CN111156961A - 激光沉降监测装置和激光沉降监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光沉降监测装置，包括监测组件，所述监测组件包括激光发射器，所述激光发射器用于发射激光；铅锤连接件，所述铅锤连接件与所述监测组件连接，所述铅锤连接件用于铅锤悬挂所述监测组件，以使所述监测组件处于不同高度时，所述激光发射器发出的光互相平行。本发明还提供一种激光沉降监测系统及其监测方法。本发明的激光沉降监测装置用于监测建筑物或大型钢架结构的沉降值，监测过程简单，且所述激光发射器始终保持在铅锤方向，使得所述激光发射器的激光始终保持平行，提高激光监测的精准度。

Description

激光沉降监测装置和激光沉降监测系统

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种激光沉降监测装置和激光沉降监测系统。

背景技术

随着城市建设步伐加快，各种复杂而大型的工程建筑物日益增多。然而，任何工程建筑的兴建都会对地基和周围地层产生影响，加上建筑自身荷载，导致工程建筑物发生不均匀沉降，当不均匀沉降超过一定的限度，会严重影响和威胁建筑物安全。目前沉降监测主要手段是土木监测技术和空间监测技术联合用，例如高精度测量中使用精密水准仪和合成孔径雷达(INSAR)技术分别进行测量，相互验证。然而这种沉降监测方式工作量大，需要人工定期检测，测量成本非常高。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种激光沉降监测装置，旨在解决现有沉降监测方法工作量大，测量成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种激光沉降监测装置，所述激光沉降监测装置包括：

监测组件，所述监测组件包括激光发射器，所述激光发射器用于发射激光；

铅锤连接件，所述铅锤连接件与所述监测组件连接，所述铅锤连接件用于铅锤悬挂所述监测组件，以使所述监测组件处于不同高度时，所述激光发射器发出的光互相平行。

可选地，所述监测组件还包括壳体，所述铅锤连接件包括连接杆以及铅锤件，所述连接杆的一端与待测物件转动连接，另一端与所述壳体固定连接，所述连接杆中空设置，所述铅锤件的铅锤线设在所述连接杆的中空位置，所述铅锤件穿过所述壳体与所述激光发射器连接。

可选地，所述铅锤件包括固定板以及铅锤，所述铅垂线连接所述固定板，所述铅锤设置在所述固定板背离所述铅锤线的一侧，所述激光发射器装设在所述固定板上。

可选地，所述监测组件还包括光接收靶面和图像采集器，所述光接收靶面用于接收相邻激光沉降监测装置的监测组件发射的激光，所述激光监测组件还包括图像采集器，所述光接收靶面和所述图像采集器装设在所述固定板上。

为了实现上述目的，本发明还提供一种激光沉降监测系统，所述激光沉降检测系统包括至少两个如上所述的激光沉降监测装置，各个所述激光沉降监测装置分别用于装设在待测物件的不同位置，且各个所述激光沉降监测装置沿激光发射方向依次排列。

可选地，所述激光沉降监测系统还包括控制器，所述激光沉降监测装置的图像采集器与所述控制器连接。

可选地，所述激光沉降监测装置的监测组件的壳体上设有出光口，所述激光发射器的发射口朝向所述出光口；所述壳体上还设有入光口，所述入光口与所述出光口位于所述壳体相对的面上，所述监测组件的光接收靶面位于所述入光口侧，位于所述入光口处。

可选地，所述监测组件的图像采集器位于所述光接收靶面背离所述入光口的一侧，且所述图像采集器位于所述激光发射器的下方。

此外，本发明还提供一种激光沉降监测方法，所述激光沉降监测方法基于上述所述的激光沉降监测系统进行监测，所述激光沉降监测方法包括以下步骤：

开启激光沉降监测装置后，接收所述激光沉降监测装置上传的图像信息；

基于预设基准点以及所述图像信息中光斑的位置确定待测物件的当前位置；

根据所述激光沉降监测装置预设时间间隔前监测到的所述待测物件的位置以及所述当前位置计算所述待测物件的沉降值。

可选地，所述预设基准点为预设基准位置上的激光沉降检测装置检测到的光斑的位置。

本发明实施例中的激光沉降监测装置，所述激光沉降监测装置用于检测待测物件的沉降值，所述激光层监测装置包括激光发射器以及铅锤连接件，所述激光发射器通过所述铅锤连接件铅锤悬挂在所述待测物件上，基于激光发射器发射的激光的位置变化计算所述待测物件的沉降值，测量过程简单，且所述激光发射器始终保持在铅锤方向，使得所述激光发射器发出的激光始终保持平行，提高激光监测的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明提供的激光沉降监测装置的内部结构示意图；

图2是本发明提供的激光沉降监测系统的结构示意图；

图3为本发明提供的激光沉降监测方法的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

发明提出一种激光沉降监测装置，所述激光沉降监测装置用于监测大型建筑物或大型钢架结构的沉降值，具体采用激光成像的方式测试大型建筑物或大型钢架结构的沉降值。

请参照图1，所述激光沉降监测装置1包括监测组件11以及铅锤连接件12，所述监测组件11通过所述铅锤连接件12安装在待测物件5(大型建筑物或大型钢架结构等)上。其中，所述监测组件11为激光2监测组件11，所述监测组件11包括激光发射器111，所述激光发射器111用于发射激光2；所述铅锤连接件12与所述监测组件11连接，所述铅锤连接件12用于铅锤悬挂所述监测组件11，以使所述监测组件11处于不同高度时，所述激光发射器111发出的光互相平行，如此，若待测物件5发生沉降，所述激光发射器111在垂直方向发生位移，所述激光发射器111发出的激光2平移一个距离，通过该距离可以确定所述待测物件5的沉降值。基于激光发射器111测量沉降值，只需开启激光发射器111即可对所述待测物件5的沉降值进行测量，结构简单，测量过程简便。且基于所述激光发射器111通过所述铅锤连接件12铅锤悬挂在所述待测物件5上，所述待测物件5发生变形出现沉降时，所述激光发射器111始终保持水平，如此，激光发射器111发出的激光2始终保持平行，基于平行激光2计算所述待测物件5的沉降值，沉降值测量准确，可有防止激光发射器111的角度发生偏移，有效避免了其角度变化对测量精度的影响。

可以理解的是，所述激光沉降监测装置1用于监测待测物件5的沉降值，所述激光沉降监测装置1的激光2监测组件11用于发射激光2，而在所述激光2的传播路径上设有光接收件，所述激光2投射在所述光接收件上，并在所述光接收件上形成光斑，测量者可以通过在所述光接收件上的光斑位置计算所述待测物件5的沉降值。其中，所述光接收件可以是设置在所述激光2的传播路径上的一个光接收靶面112，所述光接收靶面112可以固定设置在一个位置上，所述激光发射器111随着所述待测物件5沉降移动时，落在所述光接收靶面112上的光斑的位置不同，基于所述光斑的位置不同计算所述待测物件5的沉降值。所述光接收件还可以是设置在另一激光沉降监测装置1上的光接收靶面112，如在所述待测物件5上设置至少两个激光沉降监测装置1，所述激光沉降监测装置1依次排列，使得前一个激光沉降监测装置1的激光2朝向后一个激光沉降监测装置1发射，所述激光沉降监测装置1的所述监测组件11还包括光接收靶面112，所述光接收靶面112用于接收所述前一个激光沉降监测装置1的监测组件11发射的激光2。也即将所述光接收靶面112设置在所述激光沉降监测装置1的监测组件11内，相邻激光沉降监测装置1发射的激光2落入所述光接收靶面112上，测量者可以基于所述激光沉降监测装置1内的光接收靶面112上的光斑计算相邻激光沉降监测装置1监测位置的沉降值。

可选地，所述铅锤连接件12与所述监测组件11的连接方式包括但不限于以下实施例：

如本实施例中所述监测组件11包括壳体，所述激光发射器111设置在所述壳体内，所述铅锤连接件12包括连接杆121以及铅锤件122，所述连接杆121的一端与待测物件5转动连接，另一端与所述壳体固定连接，所述连接杆121中空设置，所述铅锤件122的铅锤线设在所述连接杆121的中空位置，所述铅锤122件穿过所述壳体与所述激光发射器111连接。也即所述铅锤件122通过所述铅锤线悬吊在所述连接杆121上，并在所述壳体内与所述激光发射器111连接，所述激光发射器111通过所述铅锤件122铅锤悬挂在所述壳体内，所述激光发射器111在所述铅锤件122的作用时始终处于铅锤位置，另外，所述激光发射器111被所述铅锤件122铅锤悬挂，可以防止壳体在外力作用下发生晃动时，悬挂于所述壳体内的激光发射器111随所述壳体晃动，使得所述激光发射器111不受外力影响，使得激光发射器111的监测精度更高。

具体的，所述铅锤件122包括固定板1221以及铅锤1222，所述铅垂线连接所述固定板1221，所述铅锤1222设置在所述固定板1221背离所述铅锤线的一侧，所述激光发射器111装设在所述固定板1221上。也即所述铅锤1222位于所述固定板1221的下方，所述铅锤线从所述固定板1221的上方将所述铅锤1222和固定板1221悬挂在所述连接杆121中，所述激光发射器111装设在所述固定板1221上，随所述铅锤1222保持在铅锤方向。

可以理解的是，所述铅垂线可以是钢线或铁线。

进一步的，为了使得所述光接收靶面112与所述激光发射器111之间不存在位置偏差，将所述光接收靶面112设置在所述固定板1221上，如此，所述光接收靶面112在所述铅锤件122的作用下，始终处于铅锤方向，且所述光接收靶面112与所述激光发射器111基于所述固定板1221不存在位置偏差，进一步提高测量的精准度。

需要说明的是，所述连接杆121与所述待测物5连接的一端设有万向节，所述连接杆通过所述万向节与待测物件5连接，所述待测物件5发生变形沉降时，所述连接杆基于自身重力和所述监测组件11，所述万向节调节所述连接杆的角度，使得所述连接杆始终处于铅锤方向。

可选地，进一步实施例中，为了提高所述激光沉降监测装置1的检测精度，进一步降低沉降值监测工作量，本实施例中的激光沉降监测装置1可免去人工监测，降低测量成本。具体地，所述监测组件11还包括图像采集器113，所述图像采集器113的镜头1131朝向所述光接收靶面112，所述图像采集器113实时或定时采集所述接收靶面上的光斑的位置信息，并将所述采集的位置信息发送至外部控制器3或处理器，基于所述外部控制器3或处理器对所述位置信息进行分析计算后，得到所述待测物件5的沉降值，直接向用户呈现所述沉降值即可，简化沉降监测过程。

可以理解的是，上述图像采集器113可以是CCD相机或CMOS相机，所述图像采集器113包括镜头1131以及图像传感器1132，所述镜头1131采集所述光接收靶面112上的光斑，在所述图像传感器1132上进行形成，以将所述光接收靶面112上的光斑形成图像。上述光接收靶面112为不透明的白色塑胶料件，或者所述光接收靶面112为其他材料，能够使得激光2呈现良好。所述光接收靶面112的形状可以是圆形或矩形，如所述光接收靶面112是直径为100mm的圆形，或所述光接收靶面112是长和宽为100mm*100mm的方形靶面。

本实施例中激光沉降监测装置1的组装方式：先将铅锤连接件12安装在所述监测组件11上，到大型建筑结构现场后，根据大型建筑结构的特征将所述激光沉降监测装置1装在所述大型建筑结构上，以对该大型监测结构进行监测。由于大型结构一般具有多个监测点，多个监测点需要安装多个激光沉降监测装置1，为了便于管理，将多个激光沉降监测装置1组合成监测系统，以对多个激光沉降监测装置1进行管理。

因此，发明还提供一种激光沉降监测系统，请结合参照如图2，所述激光沉降监测系统包括至少两个激光沉降监测装置1，各个所述激光沉降监测装置1分别用于装设在待测物件5的不同位置(各个监测点)，且各个所述激光沉降监测装置1沿激光2发射方向依次排列。

可以理解的是，所述激光沉降监测装置1包括监测组件11以及铅锤连接件12，所述铅锤连接件12将所述监测组件11铅锤悬挂在所述待测物件5的监测点上。所述监测组件11包括壳体以及设置在壳体内的激光发射器111和光接收靶面112。所述壳体上设有出光口和入光口，所述入光口与所述出光口位于所述壳体相对的面上。所述激光发射器111的发射口朝向所述出光口，所述激光发射器111通过所述出光口将激光2发射到所述监测组件11外；所述光接收靶面112位于所述入光口侧，位于所述入光口处。

基于每个所述激光沉降监测装置1内均设有所述光接收靶面112，故依次排列的所述激光沉降监测装置1也可以作为光接收件，如前一个激光沉降监测装置1的激光发射器111发出的激光2通过所述出光口射向下一个激光沉降监测装置1的光接收靶面112，所述下一个激光沉降监测装置1的光接收靶面112接收到的光斑用于计算所述前一个激光沉降监测装置1所在的监测点的沉降值，按照该方式依次监测各个监测点的沉降值，以实现对所述大型建筑结构各个位置沉降情况的监测。

本实施例中，将多个所述激光沉降监测装置1级联，形成一个闭环激光2监测系统，结构排布紧凑，可以省去为每个激光沉降监测装置1配置一个光接收件，减少占用面积，实现激光沉降监测系统小型化设置。

进一步地，所述监测组件11的图像采集器113位于所述壳体内，所述监测组件11的图像采集器113位于所述光接收靶面112背离所述入光口的一侧，且所述图像采集器113位于所述激光发射器111的下方。所述壳体内的激光发射器111、图像采集器113以及光接收靶面112呈空间排布，减小所述监测组件11的占用面积，实现所述监测组件11的小型化设置。

可以理解的是，所述激光沉降监测装置1与上述激光沉降监测装置1的结构相同，因此上述激光沉降监测装置1具有的效果，本实施例中的激光沉降监测系统也具有相同的效果。

进一步地，为了便于对所述监测结果进行计算，所述激光沉降监测系统还包括控制器3，所述激光沉降监测装置1的图像采集器113与所述控制器3连接。所述控制器3用于接收所述图像采集器113采集的图像信息，进而根据所述图像信息计算所述沉降监测装置的沉降值。

具体地，所述控制器3以相对待测大型结构沉降量非常小的周围建筑物为基准位置引入基准点，和级联的激光沉降监测装置1形成闭合回路，也即将其中一个激光沉降监测装置1设置在所述基准位置，位于所述基准位置的激光沉降监测装置1监测到的位置为基准点，所述大型结构各个监测点上的激光沉降监测装置1监测到的位置以所述基准点为基础进行计算。其中，所述图像采集器113通过有线公网组与所述控制器3连接，通过有线供电组网将所述图像采集器113采集的图像存储至存储器，并无线传输至控制器3。控制器3根据激光2光斑在图像位置上的变化计算待测大型结构的沉降值。如所述激光沉降监测装置1发出的激光2在所述光接收靶面112上的位置相对于所述基准点的位置差为所述激光沉降监测装置1所在的监测点的沉降值。

可选的，为了节省激光沉降监测装置1的耗电量，本实施例中的所述激光沉降监测装置1设置有自动开关，所述自动开关于所述控制器3连接，所述控制器3可以根据用户发送的开启指令，控制所述自动开关打开，测量结束后，控制所述自动开关关闭。其中，所述开启指令可以远程发送。可以理解的是，所述控制器3也可以定时控制所述自动开关打开或关闭，如用户设定每个预设之间间隔后测量一次所述待测物件5的沉降值，每到达所述预设时间间隔后则发送控制指令以控制所述自动开关打开，测量结束后，则控制所述自动开关关闭。本实施例中激光沉降监测装置1自动监测，省去人工定时监测，降低人工成本。

参照图3，本发明基于上述激光沉降监测系统还提供一种激光沉降监测方法，基于所述监测方法实现对各个激光沉降监测装置进行自动控制和自动输出监测结果，具体地，所述激光沉降监测方法包括以下步骤：

步骤S10，开启激光沉降监测装置后，接收所述激光沉降监测装置上传的图像信息；

本实施例中执行主体为控制器，所述控制器与各个所述激光沉降监测装置的图像采集器连接，所述激光沉降监测装置开启监测后，所述图像采集器实时或定时采集所述激光沉降监测装置的光接收靶面上的光斑的图像信息，进而将所采集的图像信息上传至所述控制器，以供所述控制器处理所述图像信息。

所述控制器接收到所述激光沉降监测装置上传的图像信息后，对所述图像信息进行处理，以获取所述图像信息中的光斑的位置。

步骤S20，基于预设基准点以及所述图像信息中光斑的位置确定待测物件的当前位置；

步骤S30，根据所述激光沉降监测装置预设时间间隔前监测到的所述待测物件的位置以及所述当前位置计算所述待测物件的沉降值。

所述控制器根据所述图像信息确定所述图像信息中光斑的位置后，基于预设基准点以及所述光斑的位置确定待测物件的当前位置，具体基于所述光斑位置与所述预设基准点之间的水平距离确定所述待测物件的当前位置。其中，所述当前位置是指当前测量时所述待测物件所处的位置。

确定所述待测物件的当前位置后，根据所述激光沉降监测装置预设时间间隔前监测到的所述待测物件的位置以及所述当前位置之差计算出所述待测物件的沉降值。也即所述待测物件在前一次监测时所处的位置与当前位置之间的差值即为所述待测物件在所述预设时间间隔内发生的沉降值或变形值。

可以理解的是，所述预设基准点为预设基准位置上的激光沉降检测装置检测到的光斑的位置。所述预设基准位置为相对待测大型结构沉降量非常小的周围建筑物引入的基准位置，基于所述预设基准位置的沉降量小，因此以所述基准位置确定的待测物件的位置准确度更高，提高沉降值监测的准确度。

需要说明的是，本实施例中的激光沉降监测系统包括多个所述激光沉降监测装置，多个所述激光沉降监测装置沿激光发射方向依次排列，按照所述激光沉降监测装置沿激光发射方向排列，设定第一激光沉降监测装置对应的监测点的沉降值由第二激光沉降监测装置采集到的图像信息确定，而第三个激光沉降监测装置采集到的图像信息确定的沉降值为所述第二激光沉降监测装置对应的监测点的沉降值，依次类推，以确定各个监测点的沉降值。

故所述根据所述激光沉降监测装置预设时间间隔前监测到的所述待测物件的位置以及所述当前位置计算所述待测物件的沉降值的步骤包括：根据所述激光沉降监测装置确定所述待测物件的监测点；根据所述监测点预设时间检测前的位置以及所述当前位置计算所述监测点的沉降值。

需要说的是，本实施例中的激光沉降监测装置可以通过所述控制器控制开启，如接受到所述激光沉降监测装置开启指令时，控制所述激光沉降监测装置的自动开关打开，所述激光沉降监测装置的激光发射器发射激光，所述激光射向下一个激光沉降监测装置的光接收靶面，所述下一个激光沉降监测装置的图像采集器启动，采集所述下一个激光沉降监测装置的光接收靶面上的光斑的图像信息，进而根据所述图像信息确定所述激光沉降监测装置的沉降值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光沉降监测装置，其特征在于，所述激光沉降监测装置包括：

监测组件，所述监测组件包括激光发射器，所述激光发射器用于发射激光；

铅锤连接件，所述铅锤连接件与所述监测组件连接，所述铅锤连接件用于铅锤悬挂所述监测组件，以使所述监测组件处于不同高度时，所述激光发射器发出的光互相平行。

2.如权利要求1所述的激光沉降监测装置，其特征在于，所述监测组件还包括壳体，所述铅锤连接件包括连接杆以及铅锤件，所述连接杆的一端与待测物件转动连接，另一端与所述壳体固定连接，所述连接杆中空设置，所述铅锤件的铅锤线设在所述连接杆的中空位置，所述铅锤件穿过所述壳体与所述激光发射器连接。

3.如权利要求2所述的激光沉降监测装置，其特征在于，所述铅锤件包括固定板以及铅锤，所述铅垂线连接所述固定板，所述铅锤设置在所述固定板背离所述铅锤线的一侧，所述激光发射器装设在所述固定板上。

4.如权利要求3所述的激光沉降监测装置，其特征在于，所述监测组件还包括光接收靶面和图像采集器，所述光接收靶面用于接收相邻激光沉降监测装置的监测组件发射的激光，所述激光监测组件还包括图像采集器，所述光接收靶面和所述图像采集器装设在所述固定板上。

5.一种激光沉降监测系统，其特征在于，所述激光沉降检测系统包括至少两个如权利要求1-4任意一项所述的激光沉降监测装置，各个所述激光沉降监测装置分别用于装设在待测物件的不同位置，且各个所述激光沉降监测装置沿激光发射方向依次排列。

6.如权利要求5所述的激光沉降监测系统，其特征在于，所述激光沉降监测系统还包括控制器，所述激光沉降监测装置的图像采集器与所述控制器连接。

7.如权利要求6所述的激光沉降监测系统，其特征在于，所述激光沉降监测装置的监测组件的壳体上设有出光口，所述激光发射器的发射口朝向所述出光口；所述壳体上还设有入光口，所述入光口与所述出光口位于所述壳体相对的面上，所述监测组件的光接收靶面位于所述入光口侧，位于所述入光口处。

8.如权利要求7所述的激光沉降监测系统，其特征在于，所述监测组件的图像采集器位于所述光接收靶面背离所述入光口的一侧，且所述图像采集器位于所述激光发射器的下方。

9.一种激光沉降监测方法，所述激光沉降监测方法基于权利要求5-8任意一项所述的激光沉降监测系统进行监测，其特征在于，所述激光沉降监测方法包括以下步骤：

开启激光沉降监测装置后，接收所述激光沉降监测装置上传的图像信息；

基于预设基准点以及所述图像信息中光斑的位置确定待测物件的当前位置；

根据所述激光沉降监测装置预设时间间隔前监测到的所述待测物件的位置以及所述当前位置计算所述待测物件的沉降值。

10.如权利要求9所述的激光沉降监测方法，其特征在于，所述预设基准点为预设基准位置上的激光沉降检测装置检测到的光斑的位置。

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