CN109186542A - 一种自动沉降监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动沉降监测系统，由无人机子系统、激光测量子系统和毫米波雷达测量子系统构成。无人机子系统悬停在观测点正上方，激光测量子系统由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置位于基准点处，用于发射水平准直激光信号，激光接收装置固定在无人机上，用于测量无人机相对于基准点的高度；毫米波雷达测量子系统由毫米波雷达和无源反射器构成，毫米波雷达固定在无人机子系统上，无源反射器位于观测点处，用于测量无人机子系统相对于观测点的高度；从而可以测量出观测点相对于基准点的高度，进而可以测量出观测点的沉降位移量。

Description

一种自动沉降监测系统
技术领域
本发明属于防灾减灾技术领域，涉及一种自动沉降监测系统。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，城市建设向地下发展，各类地下工程日益增多，周边地面与建筑将会产生沉降与位移，当沉降量累积到一定程度，会发生灾难性后果，造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失，因而对地面沉降进行实时在线监测具有十分重要的意义。
水准仪是地面沉降监测的主要方法，但在使用中存在如下问题：需要埋设管道，监测范围有限，误差较大效率低下等。为此，众多科技工作者和工程技术人员研究了一系列的监测方法与技术，如GPS测量方法、干涉合成孔径雷达法、激光准直监测方法等，这些方法在沉降监测方面发挥了重要作用，但在实际使用过程中也遇到了一些问题。
GPS测量方法根据GPS定位原理来测量安装在被测对象上的GPS接收机的位移量，这种测量方法存在的问题是：(1)受地形条件限制，GPS卫星信号存在遮挡，精度变差甚至失效；(2)垂直方向测量精度较低；(3)基准站点与观测站点之间需要通信链路。合成孔径雷达监测技术基于相位干涉测量，是一种新型的微波遥感技术，这种测量方法存在的问题是：(1)受轨道定位精度、大气折射、地形地物等影响，测量误差较大；(2)干涉雷达图像存在失相干问题，需要进行相位解缠等。激光准直监测方法是在监测桩上安装激光光源，其随沉降发生位移，测量装置中的光电探测器CCD上的光斑位置也随之发生变化，这种方法存在的问题是：(1)使用CCD成像，激光发射信号没有调制功能，系统抗干扰能力差；(2)在监测点处需要竖起监测桩，凸起的监测桩对行人及交通造成不利影响；(3)监测点处需要供电。
与以上几种测量方法不同的是，本发明提出了一种新型的自动沉降监测方法，该方法综合运用了无人机高精度定位技术、激光位移测量技术、毫米波雷达精密测距技术，具有测量精度高、自动化程度高、使用方便等优点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动沉降监测系统，提供如下技术方案：
本发明公开了一种自动沉降监测系统，由无人机子系统、激光测量子系统和毫米波雷达测量子系统构成。无人机子系统悬停在观测点正上方，激光测量子系统由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置位于基准点处，用于发射水平准直激光信号，激光接收装置固定在无人机上，用于测量无人机相对于基准点的高度；毫米波雷达测量子系统由毫米波雷达和无源反射器构成，毫米波雷达固定在无人机子系统上，无源反射器位于观测点处，用于测量无人机子系统相对于观测点的高度；从而可以测量出观测点相对于基准点的高度，进而可以测量出观测点的沉降位移量。
本发明的有益效果在于：(1)本发明所提供的沉降监测系统测量精度高；(2)本发明所提供的沉降监测系统自动化程度高；(3)本发明所提供的沉降监测系统具有多点监测能力。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的系统结构框图，整个测量系统由无人机子系统1、激光测量子系统2和毫米波雷达测量子系统3构成；无人机子系统1悬停在观测点正上方；激光测量子系统2由激光发射装置21和激光接收装置22构成，激光发射装置21布设在高于基准点H0的位置，发射水平准直激光信号，激光接收装置22固定在无人机子系统1上，用于测量无人机子系统1相对于准直激光信号所确定的水平面的高度Di，从而可以确定无人机子系统1相对于基准点的高度Hi＝(H0+Di)；毫米波雷达测量子系统3由毫米波雷达31和无源反射器32构成，毫米波雷达31固定在无人机子系统1上，无源反射器32位于观测点处，用于测量无人机子系统1相对于观测点的高度Ri；从而可以计算出观测点相对于基准点的高度Yi＝(H0+Di-Ri)；记初次测量数据为Yi(0)，记第k次测量数据为Yi(k)，由此可测得观测点的沉降位移量为ΔYi(k)＝(Yi(k)-Yi(0))。
在实际工程中，激光发射装置21由可水平旋转的支架、调制电路以及多路激光发射器构成，用于发射多路调制的水平准直激光信号；激光接收装置22由大面积的二维光电探测器(硅光电二极管阵列或者二维位置敏感探测器PSD)、驱动放大电路以及光斑位置计算电路构成，用于计算多个光斑在光电探测器上的位置。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种自动沉降监测系统，由无人机子系统(1)、激光测量子系统(2)和毫米波雷达测量子系统(3)构成；无人机子系统(1)悬停在观测点正上方；激光测量子系统(2)由激光发射装置(21)和激光接收装置(22)构成，激光发射装置(21)布设在高于基准点H0的位置，发射水平准直激光信号，激光接收装置(22)固定在无人机子系统(1)上，用于测量无人机子系统(1)相对于准直激光信号所确定的水平面的高度Di，从而可以确定无人机子系统(1)相对于基准点的高度Hi＝(H0+Di)；毫米波雷达测量子系统(3)由毫米波雷达(31)和无源反射器(32)构成，毫米波雷达(31)固定在无人机子系统(1)上，无源反射器(32)位于观测点处，用于测量无人机子系统(1)相对于观测点的高度Ri；从而可以计算出观测点相对于基准点的高度Yi＝(H0+Di-Ri)；记初次测量数据为Yi(0)，记第k次测量数据为Yi(k)，由此可测得观测点的沉降位移量为ΔYi(k)＝(Yi(k)-Yi(0))。
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