CN110332890A - 一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地铁施工的技术领域，目的是提供一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法，属于地铁施工的技术领域，其中，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪包括监测座，监测座上设置有自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器，监测座上还设置有中央处理器，自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器均与中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，中央处理器通过无线传输单元与上位机通信。本发明具有便于对基坑边坡变形进行实时监测、无需人工操作、提高了操作人员的安全性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及地铁施工的技术领域，具体涉及一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法。
背景技术
水平变形监测是基坑及边坡、特别是深基坑和永久边坡支护工程的重要指标。在工程施工期间，随着基坑内土体的挖出，基坑支护结构两侧土体产生压力差，从而引起土体由基坑外侧向内侧的水平移动。通过水平变形监测，及时对监测数据进行分析处理，判断地层、支护结构的安全稳定性、判断基坑开挖施工对围护结构及周围环境的影响程度，能够控制施工安全以及降低基坑施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境和本身施工安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，提前采取预防措施，避免事故的发生。
授权公告号为CN201210570336.2的中国专利公开了一种基坑及边坡支护水平变形监测方法，施工步骤是：(a)基坑未开挖前，在基坑周边监测点布设位置挖出沟槽或孔，呈水平向；(b)成槽或成孔后下入钢筋根据设置监测点的破裂面位置，确定监测点布设钢筋自由段的长度和固定端位置，自由段外侧穿隔离塑料管，隔离塑料管管孔内侧用胶带封死，钢筋外露一端绑扎或焊接钢尺，钢尺刻度面朝上；(c)钢筋另一端采用水泥浆形成锚固体，钢筋自由段塑料管外进行注浆加固形成注浆体，地表开槽作业用砼加固；(d)孔口插入硬质塑料管，硬质塑料管露出坡体混凝土面墙，硬质塑料管外用水泥浆固定；(e)通过直接读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面墙外钢筋长度的方法进行数据采集，根据数据变化计算基坑水平位移；(f)根据设计和规范要求的基坑深部变形监测坡面位置，并根据设计和规范要求的监测频率，在基坑中部、下部重复a-e条布设监测点并进行数据采集，开展监测工作。
现有技术存在以下技术缺陷：上述监测方法需要人工读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面墙外钢筋长度的方法进行数据采集，一旦发生滑坡塌方就对操作人员的生命安全构成了威胁。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法，具有便于对基坑边坡变形进行实时监测、无需人工操作、提高了操作人员的安全性的优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，包括以下步骤：
S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2；
S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3；
S3:获取基坑边坡的目标点的三维位置信息，根据目标点的初始三维位置信息计算位移值，判断位移值是否大于位移最大阈值，若不是，执行S4，若是，执行S5；
S4：测量基坑边缘的角度值，判断角度值是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1；
S5：发送报警信息。
优选的，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)；
S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，
S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S4。
优选的，所述步骤S4还包括以下步骤：
S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；
S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；
S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；
S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；
S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。
一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，包括监测座，所述监测座上设置有自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器，所述监测座上还设置有中央处理器，所述自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器均与所述中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，所述中央处理器通过所述无线传输单元与上位机通信。
通过采用上述技术方案，自动测角仪用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并发送至中央处理器，多个图像传感器均用于拍摄基坑的图像并发送至中央处理器，北斗定位器用于检测本监测仪的位置信息并发送至中央处理器。中央处理器接收了当前时刻的自动测角仪检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度与大于角度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。中央处理器接收了多个图像传感器拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于中央处理器中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器建立初始坐标数据发送至中央处理器，在监测过程中，北斗定位器发送实时坐标至中央处理器，中央处理器根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于中央处理器内预设的位移最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。
优选的，所述图像传感器的数量为四个，所述监测座上开设有四个安装槽，四个所述安装槽分别位于所述监测座的四周，四个所述图像传感器分别安装在四个所述安装槽内。
通过采用上述技术方案，使得本监测仪能同时从四个方向获取基坑图像。
优选的，所述自动测角仪包括X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器，所述X轴红外测距传感器用于沿竖直向下的方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述Y轴红外测距传感器用于沿水平方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器均与中央处理器电性连接。
优选的，所述监测座上设置有太阳能电池板及蓄电池，所述太阳能电池板与蓄电池电性连接，所述蓄电池与自动测角仪、北斗定位器、警报器、中央处理器及多个图像传感器电性连接。
通过采用上述技术方案，使得自动测角仪、北斗定位器、警报器、中央处理器及多个图像传感器均由太阳能电池板转化的电能供电，达到增大本监测仪在户外的实用性的效果。
优选的，所述无线传输单元为GPRS无线传输单元。
通过采用上述技术方案，GPRS无线传输单元无距离限制，达到增大本监测仪在户外的实用性的效果。
优选的，还包括底座，所述底座上转动设置有支撑柱，所述支撑柱上固定设置有所述监测座，所述底座背离监测座的一侧设置有多个螺栓三叉支架，所述螺栓三叉支架包括中心柱及三根侧柱，所述中心柱的一端与底座固定连接，所述中心柱上开设有三个螺纹连接口，三个所述螺纹连接口围绕中心柱的轴线设置，三根侧柱分别通过三个螺纹接口与中心柱螺纹连接，三根侧柱远离中心柱的一端向下倾斜设置。
通过采用上述技术方案，多个螺栓三叉支架的三根侧柱与基坑抵接，增大了本监测仪安装在基坑上的稳定形，达到在一定程度上减少本监测仪的侧翻情况的效果。
优选的，所述底座上设置有驱动所述支撑柱绕中心柱的轴线转动的驱动件，所述驱动件包括伺服电机、主动齿轮及与主动齿轮啮合的从动齿轮，所述从动齿轮的内圈与支撑柱同轴连接，所述伺服电机固定安装在底座上，所述伺服电机的输出轴与主动齿轮同轴连接，所述伺服电机与中央处理器电性连接。
通过采用上述技术方案，需要调整多个图像传感器的拍摄位置时，中央控制器控制伺服电机工作，使得伺服电机的输出轴带动主动齿轮转动，从而使得主动齿轮带动从动齿轮转动，使得支撑柱转动，带动监测座转动，从而达到调整多个图像传感器的拍摄位置的效果。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、本发明具有便于对基坑边坡变形进行实时监测、无需人工操作、提高了操作人员的安全性的优点；
2、本发明的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪的底座背离监测座的一侧设置有多个螺栓三叉支架，具有提高本监测仪放置在基坑内的稳定性的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明用于展示太阳能电池板的结构示意图；
图3为本发明用于展示一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法的步骤示意图；
图4为本发明的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法用于展示基坑边缘的倾斜角度的测量的示意图。
图中，1、监测座；11、安装槽；12、太阳能电池板；13、支撑柱；2、自动测角仪；3、北斗定位器；4、警报器；5、图像传感器；6、底座；7、螺栓三叉支架；71、中心柱；72、侧柱；8、驱动件；81、伺服电机；82、主动齿轮；83、从动齿轮。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～4，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1、2，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，包括监测座1，监测座1上设置有自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4及四个图像传感器5。监测座1上开设有四个安装槽11，四个安装槽11分别位于监测座1的四周，四个图像传感器5分别安装在四个安装槽11内。监测座1上还设置有中央处理器，自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4及四个图像传感器5均与中央处理器电性连接。本实施例中，图像传感器5为360°高清全景摄像头，中央处理器为基于单片机的中央处理器，上位及为PC机，警报器4为声光报警器。底座6上还设置有GPRS无线传输单元，中央处理器通过GPRS无线传输单元与上位机通信。监测座1上设置有太阳能电池板12及蓄电池，本实施例中，蓄电池为锂电池。太阳能电池板12与蓄电池电性连接，蓄电池与自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4、中央处理器及四个图像传感器5电性连接，蓄电池用于给自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4、中央处理器及四个图像传感器5供电。自动测角仪2包括X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器。X轴红外测距传感器用于沿竖直向下的方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，Y轴红外测距传感器用于沿水平方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器均与中央处理器电性连接。
自动测角仪2用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并发送至中央处理器，四个图像传感器5均用于从四个方向拍摄基坑的图像并发送至中央处理器，北斗定位器3用于检测本监测仪的位置信息并发送至中央处理器。
参照图3，本实施中，中央控制器通过一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法对接收的信息进行处理。
参照图3、4，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，包括以下步骤：
S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2。
S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31。
S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)。
S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，
S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S41。
S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；
S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；
S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；
S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；
S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。
S5：发送报警信息。
接收了当前时刻的自动测角仪2检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度超过角度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。中央处理器接收了四个图像传感器5拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于中央处理器中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器3建立初始坐标数据发送至中央处理器，在监测过程中，北斗定位器3发送实时坐标至中央处理器，中央处理器根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于中央处理器内预设的位移最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。
参照图1、2，本监测仪还包括底座6，底座6上穿设有第二轴承，第二轴承的内圈过盈配合有支撑柱13，支撑柱13垂直与底座6。支撑柱13上固定设置有监测座1，底座6背离监测座1的一侧设置有四个螺栓三叉支架7，本实施中，四个螺栓三叉支架7分别位于底座6的四周。螺栓三叉支架7包括中心柱71及三根侧柱72，中心柱71的一端与底座6固定连接，中心柱71上开设有三个螺纹连接口，三个螺纹连接口围绕中心柱71的轴线设置，三根侧柱72分别通过三个螺纹接口与中心柱71螺纹连接，三根侧柱72远离中心柱71的一端向下倾斜设置。在将本监测仪放置在基坑内时，四个螺栓三叉支架7的三根侧柱72与基坑抵接，增大了本监测仪安装在基坑上的稳定形，在一定程度上减少本监测仪的侧翻情况。底座6上设置有驱动支撑柱13绕中心柱71的轴线转动的驱动件8，驱动件8包括伺服电机81、主动齿轮82及与主动齿轮82啮合的从动齿轮83，从动齿轮83的内圈与支撑柱13同轴连接，伺服电机81固定安装在底座6上，伺服电机81的输出轴与主动齿轮82同轴连接，伺服电机81与中央处理器电性连接。本实施例中，伺服电机81还与蓄电池连接，蓄电池还用与给伺服电机81供电，主动齿轮82及从动齿轮83均为外齿轮。
需要调整四个图像传感器5的拍摄位置时，中央控制器控制伺服电机81工作，使得伺服电机81的输出轴带动主动齿轮82转动，从而使得主动齿轮82带动从动齿轮83转动，使得支撑柱13转动，带动监测座1转动，从而调整四个图像传感器5的拍摄位置。
本实施例的实施原理为：使用本监测仪前，操作人员先将本监测仪放置在基坑内时，使得四个螺栓三叉支架7的三根侧柱72与基坑抵接。通过中央控制器控制伺服电机81工作，使得伺服电机81的输出轴带动主动齿轮82转动，从而使得主动齿轮82带动从动齿轮83转动，使得支撑柱13转动，带动监测座1转动，从而调整四个图像传感器5的拍摄位置。在进行基坑边坡变形检测的过程中，自动测角仪2用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并发送至中央处理器，四个图像传感器5均用于从四个方向拍摄基坑的图像并发送至中央处理器，北斗定位器3用于检测本监测仪的位置信息并发送至中央处理器。本实施例中，中央处理器接收了当前时刻的自动测角仪2检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度大于角度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。中央处理器接收了四个图像传感器5拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于中央处理器中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器3建立初始坐标数据发送至中央处理器，在监测过程中，北斗定位器3发送实时坐标至中央处理器，中央处理器根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于中央处理器内预设的位移最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过GPRS无线传输单元向上位机发送信息。
实施例2
参照图1、2，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，包括监测座1，监测座1上设置有自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4及四个图像传感器5。监测座1上开设有四个安装槽11，四个安装槽11分别位于监测座1的四周，四个图像传感器5分别安装在四个安装槽11内。监测座1上还设置有中央处理器，自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4及四个图像传感器5均与中央处理器电性连接。本实施例中，图像传感器5为360°高清全景摄像头，中央处理器为基于单片机的中央处理器，上位及为PC机，警报器4为声光报警器。底座6上还设置有GPRS无线传输单元，中央处理器通过GPRS无线传输单元与上位机通信。监测座1上设置有太阳能电池板12及蓄电池，本实施例中，蓄电池为锂电池。太阳能电池板12与蓄电池电性连接，蓄电池与自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4、中央处理器及四个图像传感器5电性连接，蓄电池用于给自动测角仪2、北斗定位器3、警报器4、中央处理器及四个图像传感器5供电。
自动测角仪2用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并并通过中央处理器发送至上位机，四个图像传感器5均用于从四个方向拍摄基坑的图像并通过中央处理器发送至上位机，北斗定位器3用于检测本监测仪的位置信息并通过中央处理器发送至上位机。
参照图3，本实施中，由上位机通过一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法对接收的信息进行处理。
参照图3、4，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，包括以下步骤：
S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2。
S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S31。
S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)。
S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，
S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S41。
S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；
S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；
S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；
S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；
S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。
S5：发送报警信息。
上位机接收了当前时刻的自动测角仪2检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度超过角度最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。本实施中，中央处理器将自动测角仪2、北斗定位器3及四个图像传感器5监测的信息，发送至上位机。上位机接收了四个图像传感器5拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于中央处理器中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器3建立初始坐标数据通过中央处理器发送至上位机，在监测过程中，北斗定位器3发送实时坐标中央处理器将实时坐标发送至上位机内，上位机根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于上位机内预设的位移最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。
参照图1、2，本监测仪还包括底座6，底座6上穿设有第二轴承，第二轴承的内圈过盈配合有支撑柱13，支撑柱13垂直与底座6。支撑柱13上固定设置有监测座1，底座6背离监测座1的一侧设置有四个螺栓三叉支架7，本实施中，四个螺栓三叉支架7分别位于底座6的四周。螺栓三叉支架7包括中心柱71及三根侧柱72，中心柱71的一端与底座6固定连接，中心柱71上开设有三个螺纹连接口，三个螺纹连接口围绕中心柱71的轴线设置，三根侧柱72分别通过三个螺纹接口与中心柱71螺纹连接，三根侧柱72远离中心柱71的一端向下倾斜设置。在将本监测仪放置在基坑内时，四个螺栓三叉支架7的三根侧柱72与基坑抵接，增大了本监测仪安装在基坑上的稳定形，在一定程度上减少本监测仪的侧翻情况。底座6上设置有驱动支撑柱13绕中心柱71的轴线转动的驱动件8，驱动件8包括伺服电机81、主动齿轮82及与主动齿轮82啮合的从动齿轮83，从动齿轮83的内圈与支撑柱13同轴连接，伺服电机81固定安装在底座6上，伺服电机81的输出轴与主动齿轮82同轴连接，伺服电机81与中央处理器电性连接。本实施例中，伺服电机81还与蓄电池连接，蓄电池还用与给伺服电机81供电，主动齿轮82及从动齿轮83均为外齿轮。
需要调整四个图像传感器5的拍摄位置时，中央控制器控制伺服电机81工作，使得伺服电机81的输出轴带动主动齿轮82转动，从而使得主动齿轮82带动从动齿轮83转动，使得支撑柱13转动，带动监测座1转动，从而调整四个图像传感器5的拍摄位置。
本实施例的实施原理为：使用本监测仪前，操作人员先将本监测仪放置在基坑内时，使得四个螺栓三叉支架7的三根侧柱72与基坑抵接。通过中央控制器控制伺服电机81工作，使得伺服电机81的输出轴带动主动齿轮82转动，从而使得主动齿轮82带动从动齿轮83转动，使得支撑柱13转动，带动监测座1转动，从而调整四个图像传感器5的拍摄位置。在进行基坑边坡变形检测的过程中，自动测角仪2用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并发送至中央处理器，四个图像传感器5均用于从四个方向拍摄基坑的图像并发送至中央处理器，北斗定位器3用于检测本监测仪的位置信息并通过中央处理器发送至上位机。上位机接收了当前时刻的自动测角仪2检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度超过角度最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。本实施中，中央处理器将自动测角仪2、北斗定位器3及四个图像传感器5监测的信息，发送至上位机。上位机接收了四个图像传感器5拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于上位机中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器3建立初始坐标数据通过中央处理器发送至上位机，在监测过程中，北斗定位器3发送实时坐标中央处理器将实时坐标发送至上位机内，上位机根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于上位机内预设的位移最大阈值时，上位机通过GPRS无线传输单元发送控制信息至中央处理器，使得中央处理器控制报警器报警。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“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，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。
Claims (10)
1.一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2；
S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3；
S3:获取基坑边坡的目标点的三维位置信息，根据目标点的初始三维位置信息计算位移值，判断位移值是否大于位移最大阈值，若不是，执行S4，若是，执行S5；
S4：测量基坑边缘的角度值，判断角度值是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1；
S5：发送报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)；
S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，
S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S4。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括以下步骤：
S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；
S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；
S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；
S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；
S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。
4.一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：包括监测座(1)，所述监测座(1)上设置有自动测角仪(2)、北斗定位器(3)、警报器(4)及多个图像传感器(5)，所述监测座(1)上还设置有中央处理器，所述自动测角仪(2)、北斗定位器(3)、警报器(4)及多个图像传感器(5)均与所述中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，所述中央处理器通过所述无线传输单元与上位机通信。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：所述图像传感器(5)的数量为四个，所述监测座(1)上开设有四个安装槽(11)，四个所述安装槽(11)分别位于所述监测座(1)的四周，四个所述图像传感器(5)分别安装在四个所述安装槽(11)内。
6.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：所述自动测角仪(2)包括X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器，所述X轴红外测距传感器用于沿竖直向下的方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述Y轴红外测距传感器用于沿水平方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器均与中央处理器电性连接。
7.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：所述监测座(1)上设置有太阳能电池板(12)及蓄电池，所述太阳能电池板(12)与蓄电池电性连接，所述蓄电池与自动测角仪(2)、北斗定位器(3)、警报器(4)、中央处理器及多个图像传感器(5)电性连接。
8.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：所述无线传输单元为GPRS无线传输单元。
9.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：还包括底座(6)，所述底座(6)上转动设置有支撑柱(13)，所述支撑柱(13)上固定设置有所述监测座(1)，所述底座(6)背离监测座(1)的一侧设置有多个螺栓三叉支架(7)，所述螺栓三叉支架(7)包括中心柱(71)及三根侧柱(72)，所述中心柱(71)的一端与底座(6)固定连接，所述中心柱(71)上开设有三个螺纹连接口，三个所述螺纹连接口围绕中心柱(71)的轴线设置，三根侧柱(72)分别通过三个螺纹接口与中心柱(71)螺纹连接，三根侧柱(72)远离中心柱(71)的一端向下倾斜设置。
10.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：所述底座(6)上设置有驱动所述支撑柱(13)绕中心柱(71)的轴线转动的驱动件(8)，所述驱动件(8)包括伺服电机(81)、主动齿轮(82)及与主动齿轮(82)啮合的从动齿轮(83)，所述从动齿轮(83)的内圈与支撑柱(13)同轴连接，所述伺服电机(81)固定安装在底座(6)上，所述伺服电机(81)的输出轴与主动齿轮(82)同轴连接，所述伺服电机(81)与中央处理器电性连接。
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