CN110108224A - 一种形变监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形变监测方法，包括以下步骤：一、监测装置安装及空间坐标系的建立；二、待测物体倾斜角度的检测；三、待测物体倾斜状态的补偿；四、待测物体沉降状态的监测；五、待测物体开裂状态的监测。本发明设计合理，成本低，省时，省力，花费小，能获取建筑物、构筑物及边坡的倾斜、沉降、开裂等形变状态，实现实时监控，从而及时提出预报，便于采取防治措施，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程测试技术领域，尤其是涉及一种形变监测方法。
背景技术
建筑物、构筑物及边坡等工程的形变会给人民生命财产造成巨大损失，严重地扰乱了人们正常的生活秩序。因此，在工程测量中沉降倾斜变形非常重要。如果我们在事故发生之前对建筑物、构筑物及边坡等工程形变进行有效监测，就可以提出预报和防治，从而保证人们生命财产的安全。但是，目前形变监控装置还存在一些问题：
第一，形变监控装置中的监测内容单一，例如倾斜或者沉降监测；
第二，目前形变监控装置需要工作人员定期对监测内容进行查看，不仅任务大，劳动强度高，而且不能满足实时性。
因此，现如今缺少一种倾斜监测装置及方法，设计合理且检测准确便捷，省时、省力，花费小，获取建筑物、构筑物及边坡的倾斜、沉降、开裂等形变状态，实现实时监控，从而及时提出预报，便于采取防治措施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种形变监测方法，其设计合理，成本低，省时，省力，花费小，能获取建筑物、构筑物及边坡的倾斜、沉降、开裂等形变状态，实现实时监控，从而及时提出预报，便于采取防治措施，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种形变监测方法，该方法采用的装置包括机架和安装在所述机架上的形变检测模块，所述机架包括三角支架、安装在所述三角支架顶部的活动套管机构和安装在所述活动套管机构顶部的承载机箱，所述形变检测模块包括倾斜检测模块和沉降监测模块，所述倾斜检测模块包括安装在承载机箱的一侧面的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器，所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器呈等边三角形布设，所述承载机箱的顶部设置有防水盖，且所述防水盖的两端伸出承载机箱处设置有防水弯折部，第一激光测距仪和第二激光测距仪发射中心的连线与承载机箱的一侧面的底边平行；
所述沉降监测模块包括安装在承载机箱的一侧面的红外激光发射器和相机，所述承载机箱内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有微处理器和倾角传感器，所述承载机箱上设置有显示屏、报警器和工作状态指示灯，所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、倾角传感器、报警器、工作状态指示灯、显示屏和相机均与微处理器连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、监测装置安装及空间坐标系的建立：
步骤101、将测试靶标贴装在待测物体的外表面上，并在测试靶标的正前方放置形变监测方法，使形变监测方法中承载机箱底部距离地面的高度与测试靶标底部距离地面的高度相同；其中，测试靶标固定于待测物体高度的1/3处～1/2处，待测物体为建筑物、构筑物或边坡，所述测试靶标上设置有刻度尺，所述测试靶标为矩形靶标，所述测试靶标的长边与待测物体底部的一个侧边平行；
步骤102、调节所述三角支架，倾角传感器对承载机箱的底部与地面之间的倾斜角度进行检测，并将检测到的承载机箱的底部与地面之间的倾斜角度发送至微处理器，直至承载机箱的底部与地面之间的倾斜角度等于零，以使第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪所发出的激光光束均与地面平行；其中，第一激光测距仪和第二激光测距仪发射中心的连线与地面平行，所述测试靶标的长边在第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪发射中心所在平面上的投影线与第一激光测距仪和第二激光测距仪发射中心的连线平行；
步骤103、以测试靶标中左下角顶点为原点o，过原点o且沿测试靶标的长边直线为Y轴，过原点o且垂直与地面的直线为Z轴，过原点o且与由Y轴与Z轴组成的YOZ平面垂直的直线为X轴，建立空间直角坐标系；其中，所述X轴的正向朝向第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪；
步骤二、待测物体倾斜角度的检测：
步骤201、待测物体初始倾斜的判断：
步骤2011、第一激光测距仪发出的激光光束投射在测试靶标上形成A照射点，第二激光测距仪发出的激光光束投射在测试靶标上形成B照射点，第三激光测距仪发出的激光光束投射在测试靶标上形成C照射点，第一激光测距仪获取第一激光测距仪到A照射点的间距并记作a，第二激光测距仪获取第二激光测距仪到B照射点的间距并记作b，第三激光测距仪获取第三激光测距仪到C照射点的间距并记作c，并获取在空间直角坐标系下A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)；
步骤2012、采用微处理器判断a＝b＝c是否成立，当a＝b＝c成立，则说明待测物体不存在初始倾斜，且xa＝xb＝xc＝0；
当a＝b＝c不成立，则说明待测物体存在初始倾斜；
步骤202、待测物体倾斜角度的获取：
步骤2021、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20211、第一激光测距仪再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成A′照射点，第二激光测距仪再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成B′照射点，第三激光测距仪再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成C′照射点，第一激光测距仪获取第一激光测距仪到A′照射点的间距并记作a′，第二激光测距仪获取第二激光测距仪到B′照射点的间距并记作b′，第三激光测距仪获取第三激光测距仪到C′照射点的间距并记作c′，并获取A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)；
步骤20212、采用微处理器根据A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)，获取向量和向量
步骤20213、根据第一激光测距仪和第二激光测距仪发射中心的连线与地面平行，得到zb＝za，且a＝b＝c，并将第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪围成等边三角形的边长记作l，化简向量和向量得到和向量
步骤20214、采用微处理器根据得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20215、采用微处理器根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度其中，待测物体的倾斜角度θ的取值范围为0°～90°；
步骤2022、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20221、采用微处理器根据A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)，得到向量和向量
步骤20222、采用微处理器根据得到A照射点、B照射点和C照射点所在平面的法向量
步骤20223、重复步骤20211至步骤20214，得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20224、根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度θ；
步骤203、待测物体倾斜时左右扭转的角度的获取：
步骤2031、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20311、将A′照射点和B′照射点投影到由X轴与Y轴组成的XOY平面上，得到A″照射点和B″照射点，并获取A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)；
步骤20312、采用微处理器根据A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)，得到
步骤20313、采用微处理器根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；其中，待测物体倾斜时左右扭转的角度α的取值范围为0°～90°；
步骤20314、采用微处理器判断当a′<b′成立时，待测物体倾斜时逆时针扭转α角度；当a′>b′成立时，待测物体倾斜时顺时针扭转α角度；当a′＝b′成立时，待测物体倾斜时左右扭转角度等于零；
步骤2032、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20321、将A照射点和B照射点投影到XOY平面上，得到a″照射点和b″照射点，并获取a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)；
步骤20322、采用微处理器根据a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)，得到向量
步骤20323、重复步骤20311和步骤20312，得到向量
步骤20324、采用微处理器根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；
步骤204、待测物体倾斜时前后扭转的角度的获取：
步骤2041、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时前后扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；其中，当β>0时，待测物体向前倾斜；当β<0时，待测物体向后倾斜；待测物体的前侧是指靠近第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪；
步骤2042、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；
步骤三、待测物体倾斜状态的补偿：
步骤301、采用微处理器对待测物体的倾斜角度θ求全微分，得到并采用微处理器根据公式得到待测物体的倾斜角度的中误差mθ；其中，ml表示第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪围成等边三角形的边长l的中误差，ma′表示第一激光测距仪测距的中误差，mb′表示第二激光测距仪测距的中误差，mc′表示第三激光测距仪测距的中误差；
步骤302、采用微处理器对待测物体倾斜时左右扭转的角度α求全微分，得到并采用微处理器根据公式得到待测物体倾斜时左右扭转的角度的中误差mα；
步骤303、采用微处理器对待测物体倾斜时前后扭转的角度β求全微分，得到并采用微处理器根据公式得到待测物体倾斜时前后扭转的角度的中误差mβ；
步骤304、采用微处理器根据公式θ′＝θ+mθ，得到待测物体的较大补偿倾斜角度θ′；
步骤305、采用微处理器根据公式α′＝α+mα，得到待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度α′；
步骤306、采用微处理器根据公式β′＝β+mβ，得到待测物体倾斜时前后扭转的较大补偿角度β′；
步骤四、待测物体沉降状态的监测：
步骤401、在待测物体倾斜状态检测的过程中，红外激光发射器发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成定位照射点，相机对定位照射点图像进行拍摄，并发送至微处理器，之后，相机对定位照射点进行下一次拍摄，并发送至微处理器，微处理器将定位照射点图像和下一次拍摄到的定位照射点图像进行处理，得到定位照射点的像点位移dx；其中，定位照射点的像点位移是沿定位照射点图像的列方向，且定位照射点图像的列方向与待测物体的高度方向一致；
步骤402、采用微处理器根据公式得到待测物体的沉降总变化值Δh；其中，u表示相机和定位照射点的物距，f表示相机的焦距；
步骤403、采用微处理器根据公式Δh2＝h-h×cosβ′，得到待测物体倾斜高度变化量Δh2；其中，h表示红外激光发射器发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成的定位照射点距离待测物体底部的初始高度；
步骤404、采用微处理器根据公式Δh1＝Δh-Δh2，得到待测物体的沉降量Δh1；
步骤五、待测物体开裂状态的监测：
步骤501、相机对待测物体的裂缝区域进行拍摄，并发送至微处理器，微处理器将裂缝区域图像进行处理，得到裂缝区域图像上裂缝最大宽度处的像素个数kx；
步骤502、采用微处理器根据公式K＝kx×l′，得到待测物体的裂缝最大宽度K；其中，l′表示裂缝区域图像中单个像素点对应的实际距离；
步骤503、调节第一激光测距仪发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第一激光测距仪获取第一激光测距仪到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f1；第二激光测距仪发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第二激光测距仪获取第二激光测距仪到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f2；采用微处理器根据公式Wc1＝|f1-f2|，得到待测物体的第一裂缝错位距离Wc1；
步骤504、调节第三激光测距仪发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪获取第三激光测距仪到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器根据公式Wc2＝|f1-f3|，得到待测物体的第二裂缝错位距离Wc2；
步骤505、调节第二激光测距仪发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第二激光测距仪获取第二激光测距仪到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f2′；第三激光测距仪发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪获取第三激光测距仪到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器根据公式Wc3＝|f2′-f3|，得到待测物体的第三裂缝错位距离Wc3；
步骤506、采用微处理器根据公式得到待测物体的裂缝错位平均值
上述的一种形变监测方法，其特征在于：所述三角支架包括支腿固定座和多个均匀安装在所述支腿固定座周侧的支腿，所述支腿的数量不小于3个，所述支腿固定座包括圆柱体座和多个均匀安装在所述圆柱体座周侧的U形安装座，所述U形安装座内设置有供支腿安装的安装轴，所述支腿的一端通过抱箍套装在安装轴上。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：所述活动套管机构包括大套管、安装在大套管内且能上下调节的小套管和对所述小套管进行锁紧的锁紧螺母，所述大套管的底部安装在所述三角支架的顶部，所述小套管的顶部设置有承载托盘，所述承载机箱安装在承载托盘上。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：所述倾角传感器为LCA326T双轴倾角传感器，所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器均是型号为SW-LDS50A的激光测距传感器，所述相机是MT9V034摄像头。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：倾斜变化速率具体过程如下：
步骤Ⅰ、采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体的较大补偿倾斜角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的较大补偿倾斜角度记作θ′(i)，然后根据得到待测物体的倾斜角度变化速率θs；i为正整数，且i>1；测量时刻T的取值范围为10h～25h；
步骤Ⅱ、采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度记作α′(i)，然后根据得到待测物体左右扭转的角度变化速率αs；
步骤Ⅲ、采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度记作β′(i)，然后根据得到待测物体前后扭转的角度变化速率βs。
步骤Ⅳ、采用微处理器判断θs>θy、αs>αy和βs>βy是否成立，
当θs>θy成立，说明待测物体倾斜速率大于倾斜速率阈值，微处理器控制报警器报警提醒；
当αs>αy成立，说明待测物体左右倾斜速率大于左右倾斜速率阈值，微处理器控制报警器报警提醒；
当βs>βy成立，说明待测物体前后倾斜速率大于前后倾斜速率阈值，微处理器控制报警器报警提醒。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：所述倾斜速率阈值θy的取值范围为0.02～0.1，所述左右倾斜速率阈值αy的取值范围为0.02～0.1，所述前后倾斜速率阈值βy的取值范围为0.02～0.1。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：步骤301中第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪围成等边三角形的边长l的中误差ml的取值范围为0.005m～0.01m；
第一激光测距仪测距的中误差ma′的获取如下：
步骤A1、第一激光测距仪发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第一激光测距仪与基准靶标之间的间距发送至微处理器，并将第一激光测距仪第j次测量到的第一距离测量值记作L1(j)；
步骤A2、然后人工测量第一激光测距仪与基准靶标之间的间距，得到第一距离真实值并记作Z1；
步骤A3、根据公式得到第一激光测距仪测距的中误差ma′；
第二激光测距仪测距的中误差mb′的获取如下：
步骤B1、第二激光测距仪发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第二激光测距仪与基准靶标之间的间距发送至微处理器，并将第二激光测距仪第j次测量到的第二距离测量值记作L2(j)；
步骤B2、然后人工测量第二激光测距仪与基准靶标之间的间距，得到第二距离真实值并记作Z2；
步骤B3、根据公式得到第二激光测距仪测距的中误差mb′；
第三激光测距仪测距的中误差mc′的获取如下：
步骤C1、第三激光测距仪发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第三激光测距仪与基准靶标之间的间距发送至微处理器，并将第三激光测距仪第j次测量到的第三距离测量值记作L3(j)；
步骤C2、然后人工测量第三激光测距仪与基准靶标之间的间距，得到第三距离真实值并记作Z3；
步骤C3、根据公式得到第三激光测距仪测距的中误差mc′；其中，N表示测量总次数，j和N均为正整数，且j的取值范围为1～N，N的取值为50～100。
上述的一种形变监测方法，其特征在于：采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体的沉降量按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的沉降量记作Δh1(i)，然后根据得到待测物体沉降量的变化速率Δhs；
采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体的裂缝最大宽度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝最大宽度记作K(i)，然后根据得到裂缝宽度的变化速率Ks；
采用微处理器将得到的各个测量时刻的待测物体的待测物体的裂缝错位平均值按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝错位平均值记作然后根据得到待测物体的裂缝错位变化速率Wcs。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的形变监测方法，可对建筑物、构筑物以及边坡等工程的沉降、倾斜和裂缝进行监测，实现多个变形量监测，集多项监测功能于一体，改变了以往监测设备功能单一的局限性，具有更多且更广的功能。
2、所采用的装置中包括三角支架、活动套管机构和承载机箱，三角支架是为了对承载机箱进行支撑固定，且便于调节承载机箱底部的倾斜角度，以使承载机箱上的形变检测模块发射的激光能水平投射至待测的建筑物、构筑物或者边坡上；活动套管机构的设置，是为了调节承载机箱的高度，从而适应于不同高度的建筑物、构筑物或者边坡的形变的测试；承载机箱上设置第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、相机和红外激光发射器，便于对第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、相机和红外激光发射器进行保护，避免外界环境对激光测距传感器、相机和红外激光发射器造成损害，从而提高使用寿命，有效地适应长期实时检测。
3、所采用的形变监测方法中包括第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器，是为了对待测的建筑物、构筑物或者边坡上三个不同位置处分别距离第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器的间距进行检测，且第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器均位于同一平面上，从而获取待测的建筑物、构筑物或者边坡的倾斜状态。
4、所采用的形变检测装置设置倾角传感器，是为了对承载机箱的底部的倾斜角度进行检测，以使承载机箱的底部与地面成水平布设，从而使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器投射的激光与地面成水平平行，为第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和第三激光测距传感器的检测提供了准确的基准；同时，是为了红外激光发射器所发出的激光光束与地面平行，以使红外激光发射器发出的激光光束投射在待测物体上进行定位。
5、所采用的沉降监测模块中包括红外激光发射器和相机，设置红外激光发射器发射激光至待测物体的刻度标尺上，相机拍摄激光照射点图像并发送至微处理器，微处理器控制显示屏对拍摄的激光照射点图像进行显示，观测者通过对两次激光照射点图像中定位照射点的位置改变量，获取待测物体的沉降量。
6、本发明待测物体的倾斜状态方法步骤简单、实现方便且操作简便，首先是监测装置安装及空间坐标系的建立，之后，对待测物体倾斜角度进行检，并利用待测物体倾斜角度中误差，对待测物体倾斜角度进行补偿，获取待测物体的较大补偿倾斜角度、待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度和待测物体倾斜时前后扭转的较大补偿角度；还能对待测物体沉降状态和待测物体开裂状态进行监测，提高了倾斜角度、沉降量和裂缝参数获取的准确性，且实现对待测物体的实时监测，从而及时提出预报，便于采取防治措施。
7、本发明采用非接触式方法测量建筑物、构筑物以及边坡等工程沉降、倾斜和裂纹等形变参数，适用于危险环境和现实难于监测的环境，同时也提高精度，减少成本，使设备的受用面更广泛。
8、本发明待测物体沉降状态监测时，不仅考虑了待测物体垂直变化带来的沉降量，还考虑了待测物体由倾斜而引起的沉降变化，减少竖直沉降误差，以计算倾斜角度所引起的监测点沉降变化，调整沉降误差，对被测目标沉降值进行精度校准，使监测得到的数据更加精准。
综上所述，本发明设计合理，且成本低，省时，省力，花费小，能获取建筑物、构筑物及边坡的倾斜、沉降、开裂等形变状态，实现实时监控，从而及时提出预报，便于采取防治措施，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的装置的结构示意图。
图2为本发明采用的装置的电路原理框图。
图3为本发明变形监测方法的流程框图。
附图标记说明:
1—圆柱体座； 2—U形安装座； 2-1—安装轴；
3—承载机箱； 4—倾角传感器； 5—承载托盘；
6-1—固定套管； 6-2—调节套管； 7—锁紧螺母；
9—支腿； 10—抱箍； 11—第一激光测距传感器；
12—第二激光测距传感器； 13—第三激光测距传感器；
15—显示屏； 16—报警器；
17—微处理器； 18—工作状态指示灯； 19—相机；
20—防水盖； 21—防水弯折部； 24—红外激光发射器。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种形变监测方法，该方法采用的额装置包括机架和安装在所述机架上的形变检测模块，所述机架包括三角支架、安装在所述三角支架顶部的活动套管机构和安装在所述活动套管机构顶部的承载机箱3，所述形变检测模块包括倾斜检测模块和沉降监测模块，所述倾斜检测模块包括安装在承载机箱3的一侧面的第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13，所述第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13呈等边三角形布设，所述承载机箱3的顶部设置有防水盖20，且所述防水盖20的两端伸出承载机箱3处设置有防水弯折部21，第一激光测距仪11和第二激光测距仪12发射中心的连线与承载机箱3的一侧面的底边平行；
所述沉降监测模块包括安装在承载机箱3的一侧面的红外激光发射器24和相机19，所述承载机箱3内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有微处理器17和倾角传感器4，所述承载机箱3上设置有显示屏15、报警器16和工作状态指示灯18，所述第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12、第三激光测距传感器13、倾角传感器4、报警器16、工作状态指示灯18、显示屏15和相机19均与微处理器17连接。
本实施例中，所述三角支架包括支腿固定座和多个均匀安装在所述支腿固定座周侧的支腿9，所述支腿9的数量不小于3个，所述支腿固定座包括圆柱体座1和多个均匀安装在所述圆柱体座1周侧的U形安装座2，所述U形安装座2内设置有供支腿9安装的安装轴2-1，所述支腿9的一端通过抱箍10套装在安装轴2-1上。
本实施例中，所述活动套管机构包括大套管6-1、安装在大套管6-1内且能上下调节的小套管6-2和对所述小套管6-2进行锁紧的锁紧螺母7，所述大套管6-1的底部安装在所述三角支架的顶部，所述小套管6-2的顶部设置有承载托盘5，所述承载机箱3安装在承载托盘5上。
本实施例中，所述倾角传感器4为LCA326T双轴倾角传感器，所述第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13均是型号为SW-LDS50A的激光测距传感器，所述相机19是MT9V034摄像头。
如图3所示的一种形变监测方法，包括以下步骤：
步骤一、监测装置安装及空间坐标系的建立：
步骤101、将测试靶标贴装在待测物体的外表面上，并在测试靶标的正前方放置形变监测方法，使形变监测方法中承载机箱3底部距离地面的高度与测试靶标底部距离地面的高度相同；其中，测试靶标固定于待测物体高度的1/3处～1/2处，待测物体为建筑物、构筑物或边坡，所述测试靶标上设置有刻度尺，所述测试靶标为矩形靶标，所述测试靶标的长边与待测物体底部的一个侧边平行；
步骤102、调节所述三角支架，倾角传感器4对承载机箱3的底部与地面之间的倾斜角度进行检测，并将检测到的承载机箱3的底部与地面之间的倾斜角度发送至微处理器17，直至承载机箱3的底部与地面之间的倾斜角度等于零，以使第一激光测距仪11、第二激光测距仪12和第三激光测距仪13所发出的激光光束均与地面平行；其中，第一激光测距仪11和第二激光测距仪12发射中心的连线与地面平行，所述测试靶标的长边在第一激光测距仪11、第二激光测距仪12和第三激光测距仪13发射中心所在平面上的投影线与第一激光测距仪11和第二激光测距仪12发射中心的连线平行；
步骤103、以测试靶标中左下角顶点为原点o，过原点o且沿测试靶标的长边直线为Y轴，过原点o且垂直与地面的直线为Z轴，过原点o且与由Y轴与Z轴组成的YOZ平面垂直的直线为X轴，建立空间直角坐标系；其中，所述X轴的正向朝向第一激光测距仪11、第二激光测距仪12和第三激光测距仪13；
步骤二、待测物体倾斜角度的检测：
步骤201、待测物体初始倾斜的判断：
步骤2011、第一激光测距仪11发出的激光光束投射在测试靶标上形成A照射点，第二激光测距仪12发出的激光光束投射在测试靶标上形成B照射点，第三激光测距仪13发出的激光光束投射在测试靶标上形成C照射点，第一激光测距仪11获取第一激光测距仪11到A照射点的间距并记作a，第二激光测距仪12获取第二激光测距仪12到B照射点的间距并记作b，第三激光测距仪13获取第三激光测距仪13到C照射点的间距并记作c，并获取在空间直角坐标系下A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)；
步骤2012、采用微处理器17判断a＝b＝c是否成立，当a＝b＝c成立，则说明待测物体不存在初始倾斜，且xa＝xb＝xc＝0；
当a＝b＝c不成立，则说明待测物体存在初始倾斜；
步骤202、待测物体倾斜角度的获取：
步骤2021、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20211、第一激光测距仪11再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成A′照射点，第二激光测距仪12再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成B′照射点，第三激光测距仪13再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成C′照射点，第一激光测距仪11获取第一激光测距仪11到A′照射点的间距并记作a′，第二激光测距仪12获取第二激光测距仪12到B′照射点的间距并记作b′，第三激光测距仪13获取第三激光测距仪13到C′照射点的间距并记作c′，并获取A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)；
步骤20212、采用微处理器17根据A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)，获取向量和向量
步骤20213、根据第一激光测距仪11和第二激光测距仪12发射中心的连线与地面平行，得到zb＝za，且a＝b＝c，并将第一激光测距仪11、第二激光测距仪12、第三激光测距仪13围成等边三角形的边长记作l，化简向量和向量得到和向量
步骤20214、采用微处理器17根据得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20215、采用微处理器17根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度其中，待测物体的倾斜角度θ的取值范围为0°～90°；
步骤2022、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20221、采用微处理器17根据A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)，得到向量和向量
步骤20222、采用微处理器17根据得到A照射点、B照射点和C照射点所在平面的法向量
步骤20223、重复步骤20211至步骤20214，得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20224、根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度θ；
步骤203、待测物体倾斜时左右扭转的角度的获取：
步骤2031、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20311、将A′照射点和B′照射点投影到由X轴与Y轴组成的XOY平面上，得到A″照射点和B″照射点，并获取A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)；
步骤20312、采用微处理器17根据A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)，得到
步骤20313、采用微处理器17根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；其中，待测物体倾斜时左右扭转的角度α的取值范围为0°～90°；
步骤20314、采用微处理器17判断当a′<b′成立时，待测物体倾斜时逆时针扭转α角度；当a′>b′成立时，待测物体倾斜时顺时针扭转α角度；当a′＝b′成立时，待测物体倾斜时左右扭转角度等于零；
步骤2032、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20321、将A照射点和B照射点投影到XOY平面上，得到a″照射点和b″照射点，并获取a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)；
步骤20322、采用微处理器17根据a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)，得到向量
步骤20323、重复步骤20311和步骤20312，得到向量
步骤20324、采用微处理器17根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；
步骤204、待测物体倾斜时前后扭转的角度的获取：
步骤2041、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时前后扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器17根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；其中，当β>0时，待测物体向前倾斜；当β<0时，待测物体向后倾斜；待测物体的前侧是指靠近第一激光测距仪11、第二激光测距仪12和第三激光测距仪13；
步骤2042、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器17根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；
步骤三、待测物体倾斜状态的补偿：
步骤301、采用微处理器17对待测物体的倾斜角度θ求全微分，得到并采用微处理器17根据公式得到待测物体的倾斜角度的中误差mθ；其中，ml表示第一激光测距仪11、第二激光测距仪12、第三激光测距仪13围成等边三角形的边长l的中误差，ma′表示第一激光测距仪11测距的中误差，mb′表示第二激光测距仪12测距的中误差，mc′表示第三激光测距仪13测距的中误差；
步骤302、采用微处理器17对待测物体倾斜时左右扭转的角度α求全微分，得到并采用微处理器17根据公式得到待测物体倾斜时左右扭转的角度的中误差mα；
步骤303、采用微处理器17对待测物体倾斜时前后扭转的角度β求全微分，得到并采用微处理器17根据公式得到待测物体倾斜时前后扭转的角度的中误差mβ；
步骤304、采用微处理器17根据公式θ′＝θ+mθ，得到待测物体的较大补偿倾斜角度θ′；
步骤305、采用微处理器17根据公式α′＝α+mα，得到待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度α′；
步骤306、采用微处理器17根据公式β′＝β+mβ，得到待测物体倾斜时前后扭转的较大补偿角度β′；
步骤四、待测物体沉降状态的监测：
步骤401、在待测物体倾斜状态检测的过程中，红外激光发射器11发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成定位照射点，相机19对定位照射点图像进行拍摄，并发送至微处理器17，之后，相机19对定位照射点进行下一次拍摄，并发送至微处理器17，微处理器17将定位照射点图像和下一次拍摄到的定位照射点图像进行处理，得到定位照射点的像点位移dx；其中，定位照射点的像点位移是沿定位照射点图像的列方向，且定位照射点图像的列方向与待测物体的高度方向一致；
步骤402、采用微处理器17根据公式得到待测物体的沉降总变化值Δh；其中，u表示相机19和定位照射点的物距，f表示相机19的焦距；
步骤403、采用微处理器17根据公式Δh2＝h-h×cosβ′，得到待测物体倾斜高度变化量Δh2；其中，h表示红外激光发射器11发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成的定位照射点距离待测物体底部的初始高度；
步骤404、采用微处理器17根据公式Δh1＝Δh-Δh2，得到待测物体的沉降量Δh1；
步骤五、待测物体开裂状态的监测：
步骤501、相机19对待测物体的裂缝区域进行拍摄，并发送至微处理器17，微处理器17将裂缝区域图像进行处理，得到裂缝区域图像上裂缝最大宽度处的像素个数kx；
步骤502、采用微处理器17根据公式K＝kx×l′，得到待测物体的裂缝最大宽度K；其中，l′表示裂缝区域图像中单个像素点对应的实际距离；
步骤503、调节第一激光测距仪11发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第一激光测距仪11获取第一激光测距仪11到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f1；第二激光测距仪12发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第二激光测距仪12获取第二激光测距仪12到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f2；采用微处理器17根据公式Wc1＝|f1-f2|，得到待测物体的第一裂缝错位距离Wc1；
步骤504、调节第三激光测距仪13发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪13获取第三激光测距仪13到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器17根据公式Wc2＝|f1-f3|，得到待测物体的第二裂缝错位距离Wc2；
步骤505、调节第二激光测距仪12发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第二激光测距仪12获取第二激光测距仪12到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f2′；第三激光测距仪13发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪13获取第三激光测距仪13到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器17根据公式Wc3＝|f2′-f3|，得到待测物体的第三裂缝错位距离Wc3；
步骤506、采用微处理器17根据公式得到待测物体的裂缝错位平均值
本实施例中，倾斜变化速率具体过程如下：
步骤Ⅰ、采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体的较大补偿倾斜角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的较大补偿倾斜角度记作θ′(i)，然后根据得到待测物体的倾斜角度变化速率θs；i为正整数，且i>1；测量时刻T的取值范围为10h～25h；
步骤Ⅱ、采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度记作α′(i)，然后根据得到待测物体左右扭转的角度变化速率αs；
步骤Ⅲ、采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度记作β′(i)，然后根据得到待测物体前后扭转的角度变化速率βs。
步骤Ⅳ、采用微处理器17判断θs>θy、αs>αy和βs>βy是否成立，
当θs>θy成立，说明待测物体倾斜速率大于倾斜速率阈值，微处理器17控制报警器16报警提醒；
当αs>αy成立，说明待测物体左右倾斜速率大于左右倾斜速率阈值，微处理器17控制报警器16报警提醒；
当βs>βy成立，说明待测物体前后倾斜速率大于前后倾斜速率阈值，微处理器17控制报警器16报警提醒；
本实施例中，所述倾斜速率阈值θy的取值范围为0.02～0.1，所述左右倾斜速率阈值αy的取值范围为0.02～0.1，所述前后倾斜速率阈值βy的取值范围为0.02～0.1。
本实施例中，步骤301中第一激光测距仪11、第二激光测距仪12、第三激光测距仪13围成等边三角形的边长l的中误差ml的取值范围为0.005m～0.01m；
第一激光测距仪11测距的中误差ma′的获取如下：
步骤A1、第一激光测距仪11发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第一激光测距仪11与基准靶标之间的间距发送至微处理器17，并将第一激光测距仪11第j次测量到的第一距离测量值记作L1(j)；
步骤A2、然后人工测量第一激光测距仪11与基准靶标之间的间距，得到第一距离真实值并记作Z1；
步骤A3、根据公式得到第一激光测距仪11测距的中误差ma′；
第二激光测距仪12测距的中误差mb′的获取如下：
步骤B1、第二激光测距仪12发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第二激光测距仪12与基准靶标之间的间距发送至微处理器17，并将第二激光测距仪12第j次测量到的第二距离测量值记作L2(j)；
步骤B2、然后人工测量第二激光测距仪12与基准靶标之间的间距，得到第二距离真实值并记作Z2；
步骤B3、根据公式得到第二激光测距仪12测距的中误差mb′；
第三激光测距仪13测距的中误差mc′的获取如下：
步骤C1、第三激光测距仪13发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第三激光测距仪13与基准靶标之间的间距发送至微处理器17，并将第三激光测距仪13第j次测量到的第三距离测量值记作L3(j)；
步骤C2、然后人工测量第三激光测距仪13与基准靶标之间的间距，得到第三距离真实值并记作Z3；
步骤C3、根据公式得到第三激光测距仪13测距的中误差mc′；其中，N表示测量总次数，j和N均为正整数，且j的取值范围为1～N，N的取值为50～100。
本实施例中，采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体的沉降量按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的沉降量记作Δh1(i)，然后根据得到待测物体沉降量的变化速率Δhs；
采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体的裂缝最大宽度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝最大宽度记作K(i)，然后根据得到裂缝宽度的变化速率Ks；
采用微处理器17将得到的各个测量时刻的待测物体的待测物体的裂缝错位平均值按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝错位平均值记作然后根据得到待测物体的裂缝错位变化速率Wcs。
本实施例中，需要说明的是，表示待测物体的倾斜角度θ对边长l的偏导数，表示待测物体的倾斜角度θ对间距a′的偏导数，表示待测物体的倾斜角度θ对间距b′的偏导数，表示待测物体的倾斜角度θ对间距c′的偏导数。
本实施例中，需要说明的是，表示待测物体倾斜时左右扭转的角度α对边长l的偏导数，表示待测物体倾斜时左右扭转的角度α对间距a′的偏导数，表示待测物体倾斜时左右扭转的角度α对间距b′的偏导数。
本实施例中，需要说明的是，表示待测物体倾斜时前后扭转的角度β对边长l的偏导数，表示待测物体倾斜时前后扭转的角度β对间距a′的偏导数，表示待测物体倾斜时前后扭转的角度β对间距b′的偏导数，表示待测物体倾斜时前后扭转的角度β对间距c′的偏导数。
本实施例中，实际连接时，所述第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13的输出端可通过RS485通信模块或者RS232通信模块与微处理器17相接，
本实施例中，所述微处理器17为STM32F103VET6微控制器。
本实施例中，采用LCA326T双轴倾角传感器，是因为其是非接触式测量，能实时输出姿态墙角，使用简单，且抗外界电磁干扰能力强，可适应在恶劣环境中长期工作，另外其利用地球重力远离，当其内部倾角单元倾斜时，地球重力在相应的摆锤上会产生重力的分量，相应的电容量会变化，通过对电容量处理放大，滤波，转换之后得到倾角，以数字信号输出，减少信号处理电路，连接方便。
本实施例中，需要说明的是，所述调节套管6-2与固定套管6-1内设置有供锁紧螺母7穿设的螺纹孔，以实现锁紧螺母7对调节套管6-2与固定套管6-1的锁紧。
本实施例中，设置报警器16，是为了当微处理器17判断待测物体发生倾斜时，微处理器17输出高电平，三极管Q2导通，蜂鸣器LS1获取高电平，蜂鸣器LS1报警提醒，从而及时提出预报，便于采取防治措施。
本实施例中，设置工作状态指示灯18，是为了微处理器17和其他各个模块工作时，微处理器17输出高电平，三极管Q3导通，发光二极管LED4亮用于指示，倾斜监测仪供电状态良好，确保倾斜监测仪正常工作。
本实施例中，三角支架的设置，是为了对承载机箱3进行支撑固定，且便于调节承载机箱3底部的倾斜角度，以使承载机箱上的激光检测装置发射的激光能水平投射至待测的建筑物、构筑物或者边坡上。
本实施例中，支腿固定座中设置U形安装座2的目的，是为了安装轴2-1的安装，便于支腿9的一端通过抱箍10套装在安装轴2-1上，以使调节好支腿9的倾斜角度后，通过抱箍10进行固定，调节方便。
本实施例中，活动套管机构的设置，是为了调节承载机箱3的高度，从而适应于不同高度的建筑物、构筑物或者边坡的倾斜的监测。
本实施例中，具体实施时，所述活动套管机构可更换为电动伸缩杆，还可加长活动套管机构的长度，以适应较高地待测物体。
本实施例中，设置承载机箱3，是为了在承载机箱内设置第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13，便于对第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13，以及红外激光发射器24和相机19进行保护，避免外界环境对激光测距传感器、红外激光发射器24和相机19造成损害，从而提高使用寿命，有效地适应长期实时检测。
本实施例中，设置第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13，是为了对待测的建筑物、构筑物或者边坡上三个不同位置处分别距离第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13的间距进行检测，且第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13均位于同一平面上，从而获取待测的建筑物、构筑物或者边坡的倾斜状态。
本实施例中，设置倾角传感器4，是为了对承载机箱3的底部的倾斜角度进行检测，以使承载机箱3的底部与地面成水平布设，从而使第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13投射的激光与地面成水平平行，为第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13的检测提供了准确的基准。同时，是为了红外激光发射器24所发出的激光光束与地面平行，以使红外激光发射器24发出的激光光束投射在待测物体上的测试靶标进行定位。
本实施例中，设置红外激光发射器24发射激光至待测物体的刻度标尺上，相机19拍摄激光照射点图像并发送至微处理器17，微处理器17控制显示屏15对拍摄的激光照射点图像进行显示，观测者通过对两次激光照射点图像中激光点的位置改变量，获取待测物体的沉降量。
本实施例中，设置测试靶标和基准靶标，简单易设，取材方便，成本低廉，可以是独立反光板，也可是具有反射激光功能的喷涂材料板，实现第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13测距。
本实施例中，测试之前，设置基准靶标，是为了获取第一激光测距仪11、第二激光测距传感器12和第三激光测距传感器13的测距的中误差。
综上所述，本发明设计合理，成本低，省时，省力，花费小，能获取建筑物、构筑物及边坡的倾斜、沉降、开裂等形变状态，实现实时监控，从而及时提出预报，便于采取防治措施，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种形变监测方法，该方法采用的装置包括机架和安装在所述机架上的形变检测模块，所述机架包括三角支架、安装在所述三角支架顶部的活动套管机构和安装在所述活动套管机构顶部的承载机箱(3)，所述形变检测模块包括倾斜检测模块和沉降监测模块，所述倾斜检测模块包括安装在承载机箱(3)的一侧面的第一激光测距传感器(11)、第二激光测距传感器(12)和第三激光测距传感器(13)，所述第一激光测距传感器(11)、第二激光测距传感器(12)和第三激光测距传感器(13)呈等边三角形布设，所述承载机箱(3)的顶部设置有防水盖(20)，且所述防水盖(20)的两端伸出承载机箱(3)处设置有防水弯折部(21)，第一激光测距仪(11)和第二激光测距仪(12)发射中心的连线与承载机箱(3)的一侧面的底边平行；
所述沉降监测模块包括安装在承载机箱(3)的一侧面的红外激光发射器(24)和相机(19)，所述承载机箱(3)内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有微处理器(17)和倾角传感器(4)，所述承载机箱(3)上设置有显示屏(15)、报警器(16)和工作状态指示灯(18)，所述第一激光测距传感器(11)、第二激光测距传感器(12)、第三激光测距传感器(13)、倾角传感器(4)、报警器(16)、工作状态指示灯(18)、显示屏(15)和相机(19)均与微处理器(17)连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、监测装置安装及空间坐标系的建立：
步骤101、将测试靶标贴装在待测物体的外表面上，并在测试靶标的正前方放置形变监测方法，使形变监测方法中承载机箱(3)底部距离地面的高度与测试靶标底部距离地面的高度相同；其中，测试靶标固定于待测物体高度的1/3处～1/2处，待测物体为建筑物、构筑物或边坡，所述测试靶标上设置有刻度尺，所述测试靶标为矩形靶标，所述测试靶标的长边与待测物体底部的一个侧边平行；
步骤102、调节所述三角支架，倾角传感器(4)对承载机箱(3)的底部与地面之间的倾斜角度进行检测，并将检测到的承载机箱(3)的底部与地面之间的倾斜角度发送至微处理器(17)，直至承载机箱(3)的底部与地面之间的倾斜角度等于零，以使第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)和第三激光测距仪(13)所发出的激光光束均与地面平行；其中，第一激光测距仪(11)和第二激光测距仪(12)发射中心的连线与地面平行，所述测试靶标的长边在第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)和第三激光测距仪(13)发射中心所在平面上的投影线与第一激光测距仪(11)和第二激光测距仪(12)发射中心的连线平行；
步骤103、以测试靶标中左下角顶点为原点o，过原点o且沿测试靶标的长边直线为Y轴，过原点o且垂直与地面的直线为Z轴，过原点o且与由Y轴与Z轴组成的YOZ平面垂直的直线为X轴，建立空间直角坐标系；其中，所述X轴的正向朝向第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)和第三激光测距仪(13)；
步骤二、待测物体倾斜角度的检测：
步骤201、待测物体初始倾斜的判断：
步骤2011、第一激光测距仪(11)发出的激光光束投射在测试靶标上形成A照射点，第二激光测距仪(12)发出的激光光束投射在测试靶标上形成B照射点，第三激光测距仪(13)发出的激光光束投射在测试靶标上形成C照射点，第一激光测距仪(11)获取第一激光测距仪(11)到A照射点的间距并记作a，第二激光测距仪(12)获取第二激光测距仪(12)到B照射点的间距并记作b，第三激光测距仪(13)获取第三激光测距仪(13)到C照射点的间距并记作c，并获取在空间直角坐标系下A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)；
步骤2012、采用微处理器(17)判断a＝b＝c是否成立，当a＝b＝c成立，则说明待测物体不存在初始倾斜，且xa＝xb＝xc＝0；
当a＝b＝c不成立，则说明待测物体存在初始倾斜；
步骤202、待测物体倾斜角度的获取：
步骤2021、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20211、第一激光测距仪(11)再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成A′照射点，第二激光测距仪(12)再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成B′照射点，第三激光测距仪(13)再次发出的激光光束投射在测试靶标上形成C′照射点，第一激光测距仪(11)获取第一激光测距仪(11)到A′照射点的间距并记作a′，第二激光测距仪(12)获取第二激光测距仪(12)到B′照射点的间距并记作b′，第三激光测距仪(13)获取第三激光测距仪(13)到C′照射点的间距并记作c′，并获取A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)；
步骤20212、采用微处理器(17)根据A′照射点的坐标A′(a-a′,ya,za)、B′照射点的坐标B′(b-b′,yb,zb)和C′照射点的坐标C′(c-c′,yc,zc)，获取向量和向量
步骤20213、根据第一激光测距仪(11)和第二激光测距仪(12)发射中心的连线与地面平行，得到zb＝za，且a＝b＝c，并将第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)、第三激光测距仪(13)围成等边三角形的边长记作l，化简向量和向量得到和向量
步骤20214、采用微处理器(17)根据得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20215、采用微处理器(17)根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度其中，待测物体的倾斜角度θ的取值范围为0°～90°；
步骤2022、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体的倾斜角度进行测量，具体过程如下：
步骤20221、采用微处理器(17)根据A照射点的坐标A(xa,ya,za)、B照射点的坐标B(xb,yb,zb)和C照射点的坐标C(xc,yc,zc)，得到向量和向量
步骤20222、采用微处理器(17)根据得到A照射点、B照射点和C照射点所在平面的法向量
步骤20223、重复步骤20211至步骤20214，得到A′照射点、B′照射点和C′照射点所在平面的法向量
步骤20224、根据公式并输入初始法向量得到待测物体的倾斜角度θ；
步骤203、待测物体倾斜时左右扭转的角度的获取：
步骤2031、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20311、将A′照射点和B′照射点投影到由X轴与Y轴组成的XOY平面上，得到A″照射点和B″照射点，并获取A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)；
步骤20312、采用微处理器(17)根据A″照射点的坐标A″(a-a′,ya,0)和B″照射点的坐标B″(b-b′,yb,0)，得到
步骤20313、采用微处理器(17)根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；其中，待测物体倾斜时左右扭转的角度α的取值范围为0°～90°；
步骤20314、采用微处理器(17)判断当a′<b′成立时，待测物体倾斜时逆时针扭转α角度；当a′>b′成立时，待测物体倾斜时顺时针扭转α角度；当a′＝b′成立时，待测物体倾斜时左右扭转角度等于零；
步骤2032、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
步骤20321、将A照射点和B照射点投影到XOY平面上，得到a″照射点和b″照射点，并获取a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)；
步骤20322、采用微处理器(17)根据a″照射点的坐标a″(xa,ya,0)和b″照射点的坐标b″(xb,yb,0)，得到向量
步骤20323、重复步骤20311和步骤20312，得到向量
步骤20324、采用微处理器(17)根据公式并输入由X轴和Z轴组成的XOZ平面的法向量得到待测物体倾斜时左右扭转的角度α；
步骤204、待测物体倾斜时前后扭转的角度的获取：
步骤2041、当待测物体不存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时前后扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器(17)根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；其中，当β>0时，待测物体向前倾斜；当β<0时，待测物体向后倾斜；待测物体的前侧是指靠近第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)和第三激光测距仪(13)；
步骤2042、当待测物体存在初始倾斜时，对待测物体倾斜时左右扭转的角度进行测量，具体过程如下：
采用微处理器(17)根据公式并输入由X轴和Y轴组成的XOY平面的法向量得到待测物体倾斜时前后扭转的角度β；
步骤三、待测物体倾斜状态的补偿：
步骤301、采用微处理器(17)对待测物体的倾斜角度θ求全微分，得到并采用微处理器(17)根据公式得到待测物体的倾斜角度的中误差mθ；其中，ml表示第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)、第三激光测距仪(13)围成等边三角形的边长l的中误差，ma′表示第一激光测距仪(11)测距的中误差，mb′表示第二激光测距仪(12)测距的中误差，mc′表示第三激光测距仪(13)测距的中误差；
步骤302、采用微处理器(17)对待测物体倾斜时左右扭转的角度α求全微分，得到并采用微处理器(17)根据公式得到待测物体倾斜时左右扭转的角度的中误差mα；
步骤303、采用微处理器(17)对待测物体倾斜时前后扭转的角度β求全微分，得到并采用微处理器(17)根据公式得到待测物体倾斜时前后扭转的角度的中误差mβ；
步骤304、采用微处理器(17)根据公式θ′＝θ+mθ，得到待测物体的较大补偿倾斜角度θ′；
步骤305、采用微处理器(17)根据公式α′＝α+mα，得到待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度α′；
步骤306、采用微处理器(17)根据公式β′＝β+mβ，得到待测物体倾斜时前后扭转的较大补偿角度β′；
步骤四、待测物体沉降状态的监测：
步骤401、在待测物体倾斜状态检测的过程中，红外激光发射器(11)发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成定位照射点，相机(19)对定位照射点图像进行拍摄，并发送至微处理器(17)，之后，相机(19)对定位照射点进行下一次拍摄，并发送至微处理器(17)，微处理器(17)将定位照射点图像和下一次拍摄到的定位照射点图像进行处理，得到定位照射点的像点位移dx；其中，定位照射点的像点位移是沿定位照射点图像的列方向，且定位照射点图像的列方向与待测物体的高度方向一致；
步骤402、采用微处理器(17)根据公式得到待测物体的沉降总变化值Δh；其中，u表示相机(19)和定位照射点的物距，f表示相机(19)的焦距；
步骤403、采用微处理器(17)根据公式Δh2＝h-h×cosβ′，得到待测物体倾斜高度变化量Δh2；其中，h表示红外激光发射器(11)发出的红外定位照射点投射在测试靶标上形成的定位照射点距离待测物体底部的初始高度；
步骤404、采用微处理器(17)根据公式Δh1＝Δh-Δh2，得到待测物体的沉降量Δh1；
步骤五、待测物体开裂状态的监测：
步骤501、相机(19)对待测物体的裂缝区域进行拍摄，并发送至微处理器(17)，微处理器(17)将裂缝区域图像进行处理，得到裂缝区域图像上裂缝最大宽度处的像素个数kx；
步骤502、采用微处理器(17)根据公式K＝kx×l′，得到待测物体的裂缝最大宽度K；其中，l′表示裂缝区域图像中单个像素点对应的实际距离；
步骤503、调节第一激光测距仪(11)发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第一激光测距仪(11)获取第一激光测距仪(11) 到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f1；第二激光测距仪(12)发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第二激光测距仪(12)获取第二激光测距仪(12)到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f2；采用微处理器(17)根据公式Wc1＝|f1-f2|，得到待测物体的第一裂缝错位距离Wc1；
步骤504、调节第三激光测距仪(13)发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪(13)获取第三激光测距仪(13)到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器(17)根据公式Wc2＝|f1-f3|，得到待测物体的第二裂缝错位距离Wc2；
步骤505、调节第二激光测距仪(12)发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的一侧，第二激光测距仪(12)获取第二激光测距仪(12)到待测物体的裂缝区域的一侧的距离并记作f′2；第三激光测距仪(13)发出的激光光束投射在待测物体的裂缝区域的另一侧，第三激光测距仪(13)获取第三激光测距仪(13)到待测物体的裂缝区域的另一侧的距离并记作f3；采用微处理器(17)根据公式Wc3＝|f′2-f3|，得到待测物体的第三裂缝错位距离Wc3；
步骤506、采用微处理器(17)根据公式得到待测物体的裂缝错位平均值
2.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：所述三角支架包括支腿固定座和多个均匀安装在所述支腿固定座周侧的支腿(9)，所述支腿(9)的数量不小于3个，所述支腿固定座包括圆柱体座(1)和多个均匀安装在所述圆柱体座(1)周侧的U形安装座(2)，所述U形安装座(2)内设置有供支腿(9)安装的安装轴(2-1)，所述支腿(9)的一端通过抱箍(10)套装在安装轴(2-1)上。
3.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：所述活动套管机构包括大套管(6-1)、安装在大套管(6-1)内且能上下调节的小套管(6-2)和对所述小套管(6-2)进行锁紧的锁紧螺母(7)，所述大套管(6-1)的底部安装在所述三角支架的顶部，所述小套管(6-2)的顶部设置有承载托盘(5)，所述承载机箱(3)安装在承载托盘(5)上。
4.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：所述倾角传感器(4)为LCA326T双轴倾角传感器，所述第一激光测距传感器(11)、第二激光测距传感器(12)和第三激光测距传感器(13)均是型号为SW-LDS50A的激光测距传感器，所述相机(19)是MT9V034摄像头。
5.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：倾斜变化速率具体过程如下：
步骤Ⅰ、采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体的较大补偿倾斜角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的较大补偿倾斜角度记作θ′(i)，然后根据得到待测物体的倾斜角度变化速率θs；i为正整数，且i>1；测量时刻T的取值范围为10h～25h；
步骤Ⅱ、采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时左右扭转的较大补偿角度记作α′(i)，然后根据得到待测物体左右扭转的角度变化速率αs；
步骤Ⅲ、采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体倾斜时前后扭转的补偿角度记作β′(i)，然后根据得到待测物体前后扭转的角度变化速率βs。
步骤Ⅳ、采用微处理器(17)判断θs>θy、αs>αy和βs>βy是否成立，
当θs>θy成立，说明待测物体倾斜速率大于倾斜速率阈值，微处理器(17)控制报警器(16)报警提醒；
当αs>αy成立，说明待测物体左右倾斜速率大于左右倾斜速率阈值，微处理器(17)控制报警器(16)报警提醒；
当βs>βy成立，说明待测物体前后倾斜速率大于前后倾斜速率阈值，微处理器(17)控制报警器(16)报警提醒。
6.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：所述倾斜速率阈值θy的取值范围为0.02～0.1，所述左右倾斜速率阈值αy的取值范围为0.02～0.1，所述前后倾斜速率阈值βy的取值范围为0.02～0.1。
7.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：步骤301中第一激光测距仪(11)、第二激光测距仪(12)、第三激光测距仪(13)围成等边三角形的边长l的中误差ml的取值范围为0.005m～0.01m；
第一激光测距仪(11)测距的中误差ma′的获取如下：
步骤A1、第一激光测距仪(11)发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第一激光测距仪(11)与基准靶标之间的间距发送至微处理器(17)，并将第一激光测距仪(11)第j次测量到的第一距离测量值记作L1(j)；
步骤A2、然后人工测量第一激光测距仪(11)与基准靶标之间的间距，得到第一距离真实值并记作Z1；
步骤A3、根据公式得到第一激光测距仪(11)测距的中误差ma′；
第二激光测距仪(12)测距的中误差mb′的获取如下：
步骤B1、第二激光测距仪(12)发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第二激光测距仪(12)与基准靶标之间的间距发送至微处理器(17)，并将第二激光测距仪(12)第j次测量到的第二距离测量值记作L2(j)；
步骤B2、然后人工测量第二激光测距仪(12)与基准靶标之间的间距，得到第二距离真实值并记作Z2；
步骤B3、根据公式得到第二激光测距仪(12)测距的中误差mb′；
第三激光测距仪(13)测距的中误差mc′的获取如下：
步骤C1、第三激光测距仪(13)发出的激光光束投射至基准靶标，将检测到的第三激光测距仪(13)与基准靶标之间的间距发送至微处理器(17)，并将第三激光测距仪(13)第j次测量到的第三距离测量值记作L3(j)；
步骤C2、然后人工测量第三激光测距仪(13)与基准靶标之间的间距，得到第三距离真实值并记作Z3；
步骤C3、根据公式得到第三激光测距仪(13)测距的中误差mc′；其中，N表示测量总次数，j和N均为正整数，且j的取值范围为1～N，N的取值为50～100。
8.按照权利要求1所述的一种形变监测方法，其特征在于：采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体的沉降量按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的沉降量记作Δh1(i)，然后根据得到待测物体沉降量的变化速率Δhs；
采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体的裂缝最大宽度按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝最大宽度记作K(i)，然后根据得到裂缝宽度的变化速率Ks；
采用微处理器(17)将得到的各个测量时刻的待测物体的待测物体的裂缝错位平均值按照时间先后顺序进行排序，并将第i个测量时刻得到的待测物体的裂缝错位平均值记作然后根据得到待测物体的裂缝错位变化速率Wcs。
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