CN107218899A - 一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，它涉及下隧道检测技术领域；它的智能检测方法为：每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，在控制处理中心通过通信网络远程控制旋转装置，使其上的激光测距仪进行水平和垂向机械旋转，激光测距仪随之同步对隧道内的不同部位点进行扫描，同时测距仪将测距信息通过地下隧道内布设的通信基站、移动通信方式上传至地面的控制处理中心；本发明利用安装在固定点的高精度激光测距仪，通过网络及移动通信对激光测距仪进行远程控制，通过旋转装置实现激光测距仪对人防工事等地下隧道的实时二维高精度扫描，得到较大范围隧道测量点的形变位移信息，实时分析隧道的形变状况并进行预警/告警。

Description

一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法

技术领域：

本发明涉及一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，属于地下隧道检测技术领域。

背景技术：

人防工事是用以保障人员和物资安全的地下建筑工程，是保存战争潜力，坚持城市防空袭斗争的物质基础，也是保护人民群众生命安全的主要设施。无论是战时还是和平时期，人防工事都发挥着重要的作用，战争时期服务于人员防护和物资储备，和平时期服务于经济建设。许多地下人防工事建设于上世纪六七十年代，工事在发挥作用的同时，也受到人为或自然灾害等的影响而出现渗水积水、变形坍塌等危险隐患。人防工事等地下隧道在坍塌之前大都会有形变，及时检测人防工事的变形，能够提前预警，避免无谓的生命财产损失。本检测方法能够及时自动监测较大范围人防工事的微小形变，提前预警可能的危险，及时做好保护措施，因此对于保护人防工事自身和地面设施以及人民生命、物资财产安全等具有十分重要的意义。

目前关于人防工事等地下隧道的形变测量方法主要包括两大类，一类是三维激光扫描仪，该类方案中德国Z+F公司的三维激光扫描仪，扫描速度快、操作简单，在隧道三维模型建设中有着明显的优势，但是三维激光扫描仪价格昂贵，并且单台仪器一次最多只能测量200米的长度，每次测量也需要一定的时间，要实现较长距离隧道的测量，需要高的时间成本和人力成本，需要事后处理才能得到形变数据，因此用三维激光扫描仪实时、快速检测人防工事等地下隧道的形变显然是不合理的。

另一类方法是接触式形变检测，包括压力传感器和分布式光纤检测方法等。压力传感器方式只能实现单点形变测量，而且工程实施比较复杂，需要将器件嵌入到隧道壁中，要想实现多点形变检测就需要布设大量的传感器模块。分布式光纤传感系统是近年来发达国家竞相研发的一项尖端技术，光纤测量形变需要在光纤上刻蚀数量众多的传感器，成本比较大，而且光纤检测只能检测一条线上的形变，要想实现二维形变检测就需要布设更多的光纤，具体的工程实施也比较复杂。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法。

本发明的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，它的智能检测方法为：在人防工事等地下隧道内，每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，在控制处理中心通过通信网络远程控制旋转装置，使其上的激光测距仪进行水平和垂向机械旋转，激光测距仪随之同步对隧道内的不同部位点进行扫描，不仅对所在点的横断面进行测距形变检测，而且还进行所在点的斜断面测距形变检测，即进行二维扫描，实现单个测距仪对一段距离内的隧道壁进行多点测距，同时测距仪将测距信息通过地下隧道内布设的通信基站、移动通信方式上传至地面的控制处理中心，实时分析隧道内各点的测距信息，利用模型算法分析得出隧道的形变状态，一旦发现某点发生了有危害可能的位移变化，就控制该测距仪对该点附近进行空间密集和时间密集扫描，根据设定的不同级别的报警门限，及时预警、监测隧道形变的实时变化，实时给出进一步的检测结果或告警指示，减小可能的危害发生及人民生命财产安全的损失；其根据季节变化、气象气候条件、不同隧道的地质地形结构特点、汛期雨量大小的情况，智能化地调整各个检测点上激光测距仪的空间扫描频度和时间扫描频度，在特殊情况下，按人工设置的远程控制模式工作。

作为优选，所述旋转装置带动激光测距仪进行水平和垂向的机械旋转：采用一个可控二维旋转装置，将激光测距仪固定其上，通过计算机等控制旋转装置的旋转角度，使其转动到水平360度与垂向0-90度中的一个固定位置，待其稳定后控制/启动激光测距仪进行测距，测试完毕后旋转装置转动到下一个固定位置，激光测距仪再进行下一个点位的测距，如此循环使激光测距仪能够测量水平360度与垂向0-90度二维空间即地下隧道中多个空间点位的距离信息，以此分析地下隧道不同点位的形变状态。

作为优选，所述每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，实现地下隧道的全覆盖：由于激光测距仪的测距范围有限，需要每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，使两个相邻的激光测距仪测试范围之间不出现测距盲区，实现对地下隧道形变的连续全覆盖监测；同时根据需要，只在比较容易出现塌方的危险区域布设一定数量的激光测距仪；最后，将每台激光测距仪所测数据进行整合融合，得到所需监测区域的形变信息。

作为优选，所述利用激光高精度测距，实现人防工事等地下隧道的形变测量：选用高精度激光测距仪，测距精度可以达到mm量级，满足对人防工事等地下隧道的形变测量需求；在正式测量前，先采集地下隧道的初始状态值，通过已固定好的激光测距仪的二维扫描测量地下隧道各个点位的距离值，经多次测量取平均值作为形变测量的初值；正式测量即以这个初值为基础，超过一定的变化值即说明地下隧道发生了形变，可根据各个点位形变的大小、隧道形变的范围，得出地下隧道的整体形变情况，据此发出不同级别的告警，并动态调整二维扫描的时间频度和空间密度，以对可能出现危险的区域进行重点形变监测。

作为优选，所述动态实时给出形变信息，超限及时报警：激光测距仪通过二维扫描测量的地下隧道各个点位的距离值，通过隧道内的通信微基站等方式，实时上传到地面的控制处理中心，在中心对这些数据进行分析处理，根据地下隧道；测距值在时间和空间上的变化趋势，得出隧道的动态形变态势图，根据设定的不同的形变门槛限值及时空变化情况，及时进行不同级别的超限报警。

作为优选，所述远程控制工作模式：地下隧道的旋转装置、激光测距仪与地面的控制处理中心通过隧道内的微基站、地面上的移动通信或光纤通信的方式互联互通，使激光测距仪的测量信息及时上传，也实现控制处理中心对旋转装置、激光测距仪的远程控制。

作为优选，所述根据不同条件与情况，实现智能化控制与形变扫描：通过远程控制获得敏感区域详细的时间、空间测距数据，即根据不同环境条件与形变情况，通过改变旋转装置的步进转动角度、测量点位及激光测距仪的测量速率，实现智能化控制进行时空变化的形变扫描。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：利用安装在固定点的高精度激光测距仪，通过网络及移动通信等手段对激光测距仪进行远程控制，通过旋转装置实现激光测距仪对人防工事等地下隧道的实时二维高精度扫描，得到较大范围隧道测量点的形变位移信息，实时分析隧道的形变状况并进行预警/告警。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中激光测距仪二维旋转示意图；

图3为本发明中激光测距仪测距范围横截面图；

图4为本发明中形变测量示意图。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-4所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它的智能检测方法为：在人防工事等地下隧道内，每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，在控制处理中心通过通信网络等远程控制步进电机、云台等旋转装置，使其上的激光测距仪进行水平和垂向机械旋转，激光测距仪随之同步对隧道内的不同部位点进行扫描，不仅对所在点的横断面进行测距形变检测，而且还进行所在点的斜断面测距形变检测，即进行二维扫描，实现单个测距仪对一段距离内的隧道壁进行多点测距，同时测距仪将测距信息通过地下隧道内布设的通信基站、移动通信等方式上传至地面的控制处理中心，实时分析隧道内各点的测距信息，利用模型算法分析得出隧道的形变状态，一旦发现某点发生了有危害可能的位移变化，就控制该测距仪对该点附近进行空间密集和时间密集扫描，根据设定的不同级别的报警门限，及时预警、监测隧道形变的实时变化，实时给出进一步的检测结果或告警指示，减小可能的危害发生及人民生命财产安全的损失；该方法还可以根据季节变化、气象气候条件、不同隧道的地质地形结构特点、汛期雨量大小等情况，智能化地调整各个检测点上激光测距仪的空间扫描频度和时间扫描频度，也可以在特殊情况下，按人工设置的远程控制模式工作。

1、所述旋转装置带动激光测距仪进行水平和垂向的机械旋转：采用一个可控二维旋转装置，如步进电机、云台等，将激光测距仪固定其上，通过计算机等控制旋转装置的旋转角度，使其转动到水平360度与垂向0-90度中的一个固定位置(角度)，待其稳定后控制/启动激光测距仪进行测距，测试完毕后旋转装置转动到下一个固定位置(角度)，激光测距仪再进行下一个点位的测距，如此循环使激光测距仪能够测量水平360度与垂向0-90度二维空间即地下隧道中多个空间点位的距离信息，以此分析地下隧道不同点位的形变状态。如图1、图2所示。

2、所述每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，实现地下隧道的全覆盖：由于激光测距仪的测距范围有限，一般在几十到几百米之间，为保证对地下隧道的全覆盖，需要每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，使两个相邻的激光测距仪测试范围之间不出现测距盲区，实现对地下隧道形变的连续全覆盖监测。也可以根据需要，只在比较容易出现塌方的危险区域布设一定数量的激光测距仪。最后，将每台激光测距仪所测数据进行整合融合，得到所需监测区域的形变信息。如图3所示。

3、所述利用激光高精度测距，实现人防工事等地下隧道的形变测量：选用高精度激光测距仪，测距精度可以达到mm量级，满足对人防工事等地下隧道的形变测量需求。如图4所示。

在正式测量前，先采集地下隧道的初始状态值a，通过已固定好的激光测距仪的二维扫描测量地下隧道各个点位的距离值，经多次测量取平均值作为形变测量的初值(即地下隧道的正常值、未形变值)。

正式测量即以这个初值为基础，超过一定的变化值即说明地下隧道发生了形变b，可根据各个点位形变的大小、隧道形变的范围，得出地下隧道的整体形变情况，据此发出不同级别的告警，并动态调整二维扫描的时间频度和空间密度，以对可能出现危险的区域进行重点形变监测。

4、动态实时给出形变信息，超限及时报警：

激光测距仪通过二维扫描测量的地下隧道各个点位的距离值，通过隧道内的通信微基站等方式，实时上传到地面的控制处理中心，在中心对这些数据进行分析处理，根据地下隧道。

测距值在时间和空间上的变化趋势，得出隧道的动态形变态势图，根据设定的不同的形变门槛限值及时空变化情况，及时进行不同级别的超限报警。

5、远程控制工作模式：

地下隧道的旋转装置、激光测距仪等与地面的控制处理中心通过隧道内的微基站、地面上的移动通信或光纤通信等方式互联互通，使激光测距仪的测量信息可以及时上传，也可以实现控制处理中心对旋转装置、激光测距仪等远程控制，如改变旋转装置的步进转动角度、测量点位等，及激光测距仪的测量速率等。

6、根据不同条件与情况，实现智能化控制与形变扫描：

通过远程控制获得敏感区域详细的时间、空间测距数据，即根据不同环境条件与形变情况，通过改变旋转装置的步进转动角度、测量点位等，及激光测距仪的测量速率等，实现智能化控制进行时空变化的形变扫描，以此提高形变告警的可靠性和准确性。

实施例：在使用时，激光测距仪可全天候24小时监测形变，根据预置位进行周期性的巡检，所监测数据会实时传到后台系统，一旦被监测对象发生形变，系统会自动告警。激光测距仪测距范围可达方圆100米，可在监测范围内选取任意参考点进行形变监测，根据参考点的位置进而确定激光测距仪的旋转角度。激光测距仪的测量精度可达毫米(mm)级，为监测形变提供了可靠支撑，也大大保障了被监测对象的安全系数。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：它的智能检测方法为：在人防工事等地下隧道内，每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，在控制处理中心通过通信网络远程控制旋转装置，使其上的激光测距仪进行水平和垂向机械旋转，激光测距仪随之同步对隧道内的不同部位点进行扫描，不仅对所在点的横断面进行测距形变检测，而且还进行所在点的斜断面测距形变检测，即进行二维扫描，实现单个测距仪对一段距离内的隧道壁进行多点测距，同时测距仪将测距信息通过地下隧道内布设的通信基站、移动通信方式上传至地面的控制处理中心，实时分析隧道内各点的测距信息，利用模型算法分析得出隧道的形变状态，一旦发现某点发生了有危害可能的位移变化，就控制该测距仪对该点附近进行空间密集和时间密集扫描，根据设定的不同级别的报警门限，及时预警、监测隧道形变的实时变化，实时给出进一步的检测结果或告警指示，减小可能的危害发生及人民生命财产安全的损失；其根据季节变化、气象气候条件、不同隧道的地质地形结构特点、汛期雨量大小的情况，智能化地调整各个检测点上激光测距仪的空间扫描频度和时间扫描频度，在特殊情况下，按人工设置的远程控制模式工作。

2.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述旋转装置带动激光测距仪进行水平和垂向的机械旋转：采用一个可控二维旋转装置，将激光测距仪固定其上，通过计算机等控制旋转装置的旋转角度，使其转动到水平360度与垂向0-90度中的一个固定位置，待其稳定后控制/启动激光测距仪进行测距，测试完毕后旋转装置转动到下一个固定位置，激光测距仪再进行下一个点位的测距，如此循环使激光测距仪能够测量水平360度与垂向0-90度二维空间即地下隧道中多个空间点位的距离信息，以此分析地下隧道不同点位的形变状态。

3.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，实现地下隧道的全覆盖：由于激光测距仪的测距范围有限，需要每隔一段距离，固定布设一个激光测距仪，使两个相邻的激光测距仪测试范围之间不出现测距盲区，实现对地下隧道形变的连续全覆盖监测；同时根据需要，只在比较容易出现塌方的危险区域布设一定数量的激光测距仪；最后，将每台激光测距仪所测数据进行整合融合，得到所需监测区域的形变信息。

4.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述利用激光高精度测距，实现人防工事等地下隧道的形变测量：选用高精度激光测距仪，测距精度可以达到mm量级，满足对人防工事等地下隧道的形变测量需求；在正式测量前，先采集地下隧道的初始状态值，通过已固定好的激光测距仪的二维扫描测量地下隧道各个点位的距离值，经多次测量取平均值作为形变测量的初值；正式测量即以这个初值为基础，超过一定的变化值即说明地下隧道发生了形变，可根据各个点位形变的大小、隧道形变的范围，得出地下隧道的整体形变情况，据此发出不同级别的告警，并动态调整二维扫描的时间频度和空间密度，以对可能出现危险的区域进行重点形变监测。

5.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述动态实时给出形变信息，超限及时报警：激光测距仪通过二维扫描测量的地下隧道各个点位的距离值，通过隧道内的通信微基站等方式，实时上传到地面的控制处理中心，在中心对这些数据进行分析处理，根据地下隧道；测距值在时间和空间上的变化趋势，得出隧道的动态形变态势图，根据设定的不同的形变门槛限值及时空变化情况，及时进行不同级别的超限报警。

6.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述远程控制工作模式：地下隧道的旋转装置、激光测距仪与地面的控制处理中心通过隧道内的微基站、地面上的移动通信或光纤通信的方式互联互通，使激光测距仪的测量信息及时上传，也实现控制处理中心对旋转装置、激光测距仪的远程控制。

7.根据权利要求1所述的一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法，其特征在于：所述根据不同条件与情况，实现智能化控制与形变扫描：通过远程控制获得敏感区域详细的时间、空间测距数据，即根据不同环境条件与形变情况，通过改变旋转装置的步进转动角度、测量点位及激光测距仪的测量速率，实现智能化控制进行时空变化的形变扫描。