CN110926415A - 一种自动化结构物沉降观测光电系统及观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化结构物沉降观测光电系统，包括基准桩、激光检测终端、数据通讯网络及基于AI平台的数据处理器，基准桩对分布在待观测结构物两侧，激光检测终端分别位于各基准桩和待观测结构物侧表面，基准桩及各激光检测终端均通过数据通讯网络与基于AI平台的数据处理器连接。其观测方法包括设备装配，数据设及沉降检测三个步骤。本发明一方面有效克服了传统设备因环境因素导致相邻检测设备无法在同一直线上就无法进行检测的弊端；另一方面检测精度高，检测数据全面，可同时实现对多标的物进行连续沉降位移方向、沉降位移量进行同步且精准检测。

Description

一种自动化结构物沉降观测光电系统及观测方法

技术领域

本发明涉及一种自动化结构物沉降观测光电系统及显示方法，属工程检测技术领域。

背景技术

目前，沉降检测主要采用检测桩、沉降杯、沉降板、磁环沉降仪、水压式剖面沉降仪和水平测斜仪、智能全站仪、各类静力水准仪(包括光纤光栅式、电容式、CCD式)、压 力变送器等。这些检测设备效率低、误差大、成本高、测量参数不全面，安装十分复杂。难以在大规模的铁路工程中广泛中使用。

针对这一问题，当前开发出了诸如申请号“201410013970.5”的“一种基于准直激光成像的桥墩沉降在线检测与预警系统”的全新的激光沉降检测系统，这类检测系统虽然克服了传统检测设备运行的诸多不足，运行效率且检测精度高，但在运行中，一方面用于沉降检测激光检测系统需要配备激光发射器和基于光敏传感器的标靶，以此达到检测的目的，因此导致检测系统必须保持在同一与水平面平行的直线方向上方可进行，当因实际地理地质环境干扰而无法确保检测设备处于同一直线方向时，则无法实现检测需要，因此当前这类检测系统的环境适应性和使用灵活性差；另一方面在检测中，当前的检测设备由于仅能通过标靶进行检测作业，因此无法同时时间准直、测距及计算为依托的检测作业，从而导致检测精度相对较差，尤其是当位于中间位置待检测标的物上的检测系统因偏移时，以及导致前方检测系统发射激光与后侧激光标靶直接接触，从而造成无法及时准确发现偏移现象，从而影响了检测精度和可靠性，此外价值当前这类检测设备缺少必要的测距等能力，因此也无法根据实际发生沉降偏移的沉降量进行精确计算，并根据检测结果对未来沉降情况进行科学准确的预判，从而严重影检测精度的同时，也为后续施工设计、科研及维护造成了较大的影响，难以有效满足使用的需要。

此外，当前在进行沉降检测作业时，均需要依赖德国徕卡公司的水准仪产品及美国天宝公司的水准仪产品才能确保0.3 mm的检测精度（国家精密二等水准）的规范，因此检测工作及设备维护成本高，且配备的铟钢尺在检测作业中损耗严重，进一步增了检测工作及设备维护成本高，同时也导致检测精度受到极大的影响。

因此，针对这一问题，迫切需要开发一种全新的沉降检测系统及检测方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种自动化结构物沉降观测光电系统及方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种自动化结构物沉降观测光电系统，包括基准桩、激光检测终端、数据通讯网络及基于AI智能平台的数据处理器，所述基准桩共两个，对分布在待观测结构物两侧，与待观测结构物轴线平行分布并与待观测结构物分布在同一方向上，且待观测结构物若干并分布在同一方向上，激光检测终端若干，分别位于各基准桩和待观测结构物侧表面并分布在同一方向上，且激光检测终端光轴与基准桩和待观测结构物上端面间间距不小于基准桩和待观测结构物高度的1/2，基准桩及各激光检测终端均通过数据通讯网络与基于AI智能平台的数据处理器连接。

进一步的，所述的基准桩包括承载底座、柱体、液压式静力水准仪，所述承载底座为横断面呈矩形板状结构，且承载底座与水平面平行分布，所述承载底座上端面与柱体垂直连接并同轴分布，所述液压式静力水准仪至少一个，嵌于承载底座上端面并与数据通讯网络连接。

进一步的，所述的激光检测终端包括定位机架、承载机体、激光互感器、全站仪补偿器、旋转底座、蓄电池组、太阳能电池板、通讯模块、接线端口及嵌入式AI智能微电脑，所述定位机架包括竖直连接板、横向连接板、太阳能电池板承载座，所述竖直连接板、横向连接板均为横断面为矩形的板状结构，其中所述横向连接板一端与竖直连接板前端面连接并垂直分布，所述竖直连接板、横向连接板共同构成“丄”字形结构，其中所述竖直连接板与水平面垂直分布，其后端面与基准桩和待观测结构物侧表面连接，所述横向连接板上设调节孔，所述调节孔为与横向连接板同轴分布的长孔，且调节孔长度为横向连接板长度的50%—90%，所述太阳能电池板承载座与横向连接板前端上表面铰接，并与横向连接板上端面呈0°—180°夹角，所述太阳能电池板承载座前端面与至少一个太阳能电池板连接，所述承载机体通过旋转底座与横向连接板下端面连接，且旋转底座通过调节螺栓分别与调节孔滑动连接，所述承载机体与旋转底座同轴分布，其轴线与水平面呈30°—180°夹角，所述承载机体为密闭腔体结构，所述蓄电池组、通讯模块及嵌入式AI智能微电脑均嵌于承载机体内，且所述嵌入式AI智能微电脑分别与蓄电池组、通讯模块电气连接，所述接线端口至少两个，嵌于承载机体侧表面并分别与蓄电池组、太阳能电池板、通讯模块电气连接，所述激光互感器至少两个，以承载机体轴线对称分布在承载机体外侧面，所述激光互感器通过全站仪补偿器与承载机体外表面连接并与全站仪补偿器同轴分布，所述激光互感器轴线与承载机体轴线垂直并相交，所述全站仪补偿器与承载机体间通过三维转台机构相互连接，且承载机体外侧的两个激光互感器、全站仪补偿器及三维转台机构间均相互并联并分别与嵌入式AI智能微电脑电气连接，此外，所述激光互感器上另设雨刷器和温湿度传感器，所述雨刷器与承载机体铰接并与激光互感器前端面相抵并滑动连接，所述温湿度传感器与承载机体外表面连接，且所述雨刷器和温湿度传感器均与嵌入式AI智能微电脑电气连接。

进一步的，所述的定位机架和承载机体上均设一个三轴陀螺仪，且所述三维陀螺仪分别与嵌入式AI智能微电脑电气连接。

进一步的，所述的接线端口包括电源接线端口、串口通讯端口、网络通讯端口、USB接线端口中的任意一种或几种公用；所述通讯模块为物联网通讯模块、互联网通讯模块中的任意一种，且通讯模块包括至少一个无线通讯单元和至少一个在线通讯单元。

进一步的，所述的基准桩上激光检测终端与相邻的待观测结构物的激光检测终端同轴分布，且光轴与水平面呈0°—180°夹角，与各待观测结构物分布直线方向呈0°—180°夹角；相邻两个待观测结构物上激光检测终端光轴水平面呈±45°夹角并沿各待观测结构物分布直线方向分布。

进一步的，所述的数据通讯网络为工业以太网、物联网、互联网及局域网中的任意一种。

进一步的，所述的数据通讯网络与基准桩、激光检测终端及基于AI平台的数据处理器间通过智能网关连接。

一种基于自动化结构物沉降观测光电系的沉降观测方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据待检测结构物数量、分布位置及周边地理、地质条件，在待检测结构物两端位置处分别设一个基准桩，然后在各待检测结构物和基准状上分别安装一个激光检测终端，并使各激光检测终端、基准桩及待检测结构物分布在同一与水平面垂直分布的平面内，并使相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端同轴分布，最后将各基准桩及激光检测终端一方面与外部电源系统电气连接，另一方面通过数据通讯网络与基于AI智能平台的数据处理器建立数据连接；

S2，数据设置，完成S1步骤后，首先设定基准桩坐标为检测标定点，然后采集基准桩与相邻的待检测结构物间间距及相邻两个待检测结构物之间间距Z，接着通过各激光检测终端上的旋转底座、全站仪补偿器及三维陀螺仪对当前各激光检测终端与水平面位置夹角值，及激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值，获得激光互感器初夹角始值X，同时通过相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端之间间距值Y，最后根据激光检测终端与水平面位置夹角值、激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值及激光检测终端之间间距值构建若干虚拟检测三角形监控面域，并存储AI平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中备用；

S3，沉降检测，完成S2步骤后即可进行检测作业，且检测作业中各数据均在AI平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中进行相应运行及通讯处理，其中在检测作业中分为基准桩沉降检测和基准桩稳定检测两种状态，具体为：

基准桩沉降检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩同时发生位移沉降时，对位移沉降量进行采集，获得初始沉降值，然后再次通过基准桩与相邻待检测结构物上的激光检测终端之间的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，获得基准桩与相邻待检测结构物间矫正沉降值，最后将与基准桩相邻的待检测结构物与相邻结构物间激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，然后将获得的数值与S2步骤相应数据进行对比，若对比后数据与S2步骤数据一致，则进基准桩发生沉降，并以与基准桩相邻的待检测结构物为临时基准桩进行有序各待检测结构物间沉降检测作业；

基准桩稳定检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩或其中一个基准桩未发生位移沉降时，则以未发生沉降基准桩为检测标定，并于该基准桩相邻的待检测结构物的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，若数据与S2步骤一致，则该待检测结构物未发生沉降，并以该未沉降待检测结构物为临时基准桩对与其相邻的后续待检测结构物进行激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并对检测结果与S2步骤检测相应数据进行比对，从而达到连续循环检测各检测结构物沉降情况及具体沉降量检测目的；

完成沉降检测后，由AI平台的数据处理器按新检测的发生沉降待检测结构物相应的检测数值生成新型虚拟检测三角形监控面域，并将新的虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域各边变成、高、各角度值及面积进行比对，从而获得发生沉降待检测结构物沉降虚拟动态预判模型。

进一步的，所述的S3步骤中，具体沉降值计算函数为：

H:两结构物及结构物与基准桩间距；

:第一次基准桩与相邻结构物间初始角度值；

：基准桩相邻结构物一次沉降后与基准桩间沉降后角度值

：相邻两个结构物间初始角度值；

相邻两个结构物一次沉降后角度值；

此外，当检测到某一待检测结构物发生沉降时，则以发生沉降待检测结构物及沿检测方向位于该待检测结构物前方和后方各一个未发生沉降待检测结构物在内的共三个待检测结构物构成一个检测组，然后通过发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物数值进行采集并与S2步骤相应数据比对，及发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物间虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域进行比对，从而达到对发生沉降待检测结构物沉降状态及沉降量进行矫正确认；

当待检测结构物经过检测发生沉降现象时，对沉降量进行记录并上传至AI智能平台的数据处理器中存储，同时对发生沉降后待检测结构物当前值进行置0作业并重新进行检测，并在再次发生沉降时，由AI智能平台的数据处理器对当前检测沉降值与上次检测沉降值进行累积计算，计算结果作为当前该待检测结构物实际沉降值，并在完成计算后对当前待检测结构物再次置0并进行重复检测。

本发明一方面系统构成结构简单，通用性好，运行维护成本低廉，连续运行能力强，环境适应性好，有效克服了传统设备因环境因素导致相邻检测设备无法在同一直线上就无法进行检测的弊端；另一方面检测精度高，检测数据全面，可同时实现对多标的物进行连续沉降位移方向、沉降位移量进行同步且精准检测，并另可根据检测结果获得准确的沉降位移发生预判动态模型，从而为后续加固、修复施工及工程设计和研究体统准确依据。

此外，本发明检测作业时，由于采用激光互感绝对角度原理，还可对隧道及路基进行实时监测，兼容性强，不受环境及其他情况影响，对隧道拱顶沉降及地铁沉降可制定指定方案来进行实时测量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为基准桩结构示意图；

图3为激光检测终端局部结构示意图；

图4本发明观测方法流程示意图。

具体实施方式

如图1—3所示，一种自动化结构物沉降观测光电系统，包括基准桩1、激光检测终端2、数据通讯网络3及基于AI平台的数据处理器4，所述基准桩1共两个，对分布在待观测结构物5两侧，与待观测结构物5轴线平行分布并与待观测结构物5分布在同一方向上，且待观测结构物5若干并分布在同一方向上，激光检测终端2若干，分别位于各基准桩1和待观测结构物5侧表面并分布在同一方向上，且激光检测终端2光轴与基准桩1和待观测结构物5上端面间间距不小于基准桩1和待观测结构物5高度的1/2，基准桩1及各激光检测终端2均通过数据通讯网络3与基于AI平台的数据处理器4连接。

特别指出的，所述的基准桩1包括承载底座101、柱体102、液压式静力水准仪103，所述承载底座101为横断面呈矩形板状结构，且承载底座101与水平面平行分布，所述承载底座101上端面与柱体102垂直连接并同轴分布，所述液压式静力水准仪103至少一个，嵌于承载底座101上端面并与数据通讯网络3连接。

重点说明的，所述的激光检测终端2包括定位机架21、承载机体22、激光互感器23、全站仪补偿器24、旋转底座25、蓄电池组26、太阳能电池板27、通讯模块28、接线端口29及嵌入式AI智能微电脑20，所述定位机架21包括竖直连接板211、横向连接板212、太阳能电池板承载座213，所述竖直连接板211、横向连接板212均为横断面为矩形的板状结构，其中所述横向连接板212一端与竖直连接板211前端面连接并垂直分布，所述竖直连接板211、横向连接板212共同构成“丄”字形结构，其中所述竖直连接板211与水平面垂直分布，其后端面与基准桩1和待观测结构物5侧表面连接，所述横向连接板212上设调节孔214，所述调节孔214为与横向连接板212同轴分布的长孔，且调节孔214长度为横向连接板212长度的50%—90%，所述太阳能电池板承载座213与横向连接板212前端上表面铰接，并与横向连接板212上端面呈0°—180°夹角，所述太阳能电池板承载座213前端面与至少一个太阳能电池板27连接，所述承载机体22通过旋转底座25与横向连接板212下端面连接，且旋转底座25通过调节螺栓215分别与调节孔214滑动连接，所述承载机体22与旋转底座25同轴分布，其轴线与水平面呈30°—180°夹角，所述承载机体22为密闭腔体结构，所述蓄电池组26、通讯模块28及嵌入式AI智能微电脑20均嵌于承载机体22内，且所述嵌入式AI智能微电脑20分别与蓄电池组26、通讯模块28电气连接，所述接线端口29至少两个，嵌于承载机体22侧表面并分别与蓄电池组26、太阳能电池板27、通讯模块28电气连接，所述激光互感器23至少两个，以承载机体22轴线对称分布在承载机体22外侧面，所述激光互感器23通过全站仪补偿器24与承载机体22外表面连接并与全站仪补偿器24同轴分布，所述激光互感器24轴线与承载机体22轴线垂直并相交，所述全站仪补偿器24与承载机体22间通过三维转台机构201相互连接，且承载机体22外侧的两个激光互感器23、全站仪补偿器24及三维转台机构201间均相互并联并分别与嵌入式AI智能微电脑20电气连接。

此外，所述激光互感器23上另设雨刷器215和温湿度传感器216，所述雨刷器215与承载机体22铰接并与激光互感器23前端面相抵并滑动连接，所述温湿度传感器216与承载机体22外表面连接，且所述雨刷器215和温湿度传感器216均与嵌入式AI智能微电脑20电气连接。

进一步优化的，所述的定位机架21和承载机体22上均设一个三轴陀螺仪6，且所述三维陀螺仪6分别与嵌入式AI智能微电脑20电气连接。

进一步优化的，所述的接线端口29包括电源接线端口、串口通讯端口、网络通讯端口、USB接线端口中的任意一种或几种公用；所述通讯模块28为物联网通讯模块、互联网通讯模块中的任意一种，且通讯模块28包括至少一个无线通讯单元和至少一个在线通讯单元。

值得注意的，所述的基准桩1上激光检测终端2与相邻的待观测结构物5的激光检测终端同轴分布，且光轴与水平面呈0°—180°夹角，与各待观测结构物5分布直线方向呈0°—180°夹角；相邻两个待观测结构物5上激光检测终端2光轴水平面呈±45°夹角并沿各待观测结构物5分布直线方向分布。

进一步优化的，所述的数据通讯网络3为工业以太网、物联网、互联网及局域网中的任意一种。

本实施例中，所述的数据通讯网络3与基准桩1、激光检测终端2及基于AI平台的数据处理器4间通过智能网关连接。

如图4所示，一种基于自动化结构物沉降观测光电系的沉降观测方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据待检测结构物数量、分布位置及周边地理、地质条件，在待检测结构物两端位置处分别设一个基准桩，然后在各待检测结构物和基准状上分别安装一个激光检测终端，并使各激光检测终端、基准桩及待检测结构物分布在同一与水平面垂直分布的平面内，并使相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端同轴分布，最后将各基准桩及激光检测终端一方面与外部电源系统电气连接，另一方面通过数据通讯网络与基于AI智能平台的数据处理器建立数据连接；

S2，数据设置，完成S1步骤后，首先设定基准桩坐标为检测标定点，然后采集基准桩与相邻的待检测结构物间间距及相邻两个待检测结构物之间间距Z，接着通过各激光检测终端上的旋转底座、全站仪补偿器及三维陀螺仪对当前各激光检测终端与水平面位置夹角值，及激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值，获得激光互感器初夹角始值X，同时通过相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端之间间距值Y，最后根据激光检测终端与水平面位置夹角值、激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值及激光检测终端之间间距值构建若干虚拟检测三角形监控面域，并存储AI平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中备用；

S3，沉降检测，完成S2步骤后即可进行检测作业，且检测作业中各数据均在AI平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中进行相应运行及通讯处理，其中在检测作业中分为基准桩沉降检测和基准桩稳定检测两种状态，具体为：

基准桩沉降检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩同时发生位移沉降时，对位移沉降量进行采集，获得初始沉降值，然后再次通过基准桩与相邻待检测结构物上的激光检测终端之间的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，获得基准桩与相邻待检测结构物间矫正沉降值，最后将与基准桩相邻的待检测结构物与相邻结构物间激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，然后将获得的数值与S2步骤相应数据进行对比，若对比后数据与S2步骤数据一致，则进基准桩发生沉降，并以与基准桩相邻的待检测结构物为临时基准桩进行有序各待检测结构物间沉降检测作业；

基准桩稳定检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩或其中一个基准桩未发生位移沉降时，则以未发生沉降基准桩为检测标定，并于该基准桩相邻的待检测结构物的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，若数据与S2步骤一致，则该待检测结构物未发生沉降，并以该未沉降待检测结构物为临时基准桩对与其相邻的后续待检测结构物进行激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并对检测结果与S2步骤检测相应数据进行比对，从而达到连续循环检测各检测结构物沉降情况及具体沉降量检测目的；

完成沉降检测后，由AI平台的数据处理器按新检测的发生沉降待检测结构物相应的检测数值生成新型虚拟检测三角形监控面域，并将新的虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域各边变成、高、各角度值及面积进行比对，从而获得发生沉降待检测结构物沉降虚拟动态预判模型。

本实施例中，所述的S3步骤中，具体沉降值计算函数为：

H:两结构物及结构物与基准桩间距；

:第一次基准桩与相邻结构物间初始角度值；

：基准桩相邻结构物一次沉降后与基准桩间沉降后角度值

：相邻两个结构物间初始角度值；

：相邻两个结构物一次沉降后角度值；

此外，当检测到某一待检测结构物发生沉降时，则以发生沉降待检测结构物及沿检测方向位于该待检测结构物前方和后方各一个未发生沉降待检测结构物在内的共三个待检测结构物构成一个检测组，然后通过发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物数值进行采集并与S2步骤相应数据比对，及发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物间虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域进行比对，从而达到对发生沉降待检测结构物沉降状态及沉降量进行矫正确认；

当待检测结构物经过检测发生沉降现象时，对沉降量进行记录并上传至AI智能平台的数据处理器中存储，同时对发生沉降后待检测结构物当前值进行置0作业并重新进行检测，并在再次发生沉降时，由AI智能平台的数据处理器对当前检测沉降值与上次检测沉降值进行累积计算，计算结果作为当前该待检测结构物实际沉降值，并在完成计算后对当前待检测结构物再次置0并进行重复检测。

与此同时，在检测过程中，因外力因素导致激光检测终端位移、损毁等异常情况时，则对损毁激光检测终端对应的待检测结构物沉降值进行置0，并在激光检测终端恢复后再次进行检测并对检测结果进行累积计算。

此外，在对已投入运营的线路或建筑等结构物检测中，本发明中的各激光检测终端连续对被检测结构物运行中产生的振动进行连续动态检测，从而达到提高检测精度的目的。

进一步说明的，在已经运营的铁路线路中，本发明可以使用运营铁路的供电线路进行供电，因高速列车在高速行驶时会产生相应的物理共振，同时影响铁路线下桥梁等结构物同时振动影响监测精度，为此本发明在既有铁路沉降监测中，通过各个终端，区域性加密多次测量，特殊算法实现动态监测，实现在区域振动时仍然高精密监测。

本发明在具体实施中，各激光检测终端在利用自身配备的太阳能电池板发电提供运行动力的同时，另可通过接线端口与外部供电电源系统电气连接，为激光检测终端提供运行电能。

在检测作业中，系统将记录数据并根据测量数据的对比，即可得到沉降的相对位移量。

在实际检测中，若第一测试点是参考点，即该位置不发生沉降，那么从第二测试点获得的数据即为 第二测试点点的沉降数据，第三测试点的沉降数据可以根据第二测试点的数据进行推算得到，其余测试点的沉降数据可以通过同样的方法得到。

本发明，采用的通讯网络使相邻测试点之间可以进行数据通讯，从而将自身的沉降计算出来并实现双向通讯。

此外，基于AI平台的数据处理器可以控制激光检测终端何时进行数据测量、何时停止测量、同时将数据返回；同时可以采集激光检测终端工作状况，如果激光检测终端发生故障，服务器可以获得故障的错误代码，以便知道怎样排除故障。

需要说明的，发生通讯故障的时，激光检测终端应该根据设定的测试周期进行测试， 并将数据保存在激光检测终端内，在数据通讯恢复后可以重新递交数据，每台沉降仪应该可以保存至少30天的测试数据。智能网关还可在数据通讯服务中断的时， 存储激光检测终端上报的数据，当数据通讯恢复时，数据路由器可以将数据上传，即使断电的情况下，数据也不会丢失。

同时，一方面激光检测终端的测试数据在系统设定后，系统的数据录入是完全自动的，在发生故障的情况下，系统也支持手动导入数据，可以利用专用软件导入；另一方面本发明可以自动产生数据报表，数据报表可以根据业务需求进行定制，系统也提供怎样定制报表的功能。

根据这一系统，系统可以设定某一个激光检测终端的阈值，或所有激光检测终端的测量阈值，在测量数据超过阈值后，系统可以发出系统预警，系统也可以定义一个数学模型，该 数学模型的报警设定可以是依据一个或多个激光检测终端的数据。

为了更好的对本发明具体检测施工效果进行说明，下面结合某桥梁桥墩沉降检测作业为例对本发明进行具体说明：

在客户端，可以采用的解决方案很多，作为本系统的实例，我们采用了微软的 WindowsPresentation Foundati6n(WPF)作为开发平台，采用C++做后台服务和服务器进行通讯，由阿里云等云计算数据处理平台提供检测数据提供数据运算处理服务。

本发明一方面系统构成结构简单，通用性好，运行维护成本低廉，连续运行能力强，环境适应性好，有效克服了传统设备因环境因素导致相邻检测设备无法在同一直线上就无法进行检测的弊端；另一方面检测精度高，检测数据全面，可同时实现对多标的物进行连续沉降位移方向、沉降位移量进行同步且精准检测，并另可根据检测结果获得准确的沉降位移发生预判动态模型，从而为后续加固、修复施工及工程设计和研究体统准确依据。

此外，本发明检测作业时，由于采用激光互感绝对角度原理，还可对隧道及路基进行实时监测，兼容性强，不受环境及其他情况影响，对隧道拱顶沉降及地铁沉降可制定指定方案来进行实时测量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述自动化沉降观测光电系统包括基准桩、激光检测终端、数据通讯网络及基于AI智能平台的数据处理器，所述基准桩共两个，对分布在待观测结构物两侧，与待观测结构物轴线平行分布并与待观测结构物分布在同一方向上，且待观测结构物若干并分布在同一方向上，所述激光检测终端若干，分别位于各基准桩和待观测结构物侧表面并分布在同一方向上，且激光检测终端光轴与基准桩和待观测结构物上端面间间距不小于基准桩和待观测结构物高度的1/2，所述基准桩及各激光检测终端均通过数据通讯网络与基于AI智能平台的数据处理器连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的基准桩包括承载底座、柱体、液压式静力水准仪，所述承载底座为横断面呈矩形板状结构，且承载底座与水平面平行分布，所述承载底座上端面与柱体垂直连接并同轴分布，所述液压式静力水准仪至少一个，嵌于承载底座上端面并与数据通讯网络连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的激光检测终端包括定位机架、承载机体、激光互感器、全站仪补偿器、旋转底座、蓄电池组、太阳能电池板、通讯模块、接线端口及嵌入式AI智能微电脑，所述定位机架包括竖直连接板、横向连接板、太阳能电池板承载座，所述竖直连接板、横向连接板均为横断面为矩形的板状结构，其中所述横向连接板一端与竖直连接板前端面连接并垂直分布，所述竖直连接板、横向连接板共同构成“丄”字形结构，其中所述竖直连接板与水平面垂直分布，其后端面与基准桩和待观测结构物侧表面连接，所述横向连接板上设调节孔，所述调节孔为与横向连接板同轴分布的长孔，且调节孔长度为横向连接板长度的50%—90%，所述太阳能电池板承载座与横向连接板前端上表面铰接，并与横向连接板上端面呈0°—180°夹角，所述太阳能电池板承载座前端面与至少一个太阳能电池板连接，所述承载机体通过旋转底座与横向连接板下端面连接，且旋转底座通过调节螺栓分别与调节孔滑动连接，所述承载机体与旋转底座同轴分布，其轴线与水平面呈0°—180°夹角，所述承载机体为密闭腔体结构，所述蓄电池组、通讯模块及嵌入式AI智能微电脑均嵌于承载机体内，且所述嵌入式AI智能微电脑分别与蓄电池组、通讯模块电气连接，所述接线端口至少两个，嵌于承载机体侧表面并分别与蓄电池组、太阳能电池板、通讯模块电气连接，所述激光互感器至少两个，以承载机体轴线对称分布在承载机体外侧面，所述激光互感器通过全站仪补偿器与承载机体外表面连接并与全站仪补偿器同轴分布，所述激光互感器轴线与承载机体轴线垂直并相交，所述全站仪补偿器与承载机体间通过三维转台机构相互连接，且承载机体外侧的两个激光互感器、全站仪补偿器及三维转台机构间均相互并联并分别与嵌入式AI智能微电脑电气连接；此外，所述激光互感器上另设雨刷器和温湿度传感器，所述雨刷器与承载机体铰接并与激光互感器前端面相抵并滑动连接，所述温湿度传感器与承载机体外表面连接，且所述雨刷器和温湿度传感器均与嵌入式AI智能微电脑电气连接。

4.根据权利要求3述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的定位机架和承载机体上均设一个三轴陀螺仪，且所述三维陀螺仪分别与嵌入式AI智能微电脑电气连接。

5.根据权利要求3述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的接线端口包括电源接线端口、串口通讯端口、网络通讯端口、USB接线端口中的任意一种或几种公用；所述通讯模块为物联网通讯模块、互联网通讯模块中的任意一种，且通讯模块包括至少一个无线通讯单元和至少一个在线通讯单元。

6.根据权利要求1述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的基准桩上激光检测终端与相邻的待观测结构物的激光检测终端同轴分布，且光轴与水平面呈0°—180°夹角，与各待观测结构物分布直线方向呈0°—180°夹角；相邻两个待观测结构物上激光检测终端光轴水平面呈±45°夹角并沿各待观测结构物分布直线方向分布。

7.根据权利要求1述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的数据通讯网络为工业以太网、物联网、互联网及局域网中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种自动化结构物沉降观测光电系统，其特征在于：所述的数据通讯网络与基准桩、激光检测终端及基于AI平台的数据处理器间通过智能网关连接。

9.一种基于权利要求1所述的自动化结构物沉降观测光电系的沉降观测方法，其特征在于：所述的自动化结构物沉降观测光电系的沉降观测方法包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据待检测结构物数量、分布位置及周边地理、地质条件，在待检测结构物两端位置处分别设一个基准桩，然后在各待检测结构物和基准状上分别安装一个激光检测终端，并使各激光检测终端、基准桩及待检测结构物分布在同一与水平面垂直分布的平面内，并使相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端同轴分布，最后将各基准桩及激光检测终端一方面与外部电源系统电气连接，另一方面通过数据通讯网络与基于AI智能平台的数据处理器建立数据连接；

S2，数据设置，完成S1步骤后，首先设定基准桩坐标为检测标定点，然后采集基准桩与相邻的待检测结构物间间距及相邻两个待检测结构物之间间距Z，接着通过各激光检测终端上的旋转底座、全站仪补偿器及三维陀螺仪对当前各激光检测终端与水平面位置夹角值，及激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值，获得激光互感器初夹角始值X，同时通过相邻两个待检测结构物间激光检测终端及待检测结构物与基准桩间的激光检测终端之间间距值Y，最后根据激光检测终端与水平面位置夹角值、激光检测终端上的激光互感器光轴与水平面夹角值及激光检测终端之间间距值构建若干虚拟检测三角形监控面域，并存储AI智能平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中备用；

S3，沉降检测，完成S2步骤后即可进行检测作业，且检测作业中各数据均在AI智能平台的数据处理器及各激光检测终端的AI智能微电脑中进行相应运行及通讯处理，其中在检测作业中分为基准桩沉降检测和基准桩稳定检测两种状态，具体为：

基准桩沉降检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩发生位移沉降时，对位移沉降量进行采集，获得初始沉降值，然后再次通过基准桩与相邻待检测结构物上的激光检测终端之间的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，获得基准桩与相邻待检测结构物间矫正沉降值，最后将与基准桩相邻的待检测结构物与相邻结构物间激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，然后将获得的数值与S2步骤相应数据进行对比，若对比后数据与S2步骤数据一致，则进基准桩发生沉降，并以与基准桩相邻的待检测结构物为临时基准桩进行有序各待检测结构物间沉降检测作业；

基准桩稳定检测：首先通过基准桩上的液压式静力水准仪对基准桩位置进行检测，当检测到两个基准桩或其中一个基准桩未发生位移沉降时，则以未发生沉降基准桩为检测标定，并于该基准桩相邻的待检测结构物的激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，将新检测各数值与S2步骤相应数值进行比对，若数据与S2步骤一致，则该待检测结构物未发生沉降，并以该未沉降待检测结构物为临时基准桩对与其相邻的后续待检测结构物进行激光互感器夹角初始值X、激光检测终端之间间距值Y进行检测，并对检测结果与S2步骤检测相应数据进行比对，从而达到连续循环检测各检测结构物沉降情况及具体沉降量检测目的；

完成沉降检测后，由AI智能平台的数据处理器按新检测的发生沉降待检测结构物相应的检测数值生成新型虚拟检测三角形监控面域，并将新的虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域各边变成、高、各角度值及面积进行比对，从而获得发生沉降待检测结构物沉降虚拟动态预判模型。

10.根据权利要求9所述的自动化结构物沉降观测光电系的沉降观测方法，其特征在于：所述的S3步骤中，具体沉降值计算函数为：

H:两结构物及结构物与基准桩间距；

:第一次基准桩与相邻结构物间初始角度值；

：基准桩相邻结构物一次沉降后与基准桩间沉降后角度值

：相邻两个结构物间初始角度值；

相邻两个结构物一次沉降后角度值；

此外，当检测到某一待检测结构物发生沉降时，则以发生沉降待检测结构物及沿检测方向位于该待检测结构物前方和后方各一个未发生沉降待检测结构物在内的共三个待检测结构物构成一个检测组，然后通过发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物数值进行采集并与S2步骤相应数据比对，及发生沉降待检测结构物与前方和后方未发生沉降待检测结构物间虚拟检测三角形监控面域与S2步骤虚拟检测三角形监控面域进行比对，从而达到对发生沉降待检测结构物沉降状态及沉降量进行矫正确认；

当待检测结构物经过检测发生沉降现象时，对沉降量进行记录并上传至AI智能平台的数据处理器中存储，同时对发生沉降后待检测结构物当前值进行置0作业并重新进行检测，并在再次发生沉降时，由AI智能平台的数据处理器对当前检测沉降值与上次检测沉降值进行累积计算，计算结果作为当前该待检测结构物实际沉降值，并在完成计算后对当前待检测结构物再次置0并进行重复检测。

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