一所述空间直角坐标系生成所述原始边坡(2)的三维立体图像，并按照步骤三所述预设的岩土类型与颜色对应关系，为该三维立体图像在其每一个位置填充相应的颜色，以得到所述原始边坡(2)的原始三维地质构造图，其中，所述原始边坡(2)即被开挖前的所述受监测在建路堑边坡(1)；

步骤五、利用图形识别技术，分别提取所述三维边坡地形地质图的图像特性以及所述原始三维地质构造图在空间坐标与所述三维边坡地形地质图相同位置的图像特性，其中，所述图像特性包括表征岩土类型分布的颜色分布特性、表征相邻两种岩土类型分界线的形状及位置特性和表征同一块岩土类型分布区域中的裂隙形状特性；

步骤六、判断所述三维边坡地形地质图的图像特性与原始三维地质构造图的图像特性的差异程度是否超出预设的差异标准，如判断结果为是，则判定所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图不相符，如判断结果为否，则判定所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图相符；

步骤七、在判定所述受监测在建路堑边坡(1)在所述采集时间点时的施工工程地质条件与所述原始三维地质构造图不相符时，向所述监控终端发出报警提示。

3.根据权利要求1或2所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的现场信息采集设备还设有处理器和电动移动机构；所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪均安装在所述电动移动机构上，所述电动移动机构能够带动所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至所述采集位置或移动离开所述采集位置，并且，所述三维激光扫描仪的镜头初始朝向与所述多光谱扫描仪的镜头初始朝向相平行，使得移动至所述采集位置时的三维激光扫描仪和移动至所述采集位置时的多光谱扫描仪具有相同的镜头初始朝向(D_Y)；

所述处理器与所述电动移动机构的控制端电性连接，所述处理器在所述采集时间点通过驱动所述电动移动机构先后带动所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪移动至所述采集位置上，以控制所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪在设定的采集时间点于同一个采集位置以相同的镜头初始朝向(D_Y)对所述受监测在建路堑边坡(1)进行扫描。

4.根据权利要求3所述的智能化监测系统，其特征在于：所述现场信息采集设备安装在三脚架(3)上。

5.根据权利要求3所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的智能化监测系统还设有服务器；所述的现场信息采集设备还设有存储装置和收发装置；所述存储装置、收发装置、三维激光扫描仪的输出端和多光谱扫描仪的输出端分别与所述处理器电性连接，所述处理器能够将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据存储到所述存储装置中并通过所述收发装置上传到所述服务器进行保存，所述监控终端能够调取保存在所述服务器中的数据，以获取所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据。

6.根据权利要求5所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的收发装置设有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的智能化监测系统，其特征在于：所述处理器能够按实时模式或异步模式将存储在所述存储装置中的数据通过所述收发装置上传到所述服务器；当处于所述实时模式时，所述处理器在将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据存储到所述存储装置中的同时通过所述收发装置上传到所述服务器；当处于所述异步模式时，所述处理器将所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪输出的扫描结果以及所述坐标定位装置测得的定位数据先存储到所述存储装置中再通过所述收发装置上传到所述服务器。

8.根据权利要求5所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的智能化监测系统还设有移动设备；所述处理器能够通过所述收发装置与所述移动设备进行通信，使得：所述处理器能够接收所述移动设备发出的控制指令并按该控制指令控制所述三维激光扫描仪和多光谱扫描仪的启停以及控制所述电源的通断电，且能够接收所述监控终端发送的路堑边坡施工方案数据并将其发到所述移动设备上进行显示。

9.根据权利要求5所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的存储装置为FLASH存储器、EEPROM模块单元、DDRAM模块、MICROSD模块单元、TIF模块单元、TF卡、SD卡、固态硬盘和机械硬盘中的任意一种。

10.根据权利要求5所述的智能化监测系统，其特征在于：所述的坐标定位装置为兼容BDS、GPS和GLONASS的卫星定位装置。