CN109916309B - 一种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩土工程地表监测技术领域，具体提供了一种激光测距的地表裂缝监测装置及方法，通过在地表裂缝的两侧埋设固定桩，然后在固定桩上分别安装激光对准板和激光测距仪，通过智能终端远程控制激光测距仪，激光测距仪发射激光束至激光对准板后反射回来便可测得距离值，测量结果可以在智能终端上显示、储存。一段时间后再重复上述操作进行测量便可得到地表裂缝的宽度变化情况。该测量装置不需要埋设传感器，测量量程大，范围广，监测点安全可靠不易损害，通过智能终端远程控制，测量时不需要测量人员进入危险的裂缝区域，保障了测量人员的人身安全。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程地表监测技术领域，具体涉及一种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法。
背景技术
随着工程建设的迅速发展，公路边坡开挖、铁路边坡开挖和深大基坑开挖也越来越多，开挖往往会引起坡体地表和基坑周边出现开裂现象，甚至引起滑坡和垮塌，造成巨大的经济损失和不良社会影响，而对地表裂缝进行精确监测，能为边坡和基坑安全稳定性评估提供依据，具有重要意义。目前，地表裂缝传统监测方法主要有以下两种：(1)在裂缝关键位置埋设骑缝观测桩，或用米尺直接测量裂缝宽度，这些方法简便易行，适合群测群防，但测量精度低，无法获得准确的裂缝宽度变化信息；(2)埋设传感器的监测方法，该方法测量精度较高，在构筑物等小裂缝监测中应用较为广泛，但是对于地质灾害监测中的宽大裂缝，由于尺度较大，受热胀冷缩的影响，容易引起较大误差；且边坡与滑坡等地质灾害监测覆盖范围广，达几十平方公里，埋设传感器与光缆价格高昂。
专利CN103487373公布了一种钢尺+收敛计的边坡裂缝监测装置及方法，该方法在测量精度上比简易测量方法高，成本也相对于埋设传感器的方法低廉，但该方法存在以下不足：(1)该方法需要携带钢尺与收敛计，当裂缝两侧监测桩埋设距离较大时，携带钢尺不方便；(2)较长的钢尺桩受热胀冷缩的影响大，也容易引起测量误差；(3)用该方法进行监测，测量人员必须进入裂缝内侧监测桩架设钢尺，裂缝内侧是相对不稳定区域，尤其是对于边坡的大裂缝内侧区域，随时存在滑坡的风险，监测人员的人身安全无法得到保障。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中地表裂缝测量精度低且测量难度大的问题。
为此，本发明提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，包括激光测距仪、激光对准板、第一水泥固定桩、第二水泥固定桩及智能终端，所述智能终端与所述激光测距仪通信连接，所述激光对准板与所述第一水泥固定桩固定连接，所述激光测距仪与所述第二水泥固定桩活动连接，所述第一水泥固定桩及第二水泥固定桩分别位于地表裂缝的两侧且伸入地下固定，且所述激光对准板位于所述激光测距仪内的激光发射器所发出的激光光路上。
优选地，所述第二水泥固定桩上设有挡板，所述挡板位于所述激光测距仪的上方，且所述挡板覆盖所述激光测距仪。
优选地，所述激光测距仪设有连接端部，所述第二水泥固定桩上设有基座，所述基座与可旋转底座的一端螺纹连接，所述可旋转底座的另一端与所述连接端部活动连接。
优选地，所述第二水泥固定桩上设有凹槽，所述基座位于所述凹槽内。
优选地，所述可旋转底座的另一端可旋转设有球型底座，所述球型底座内设有行星齿轮和固定齿轮，所述行星齿轮与所述固定齿轮啮合。
优选地，所述球型底座内固定连接有电机，所述电机输出轴与所述固定齿轮连接，所述遥控器上设有手柄，所述手柄用于控制所述电机旋转。
优选地，所述智能终端上设有用于远程控制所述激光测距仪的开启和关闭的操控界面。
优选地，所述激光测距仪的端部设有摄像头，所述摄像头与所述激光发射器平行设置，所述摄像头与所述智能终端通信连接。
优选地，所述第一水泥固定桩及第二水泥固定桩均为现浇结构或预制结构。
本发明还提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测方法，包括：
S1：在地表裂缝的两侧分别设置第一水泥固定桩及第二水泥固定桩，并在所述第一水泥固定桩及第二水泥固定桩上分别安装激光对准板及激光测距仪，且所述激光对准板位于所述激光测距仪内的激光发射器所发出的激光光路上；
S2：通过智能终端开启所述激光发射器，所述激光发射器发出激光束至所述激光对准板后返回便可得到测量结果；
S3：在不同时间点获取测量结果即可实现对地表裂缝的监测。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法，通过在地表裂缝的两侧埋设固定桩，然后在固定桩上分别安装激光对准板和激光测距仪，通过智能终端远程控制激光测距仪，激光测距仪发射激光束至激光对准板后反射回来便可测得距离值，测量结果可以在智能终端上显示、储存。一段时间后再重复上述操作进行测量便可得到地表裂缝的宽度变化情况。该测量装置不需要埋设传感器，测量量程大，范围广，监测点安全可靠不易损害，通过智能终端远程控制，测量时不需要测量人员进入危险的裂缝区域，保障了测量人员的人身安全。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的结构示意图；
图2是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的激光测距仪连接示意图；
图3是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的可旋转底座连接示意图；
图4是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的可旋转底座的旋转示意图；
图5是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的基座示意图；
图6是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的智能终端示意图；
图7是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的遥控器侧视图。
附图标记说明：激光测距仪1，可旋转底座2，基座3，第一水泥固定桩4，凹槽5，挡板6，激光对准板7，第二水泥固定桩8，激光束9，数字按键10，显示屏11，摄像头12，激光发射器13，连接端部14，球型底座15，螺丝帽16，遥控器17，遥控器开关18，连接端部转动控制手柄19，发射天线20，手机支架21，行星齿轮控制手柄22，数据线23，USB接口24，智能手机25，钢板26，螺纹端27，固定端28，固定齿轮29，行星齿轮30。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例提供了本发明提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，如图1所示，先在地表裂缝的两侧分别埋设第一水泥固定桩4和第二水泥固定桩8，然后在第二水泥固定桩8安装激光测距仪1，通过配套的智能终端对该激光测距仪1进行开启和关闭。再在第一水泥固定桩4上安装激光对准板7，激光对准板7的作用在于定位激光点，使得每次测量位置是一个固定位置，不会有偏差，激光对准板7中央设置有一个用于对准的醒目的小圆圈，每次测量时通过智能终端远程开启激光测距仪1上的激光发射器13发出激光束，该激光束照射在该小圆圈上并返回接收便可测量距离。当激光束照射点没有位于激光对准板中心圆圈时，可以通过智能终端上的连接端部转动控制手柄19和行星齿轮控制手柄22对激光测距仪1的姿态进行调节，使得激光点刚好位于对准板中心圆圈。为保证稳定性激光对准板7与第一水泥固定桩4一起浇筑成型。测量结果传输至智能终端，其中智能终端包括遥控器17和手机25，可实现数据的读取和储存，手机需要支持WiFi或USB连接，且支持软件下载和安装，通过导入编好的程序或者安装相应的APP即可在手机上操作进行裂缝测量。
其中水泥固定桩高度设置为0.3m～1.0m，埋入地下深度不小于0.5m，并保证其稳定，水泥固定桩为水泥与沙混合制成，可以是现浇结构也可是预制然后埋设。地面部分横截面为20cm×20cm～30cm×30cm，埋入地下深度不小于0.5m，且应该到达持力层位置，埋入地下部分横截面为50cm×50cm～70cm×70cm，裂缝内侧固定桩即第一水泥固定桩4设置为裂缝内侧距离裂缝0.6m～1.0m，既要保证内侧固定桩埋设浇筑时不对裂缝造成影响，又要尽可能离裂缝近；裂缝外侧固定桩上设置凹槽，凹槽内埋设基座，裂缝外侧固定桩即第二水泥固定桩8用于安装激光测距仪1，裂缝外侧固定桩可根据需要埋设在距离裂缝5m～20m的位置。测量时测量人员不需要到现场，只需通过遥控器对激光测距仪进行远程控制便可以进行测量，大大节省了测量时间，提高了工作效率，充分保障了测量人员的人身安全。
激光对准板7用于测量时激光点对准，激光对准板7为圆形，中央设置醒目圆圈。激光测距仪1内含芯片，支持主流的2.4G或5.8G通信，通过2.4G或5.8G频道通信，可以与智能终端连接，如图6所示，智能终端包括遥控器17和智能手机25，遥控器17支持主流的2.4G或5.8G通信，通过遥控器17可以远程控制激光测距仪1的行为，实现远程操作测量，控制范围可达5km，遥控器17上设置USB接口24，智能手25机可以通过USB和Wifi两种方式与遥控器17连接。
优选的方案，所述第二水泥固定桩8上设有挡板6，所述挡板6位于所述激光测距仪1的上方，且所述挡板6覆盖所述激光测距仪1。如图1在激光测距仪1的上方安装挡板6，相应的在激光对准板7上安装挡板6，挡板6能减少雨水与日晒的锈蚀的作用。
优选的方案，所述激光测距仪1设有连接端部14，所述第二水泥固定桩8上设有基座3，所述基座3与可旋转底座2的一端螺纹连接，所述可旋转底座2的另一端与所述连接端部14活动连接。由此可知，如图1至图5所示，基座3的固定端28插入第二水泥固定桩8内，可以是螺纹连接，也可以是一体结构成型，基座3的螺纹端27伸出至外面，在基座3上套设有钢板26，钢板26起到更好的稳定作用，防止基座3震动。与基座3的螺纹端27螺纹连接的是可旋转底座2，可旋转底部2包括球型底座15和螺丝帽16，螺丝帽16与螺纹端27螺纹连接，如图3所示，球型底座15设有弧形槽口，连接端部14与弧形槽口铰接，连接端部14插入弧形槽口内并可在弧形槽口内摆动，进而带动激光束摆动，以此来对激光束进行调节，让其对准激光对准板7。
优选的方案，所述第二水泥固定桩8上设有凹槽5，所述基座3位于所述凹槽5内。由此可知，如图1所示，在第二水泥固定桩8上开设凹槽5，用于保护基座3不受雨水和日晒锈蚀。
优选的方案，所述可旋转底座2的另一端可旋转设有球型底座15，球型底座15可以绕中心点O2转动，所述球型底座15内设有行星齿轮30和固定齿轮29，所述行星齿轮30与所述固定齿轮29啮合。由此可知，如图3和图4所示，可旋转底座2的另一端可旋转设有球型底座15，二者之间通过轴承装配连接即可，行星齿轮30围绕固定齿轮29公转，行星齿轮30与球型底座15连接(可以相对转动)，固定齿轮29不可移动也不可转动，行星齿轮30围绕固定齿轮29公转时会带动球型底座15围绕O2转动，而连接端部14本身又与球型底座15活动连接，可以是销轴连接或插接，即连接端部14可以绕着销轴相对球型底座15旋转，这样便可实现连接端部14绕着可旋转底座2的固定连接端即基座3呈360°旋转，以此来调节对准激光束。还有另一种方案，固定齿轮29不能移动但能自转，行星齿轮30不能自转但能绕着固定齿轮29公转。
优选的方案，所述球型底座15内固定连接有电机，所述电机输出轴与所述固定齿轮24连接，所述遥控器上设有手柄，所述手柄用于控制所述电机旋转。由此可知，电机通过远程智能终端的操控来实现电机的正反转，实现对激光点的微调。如图6和图7所示，智能终端包括遥控器17，上面设有遥控器开关18，连接端部转动控制手柄19，发射天线20，手机支架21用于置放手机，行星齿轮控制手柄22用于调整激光点的位置，手机放置于手机支架21上，并通过数据线23与遥控器17连接通信。
优选的方案，所述激光测距仪1的端部设有摄像头12，所述摄像头12与所述激光发射器13平行设置，所述摄像头12与所述智能终端通信连接。如图2所示，激光测距仪1上设有数字按键10，显示屏11，摄像头12，摄像头12，其中，摄像头12用于观察激光测距仪是否对准，数据信息通过无线网传递给智能终端或者手机。
本发明实施例还提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测方法，包括：
步骤1，选择有代表性的位置，在边坡裂缝两侧设置水泥固定桩，水泥固定桩埋设应符合前述要求。水泥固定桩分为裂缝内侧固定桩和裂缝外侧固定桩，裂缝内侧桩用于反射激光信号，浇筑固定桩同时在上面安装有对准板和挡板，使固定桩和挡板牢固固定在固定桩上；在裂缝外侧桩上设置凹槽，同时在凹槽位置埋设基座。
步骤2，待水泥固定桩成型后，拆除浇筑模板，同时采用水准仪进行监测一个月，确定埋设的水泥固定桩稳定，与周围土体没有不均匀沉降变形。
步骤3，将可转动底座的螺栓帽拧紧固定在基座螺栓上，安装激光测距仪，并使其处于工作状态。
步骤4，打开遥控器，使手机与遥控器连接，打开专用测量软件，通过摄像头反馈回来的激光点的位置信息，确定激光点是否对准，如果没有对准，通过遥控器上的连接端部转动控制手柄19和行星齿轮控制手柄22进行调节，使得激光点刚好位于对准板中心圆圈。
步骤5，激光对准点对准后，在智能手机上界面按下测量按钮，便可以记录测量距离，测量三次，当三次的数值差小于1mm时，取平均值作为本次测量的初始距离，智能终端自动记录储存裂缝宽度数据。通过以后测量的距离和初始距离相减，便得到裂缝的宽度变化情况。
步骤6，以上为第一次安装测量步骤，在下一次测量时，只需重复步骤4和步骤5。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法，通过在地表裂缝的两侧埋设固定桩，然后在固定桩上分别安装激光对准板和激光测距仪，通过智能终端远程控制激光测距仪，激光测距仪发射激光束至激光对准板后反射回来便可测得距离值，测量结果可以在智能终端上显示、储存。一段时间后再重复上述操作进行测量便可得到地表裂缝的宽度变化情况。该测量装置不需要埋设传感器，测量量程大，范围广，监测点安全可靠不易损害，通过智能终端远程控制，测量时不需要测量人员进入危险的裂缝区域，保障了测量人员的人身安全。
以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：包括激光测距仪（1）、激光对准板（7）、第一水泥固定桩（4）、第二水泥固定桩（8）及智能终端，所述智能终端与所述激光测距仪（1）通信连接，所述激光对准板（7）与所述第一水泥固定桩（4）固定连接，所述激光测距仪（1）与所述第二水泥固定桩（8）活动连接，所述第一水泥固定桩（4）及第二水泥固定桩（8）分别位于地表裂缝的两侧且伸入地下固定，且所述激光对准板（7）位于所述激光测距仪（1）内的激光发射器（13）所发出的激光光路上；所述激光测距仪（1）设有连接端部（14），所述第二水泥固定桩（8）上设有基座（3），所述基座（3）与可旋转底座（2）的一端螺纹连接，所述可旋转底座（2）的另一端与所述连接端部（14）活动连接；所述可旋转底座（2）的另一端有球型底座（15），所述球型底座（15）内设有固定齿轮（29）和行星齿轮（30），所述行星齿轮（30）与所述固定齿轮（29）啮合；
其中，连接端部（14）与球型底座（15）销轴连接，连接端部（14）绕着销轴相对球型底座（15）旋转，以实现连接端部（14）绕着可旋转底座（2）的固定连接端即基座（3）呈360°旋转，以此来调节对准激光束。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述第二水泥固定桩（8）上设有挡板（6），所述挡板（6）位于所述激光测距仪（1）的上方，且所述挡板（6）覆盖所述激光测距仪（1）。
3.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述第二水泥固定桩（8）上设有凹槽（5），所述基座（3）位于所述凹槽（5）内。
4.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述球型底座（15）内固定连接有电机，所述电机输出轴与所述行星齿轮（30）连接，遥控器端上设有手柄，所述遥控器用于控制所述电机旋转。
5.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述智能终端上设有用于远程控制所述激光测距仪（1）的开启和关闭的操控界面。
6.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述激光测距仪（1）的端部设有摄像头（12），所述摄像头（12）与所述激光发射器（13）平行设置，所述摄像头（12）与所述智能终端通信连接。
7.根据权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述第一水泥固定桩（4）及第二水泥固定桩（8）均为现浇结构或预制结构。
8.一种基于激光测距的地表裂缝监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，该方法包括：
S1：在地表裂缝的两侧分别设置第一水泥固定桩（4）及第二水泥固定桩（8），并在所述第一水泥固定桩（4）及第二水泥固定桩（8）上分别安装激光对准板（7）及激光测距仪（1），且所述激光对准板（7）位于所述激光测距仪（1）内的激光发射器（13）所发出的激光光路上；
S2：通过智能终端开启所述激光发射器（13），所述激光发射器（13）发出激光束至所述激光对准板（7）后返回便可得到测量结果；
S3：在不同时间点获取测量结果即可实现对地表裂缝的监测。
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