CN111272142A - 一种高支模的沉降监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高支模的沉降监测装置及方法，将基准点设于下端伸入并固定于基岩层的立柱上，由地质性质稳定的基岩层支撑立柱，使设于立柱上的基准点不会因相应区域的软土层的沉降而沉降，从而确保基准点始终保持静止不动；将监测点设于高支模上随高支模同步沉降，并通过无人机、相机和激光测距仪的配合，先后在激光测距仪与基准点垂向距离为H的第二位置，通过激光测距仪对其与监测点的直线距离进行测量，并先后获取相应的第一直线距离L₁和第二直线距离L₂、以及第一角度a和第二角度β，以供计算分析，得出监测点的垂向高度变化值D，从而准确判断高支模是否发生沉降以及沉降量。

Description

一种高支模的沉降监测装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工监测技术领域，特别涉及一种高支模的沉降监测方法及装置。

背景技术

随着社会经济的发展，建筑工程的规模越来越大，越来越多的工程建设需要使用高支模辅助作业。高支模的高度一般从几米到十几米，有的甚至高达几十米。一般而言，高支模的高度越大，承重就越大，在施工过程中，高支模系统发生坍塌的可能性越大，而一旦在施工过程中，高支模系统发生坍塌，就会造成其上的作业人员群死群伤，酿成较大、甚至重大的施工安全事故。因此，在施工过程中，需要对高支模进行安全监测，以判断高支模的指标值是否超出安全范围，并根据监测情况，作出是否采取相应措施(例如在相应位置对高支模进行加固并及时撤离在其上施工的人员)的决定。

现有的高支模安全监测的指标主要包括沉降、倾角和轴力等，重要杆件的轴力，通过轴力计或压力计实现监测，杆件倾角主要采用倾角仪实现监测；而沉降则通过位移传感器或者全站仪实现监测。

其中，全站仪基于光学测试原理，其虽能大概实现大多数高支模的沉降监测，但仍存在如下不足：1、在进行支模整体沉降监测的过程中，由于软土层的稳定性较弱，容易因水位的升降或者外部压力的作用而发生局部变化，因此设置于软土层表面(或称地面)的基准点(所述基准点指需在的监测过程中始终保持静止不动的参照点)容易随软土层表面的沉降而沉降，从而出现自身沉降误差，并影响监测数据的可靠性。2、当高支模内部杆件较密集时，难以找到合适的测站点以供全站仪实现全方位一点式测量；因此，需要不断转站，而不断转站的工作量很大，相应的监测人力成本较高。

而相对位移传感器则需要通过钢丝测量，在现场环境复杂的情况下，容易造成钢丝断丝而损坏传感器情况，因此，不能保证数据的可靠性。

为此，中国专利公告号为“106840092A”的发明专利提出了一种采用激光测距仪监测高支模的方法，其在位于高支模架体外侧的区域设有下端伸入固定于基岩层、上端伸出地面的基准点立柱，并将基准点安装在基准点立柱伸出地面的部分上，由地质性质稳定的基岩层支撑基准点立柱，使装于基准点立柱上的基准点不会因相应区域的软土层的沉降而沉降，从而确保基准点在监测的过程中始终保持静止不动，避免基准点出现沉降误差。这样，在监测的过程中，通过装于高支模架体上部的第一激光测距仪监测其与相应基准点之间的距离的变化量，即可判断高支模架体是否发生沉降以及具体沉降量，且通过此方式监测到的数据相对可靠，有利于监测单位根据得到的沉降量，并另外综合高支模架体的轴力和倾角变化量判断高支模的指标值是否超出安全范围，进而作出是否采取相应措施(例如在相应位置对高支模进行加固并及时撤离在其上施工的人员)的决定，以避免酿成较大、甚至重大的施工安全事故。但该采用激光测距仪监测高支模的方法仍存在不足之处，原因在于，其第一激光测距仪装于高支模顶部位于基准点上方的位置，并通过监测其与基准点的距离的变化量来监测沉降，而高支模除了沉降还可能出现倾斜，一旦发生倾斜，第一激光测距仪的激光发射角度会跟随发生变化，而不再与基准点垂向相对，导致监测到的距离不再是垂向距离，从而导致监测结果产生偏差(且倾斜角度越，偏差越大)，进而影响监测数据的准确性，并最终出现安全性误判的可能。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种高支模的沉降监测装置及方法，旨在提高高支模监测的可靠性。

为实现上述目的，本发明提出了一种高支模的沉降监测装置，包括：

无人机，可在第一测量时刻先后飞行至高支模和基准点上方的第一位置及位于基准点正上方的第二位置，且可在第二测量时刻先后飞行至高支模和基准点上方的第三位置、位于基准点正上方的第四位置及所述第二位置，所述基准点位于立柱的上端，所述立柱的下端向下穿过软土层后伸入并固定于基岩层；

相机，装于无人机，用于分别在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置对基准点所在区域拍照，及分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置对高支模顶部的监测点所在区域进行拍照；

坐标获取模块，用于对相机拍照后输出的相应图像进行处理，以分别获取无人机在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置时基准点的第一个坐标和第二个坐标，及无人机在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第二位置时监测点的第一个坐标和第二个坐标；

激光测距仪，装于无人机，用于分别在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第四位置测量其与基准点的第一垂向距离H和第二垂向距离h，及用于分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置测量其与监测点的第一直线距离L₁和第一直线距离L₂；

自动转动装置，用于根据监测点的第一个坐标和第二个坐标驱使激光测距仪转动以进行所述第一直线距离L₁和所述第一直线距离L₂的测量；以及

角度测量仪，用于在第一测量时刻检测激光测距仪进行第一直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第一角度a，且在第二测量时刻检测激光测距仪进行第二直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第二角度β；

所述相机、激光测距仪、自动转动装置、角度测量仪、坐标获取模块和无人机的飞行由无人机的处理器执行，处理器在第一测量时刻根据基准点的第一个坐标驱使无人机从第一位置飞行至第二位置，在第二测试时刻根据基准点的第二个坐标驱使无人机从第三位置飞行至第四位置及根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值驱使无人机从第四位置飞行至第二位置。

为实现上述目的，本发明还提出了一种高支模的沉降监测方法，包括如下步骤：

S1、在第一测量时刻驱使无人机飞行至高支模和基准点上方的第一位置，并通过设于无人机的相机对基准点所在区域进行拍照以获取基准点的第一个坐标，所述基准点位于立柱的上端，所述立柱的下端向下穿过软土层后伸入并固定于基岩层；

S2、根据基准点的第一个坐标，驱使无人机飞行至使设于无人机上的激光测距仪与基准点垂向相对的第二位置，并通过激光测距仪测量其与基准点的第一垂向距离H；

S3、通过相机对设于高支模顶部的监测点进行拍照以获取监测点的第一个坐标；

S4、根据监测点的第一个坐标，通过自动转动装置驱使激光测距仪转动以测量其与监测点的第一直线距离L₁，并获取激光测距仪垂直转动的第一角度α；

S5、在第二测量时刻驱使无人机飞行至高支模和基准点上方的第三位置，并对基准点所在区域进行拍照以重新获取基准点的第二个坐标；

S6、根据获得的基准点的第二个坐标，驱使无人机飞行至使激光测距仪与基准点垂向相对的第四位置，并通过激光测距仪测量其与基准点的第二垂向距离h；

S7、根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值，驱使无人机从第四位置飞行至第二位置；

S8、通过相机对设于高支模顶部的监测点进行拍照以获取监测点的第二个坐标；

S9、根据获得的监测点的第二个坐标驱使激光测距仪转动以测量其与监测点的第二直线距离L₂，并获取激光测距仪垂直转动的第二角度β；

S10、根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂，进行计算分析，得出监测点的垂向高度变化值D，以判断高支模是否发生沉降以及沉降量。

本发明技术方案将基准点设于下端伸入并固定于基岩层的立柱上，由地质性质稳定的基岩层支撑立柱，使设于立柱上的基准点不会因相应区域的软土层的沉降而沉降，从而确保基准点始终保持静止不动；将监测点设于高支模上随高支模同步沉降，并通过无人机、相机和激光测距仪的配合，先后在激光测距仪与基准点垂向距离为H的第二位置，通过激光测距仪对其与监测点的直线距离进行测量，并先后获取相应的第一直线距离L₁和第二直线距离L₂、以及第一角度a和第二角度β，从而可根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂进行计算分析，得出监测点的垂向高度变化值D，以准确判断高支模是否发生沉降以及沉降量。并最终综合高支模架体的轴力和倾角变化量判断高支模的指标值是否超出安全范围，进而作出是否采取相应措施(例如在相应位置对高支模进行加固并及时撤离在其上施工的人员)的决定，以避免酿成较大、甚至重大的施工安全事故。

附图说明

图1为本发明高支模的沉降监测装置的方框示意图；

图2为本发明高支模的沉降监测方法的激光测距仪在第二个位置测量其与监测点的直线距离时的示意图；

图3为本高支模的沉降监测方法计算垂向高度变化值D的原理图；

图4为基准点设于立柱的示意图；

图5为自动转动装置与激光测距仪的装配示意图；

图6为角度传感器、感应磁铁和枢轴的配合示意图；

图7为感应磁铁的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，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。

若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“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，但是必须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。

本发明提出了一种高支模的沉降监测方法。

本发明实施例中，如图1至7所示，该高支模的沉降监测方法，包括如下步骤：

S1、在第一测量时刻驱使无人机100飞行至高支模600和基准点200上方的第一位置，并通过设于无人机100的相机4对基准点200所在区域进行拍照以获取基准点200的第一个坐标。所述基准点200位于立柱300的上端，所述立柱300的下端向下穿过软土层400后伸入并固定于基岩层500，使设于立柱300上的基准点200不会因相应区域的软土层400的沉降而沉降，从而确保基准点200始终保持静止不动。

在本发明实施例中，可采用钻孔或者植入高强度钢材的方式，使基准点200立柱300的下端伸入并固定在基岩层500，立柱300的上端则伸出软土层400。

可以理解地，无人机100和相机4均为现有技术，这里不对无人机100和相机4的具体结构以及工作原理进行赘述。相机4在第一位置对基准点200所在区域拍照并获取基准点200所在区域的图像后，以图像序列的形式输出，并通过现有的特征提取算法(ORB算法，Oriented FAST and Rotated BRIEF)，提取图像中的基准点200的第一个坐标，至于具体如何提取为现有技术，这里不再进行赘述。

在本发明实施例中，可通过对基准点200进行加亮或者上色等方式，以使基准点200与所在区域的其他点加以区分，以在特征提取过程中，快速识别并提取基准点200的第一个坐标，从而提高工作效率。

S2、根据基准点200的第一个坐标，驱使无人机100飞行至使设于无人机100上的激光测距仪1与基准点200垂向相对的第二位置，并通过激光测距仪1测量其与基准点200的第一垂向距离H。

在本发明实施例中，激光测距仪1通过自动转动装置2活动安装于无人机100上，可以通过自动转动装置2实现激光测距仪1的水平转动(即绕垂直轴线转动)和垂直转动(即绕水平轴线转动)，以调节激光测距仪1射出的单线激光的角度和方向。当激光测距仪1对基准点200进行测量时，激光测距仪1垂直向下(即激光测距仪1射出的单线激光垂直向下)。激光测距仪1为现有技术，这里不对其具体结构以及工作原理进行赘述。

S3、通过相机4对设于高支模600顶部的监测点700进行拍照以获取监测点700的第一个坐标。

应当说明的是，在通过相机4对设于高支模600顶部的监测点700进行拍照以获取监测点700的第一个坐标的过程中，无人机100悬停于所述第二位置，即保持无人机100与基准点200的相对位置不变。

同样道理，相机4对监测点700所在区域拍照并获取监测点700所在区域的图像后，以图像序列的形式输出，并通过现有的特征提取算法(ORB算法，Oriented FAST andRotated BRIEF)，提取图像中的监测点700的第一个坐标。监测点700同样可采用加亮或者上色等方式与基准点200所在区域的其他点加以区分，以在特征提取过程中，快速识别并提取监测点700的第一个坐标，从而提高工作效率。

S4、根据监测点700的第一个坐标，通过自动转动装置2驱使激光测距仪1转动以测量其与监测点700的第一直线距离L₁，并获取激光测距仪1垂直转动的第一角度α。

应当说明的是，在根据监测点700的第一个坐标驱使激光测距仪1转动以测量其与监测点700的直线距离L₁的过程中，无人机100继续保持悬停。

在本发明实施例中，获取监测点700的第一个坐标后，自动转动装置2根据监测点700的第一个坐标，驱动激光测距仪1作出相应的水平转动和垂直转动，以使激光测距仪1从垂直向下转动至与监测点700相对，以测量其与监测点700的第一直线距离L₁。

在本发明实施例中，所述自动转动装置2有多种实施方式，如可以采用现有技术，也可以采用如下实施例：所述自动转动装置2包括装于无人机100的固定架21、装于固定架21且转轴垂向向下的第一马达22、装于第一马达22的转轴的第一转架23、可垂直转动装于第一转架23的第二转架24、以及用于驱动第二转架24垂直转动的第二马达25，所述激光测距仪1装于所述第二转架24。工作过程，所述第一马达22先驱动第一转架23旋转，以使第一转架23带动激光测距仪1水平转动至其垂直转动轨迹线与监测点700处于同一竖直面的状态；接着，第二马达25驱使第二支架垂直转动至激光测距仪1与监测点700正对的位置，以使激光测距仪1可测量其与监测点700的第一直线距离L₁。具体地，所述第二马达25水平设置，第二马达25的主体装于第二转架24上，第二马达25的转轴安装于第一转架23的一侧，所述第一转架23与第二马达25的转轴相背的部位通过枢轴241可转动装于第一转架23的另一侧。当第二马达25的转轴转动时，可迫使第二马达25的主体带动第二转架24垂直转动，从而驱使激光测距仪1垂直转动。即所述自动转动装置2驱使激光测距仪1转动以测量其与监测点700的第一直线距离L₁包括通过第一马达22驱使第一转架23水平转动以及通过设于第一转架23的第二马达25驱使第二转架24垂直转动的过程。

可以理解地，在本发明实施例中，所述激光测距仪1垂直转动的第一角度α可通过人工测量，也可以通过角度测量仪3自动测量。人工测量可以在完成与监测点700的第一直线距离L₁的测量后，将无人机100回收，并人工通过测角工具测量。

而通过角度测量仪3自动测量则可采用如下实施方式：所述枢轴241的端面的中部开设有槽孔(未图示)，所述角度测量仪3包括嵌装于槽孔的感应磁铁32以及装于第二转架24的所述另一侧的角度传感器31，所述角度传感器31的感应端311与感应磁铁32正对并可形成磁感应。当感应磁铁32随转枢轴241转动时，角度传感器31通过其感应端311对感应磁铁32的转动角度的检测得到激光测距仪1垂直转动的第一角度α。可以理解地，角度传感器31为磁编码器，所述感应磁铁32为圆形结构，感应磁铁32与角度传感器31的感应部相对的一面均具有N极和S极，且N极和S极各占一半，角度传感器31为现有技术，这里不再对具体以及工作原理进行赘述。即获取激光测距仪1垂直转动的第一角度α包括通过设于第一转架23的角度传感器31的感应端311对嵌设于第二转架24的枢轴241端面的感应磁铁32产生磁感应，以检测感应磁铁32转动角度的过程，从而获取激光测距仪1垂直转动的第一角度α。

优选地，在完成上述步骤S4后，一般需对无人机100进行回收，以节省不必要的能源损耗并保护无人机100。

S5、在第二测量时刻驱使无人机100飞行至高支模600和基准点200上方的第三位置，并通过设于无人机100的相机4对基准点200所在区域进行拍照以获取基准点200的第二个坐标。

应当说明地，上述第一测量时刻是指完成步骤S1至步骤S4所用的时间段，下方的第二测量时刻是指完成步骤S5至步骤S9所用的时间段。第二测量时刻的开始时间与第一测量时刻的结束时间的时间间隔根据监测需求而定，例如时间间隔可为一小时、半天或者一天等。步骤S5的具体的操作过程参照步骤S1，这里不再进行赘述。

应当说明的是，因在步骤S5中，驱使无人机100飞行至高支模600和基准点200上方的第三位置具有随机性，因而步骤S5中所述的第三位置与步骤S1中的第一位置一般不会重合。

S6、根据获得的基准点200的第二个坐标，驱使无人机100飞行至使激光测距仪1与基准点200垂向相对的第四位置(此时，激光测距仪1同样垂直朝下)，并通过激光测距仪1测量其与基准点200的第二垂向距离h。

可以理解地，步骤S6中的具体操作过程参照步骤S2，这里不再进行赘述。

S7、根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值，驱使无人机100从第四位置飞行至所述第二位置。

在本发明实施例中，步骤S6中激光测距仪1和基准点200正对时的第四位置具有随机性，其与步骤S2中所述的第二位置一般不会重合，因此，需要在步骤S7中驱动无人机100重新飞回第二位置。当然，如若第一垂向距离H和第二垂向距离h刚好相等，则无须调整。

S8、通过相机4对设于高支模600顶部的监测点700进行拍照以获取监测点700的第二个坐标。

在本发明实施例中，步骤S8中的具体操作过程参照步骤S2，这里不再进行赘述。

可以理解地，如若在步骤S8时高支模600已出现沉降，则在步骤S8时监测点700的第一个坐标已相对步骤S2时监测点700的第二个坐标发生了变化。

S9、根据获得的监测点700的第二个坐标驱使激光测距仪1转动以测量其与监测点700的第二直线距离L₂，并获取激光测距仪1垂直转动的第二角度β。

在本发明实施例中，步骤S9中的具体操作过程参照步骤S4，这里不再进行赘述。

可以理解地，由于步骤S9中所述无人机100与基准点200的相对位置和步骤S4中所述无人机100与基准点200的相对位置一致，如在步骤S9时高支模600已发生了沉降，那么步骤S9所述直线距离L₂和所述垂直转动的第二角度β则必然均不同于步骤S4中所述直线距离L₁和所述垂直转动的第一角度α。

S10、根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂，进行计算分析，得出监测点700的垂向高度变化值D，以判断高支模600是否发生沉降以及沉降量。

具体地，步骤S10中，可在余弦定理的基础上，通过计算公式D＝L₂×cosβ-L₁×cosα，计算得到监测点700的垂向高度变化值D，以准确判断高支模600是否发生沉降以及沉降量。并最终另外综合高支模600架体的轴力和倾角变化量判断高支模600的指标值是否超出安全范围，进而作出是否采取相应措施(例如在相应位置对高支模600进行加固并及时撤离在其上施工的人员)的决定，以避免酿成较大、甚至重大的施工安全事故。应当说明的是，高支模600架体的轴力和倾角的监测采用现有技术，这里不再进行赘述。进一步地，可每隔一定时间间隔后按步骤S5至S10重复操作，以持续对高支模600进行监控，以进一步避免酿成较大、甚至重大的施工安全事故。另外，所述基准点200和监测点700的数量可根据监测需求设定，可以为均为一个，也可以均有多个，例如，在地面和高支模600的不同位置分别设置基准点200和监测点700，以对高支模600进行更全面的监测，具体监测方式参考上述实施例。

在介绍了本发明监测方法的实施方式之后，接下来将对本发明监测装置的实施方式进行介绍。该监测装置的实施可以参见上述监测方法的实施，重复之处可不作赘述。下方所使用的术语“模块”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件，较佳地以软件来实现。

在本发明实施例中，如图1至7所示，该高支模的沉降监测装置的组成元部件包括无人机100、相机4、坐标获取模块5、激光测距仪1、自动转动装置2和角度测量仪3，无人机100自带有处理器101、存储器102、飞行控制装置103、以及接收和输出模块104等，各元部件相互之间直接或间接地电性连接(例如通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接)，以实现数据的传输或交互。

其中，无人机100可在第一测量时刻先后飞行至高支模600和基准点200上方的第一位置及位于基准点200正上方的第二位置，且可在第二测量时刻先后飞行至高支模600和基准点200上方的第三位置、位于基准点200正上方的第四位置及所述第二位置。所述基准点200位于立柱300的上端，所述立柱300的下端向下穿过软土层400后伸入并固定于基岩层500，使设于立柱300上的基准点200不会因相应区域的软土层400的沉降而沉降，从而确保基准点200始终保持静止不动。

相机4装于无人机100，用于分别在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置对基准点200所在区域拍照，及分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置对高支模顶部的监测点700所在区域进行拍照，以获得相应图像并输出。

坐标获取模块5用于对相机4拍照后输出的相应图像进行处理，以分别获取无人机100在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置时基准点200的第一个坐标和第二个坐标，及无人机100在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第二位置时监测点700的第一个坐标和第二个坐标。具体可采用现有的特征提取算法(ORB算法，OrientedFAST and Rotated BRIEF)，分别获取相应图像中的相应坐标，至于具体如何获取为现有技术，这里不再进行赘述。

激光测距仪1装于无人机100(具体为通过下方的自动转动装置2可转动的安装于无人机100)，用于分别在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第四位置测量其与基准点200的第一垂向距离H和第二垂向距离h，及用于分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置测量其与监测点700的第一直线距离L₁和第一直线距离L₂。

自动转动装置2用于根据监测点700的第一个坐标和第二个坐标驱使激光测距仪1转动以进行所述第一直线距离L₁和所述第一直线距离L₂的测量。

角度测量仪3，用于在第一测量时刻检测激光测距仪1进行第一直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第一角度a，且在第二测量时刻检测激光测距仪1进行第二直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第二角度β。

所述相机4、激光测距仪1、自动转动装置2、角度测量仪3、坐标获取模块5和无人机100的飞行由无人机100的处理器101执行，处理器101在第一测量时刻根据基准点200的第一个坐标驱使无人机100从第一位置飞行至第二位置，在第二测量时刻根据基准点200的第二个坐标驱使无人机100从第三位置飞行至第四位置及根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值驱使无人机100从第四位置飞行至第二位置。

在本发明实施例中，所述自动转动装置2有多种实施方式，可以采用现有技术，也可以采用如下实施例：所述自动转动装置2包括装于无人机100的固定架21、装于固定架21且转轴垂向向下的第一马达22、装于第一马达22的转轴的第一转架23、可垂直转动装于第一转架的第二转架24、以及用于驱动第二转架24垂直转动的第二马达25，所述激光测距仪1装于所述第二转架24。工作过程，所述第一马达22先驱动第一转架23旋转，以使第一转架23带动激光测距仪1水平转动至其垂直转动轨迹线与监测点700处于同一竖直面的状态；接着，第二马达25驱使第二支架垂直转动至激光测距仪1与监测点700正对的位置，以使激光测距仪1可测量其与监测点700的第一直线距离L₁。具体地，所述第二马达25水平设置，第二马达25的主体装于第二转架24上，第二马达25的转轴安装于第一转架23的一侧，所述第一转架23与第二马达25的转轴相背的部位通过枢轴241可转动装于第一转架23的另一侧。当第二马达25的转轴转动时，可迫使第二马达25的主体带动第二转架24垂直转动，从而驱使激光测距仪1垂直转动。

可以理解地，在本发明实施例中，所述激光测距仪1垂直转动的第一角度α可通过人工测量，也可以通过角度测量仪3自动测量。人工测量可以在完成与监测点700的第一直线距离L₁的测量后，将无人机100回收，并人工通过测角工具测量。

而通过角度测量仪3自动测量则可采用如下实施方式：所述枢轴241的端面的中部开设有槽孔(未图示)，所述角度测量仪3包括嵌装于槽孔的感应磁铁32以及装于第二转架24的所述另一侧的角度传感器31，所述角度传感器31的感应端311与感应磁铁32正对并可形成磁感应，当感应磁铁32随转枢轴241转动时，角度传感器31通过其感应端311对感应磁铁32的转动角度的检测得到激光测距仪1垂直转动的第一角度α。可以理解地，角度传感器31为磁编码器，所述感应磁铁32为圆形结构，感应磁铁32与角度传感器31的感应部相对的一面均具有N极和S极，且N极和S极各占一半，角度传感器31为现有技术，这里不再对具体以及工作原理进行赘述。即所述获取激光测距仪1垂直转动的第一角度α包括通过设于第一转架23的角度传感器31的感应端311对嵌设于第二转架24的枢轴241端面的感应磁铁32产生磁感应，以检测感应磁铁32转动角度的过程，从而获取激光测距仪1垂直转动的第一角度α。

处理器101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

坐标获取模块5和/或部分其他无部件(如飞行控制装置103或者接收和输出模块104等)以软件形式来实现时，存储于存储器102中，可供处理器101执行。接收和输出模块104可用于接收无人机100的控制终端(未图示)通过无线(如通过无线通讯模块)发送的数据，以及通过无线将无人机100的数据发送给控制终端，实现控制终端与该无人机100的交互，控制终端可以为计算机、平板电脑或者手机等，使监测工作符合智能监测云平台的要求。

进一步地，还包括沉降确认模块6，用于根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂，进行计算分析，得出监测点700的垂向高度变化值D，以供判断高支模600是否发生沉降以及沉降量。具体实施为，在余弦定理的基础上，通过计算公式D＝L₂×cosβ-L₁×cosα，计算得到监测点700的垂向高度变化值D。

可以理解地，所述沉降确认模块6可以以软件形式存储于无人机100的存储器102中，由处理器101执行，最终通过接收和输出模块104将得出的垂向高度变化值D发送到控制终端。又或者，沉降确认模块6以软件形式存储于控制终端中，接收和输出模块104将获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂发送到控制终端，由存储于控制终端的沉降确认模块6进行计算分析，得出监测点700的垂向高度变化值D。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高支模的沉降监测装置，其特征在于，包括：

无人机，可在第一测量时刻先后飞行至高支模和基准点上方的第一位置及位于基准点正上方的第二位置，且可在第二测量时刻先后飞行至高支模和基准点上方的第三位置、位于基准点正上方的第四位置及所述第二位置，所述基准点位于立柱的上端，所述立柱的下端向下穿过软土层后伸入并固定于基岩层；

相机，装于无人机，用于分别在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置对基准点所在区域拍照，及分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置对高支模顶部的监测点所在区域进行拍照；

坐标获取模块，用于对相机拍照后输出的相应图像进行处理，以分别获取无人机在第一测量时刻的第一位置和第二测量时刻的第三位置时基准点的第一个坐标和第二个坐标，及无人机在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第二位置时监测点的第一个坐标和第二个坐标；

激光测距仪，装于无人机，用于分别在第一测量时刻的第二位置和第二测量时刻的第四位置测量其与基准点的第一垂向距离H和第二垂向距离h，及用于分别于第一测量时刻和第二测量时刻在第二位置测量其与监测点的第一直线距离L₁和第一直线距离L₂；

自动转动装置，用于根据监测点的第一个坐标和第二个坐标驱使激光测距仪转动以进行所述第一直线距离L₁和所述第一直线距离L₂的测量；以及

角度测量仪，用于在第一测量时刻检测激光测距仪进行第一直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第一角度a，且在第二测量时刻检测激光测距仪进行第二直线距离L₁测量的过程中垂直转动的第二角度β；

所述相机、激光测距仪、自动转动装置、角度测量仪、坐标获取模块和无人机的飞行由无人机的处理器执行，处理器在第一测量时刻根据基准点的第一个坐标驱使无人机从第一位置飞行至第二位置，在第二测试时刻根据基准点的第二个坐标驱使无人机从第三位置飞行至第四位置及根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值驱使无人机从第四位置飞行至第二位置。

2.如权利要求1高支模的沉降监测装置，其特征在于：所述自动转动装置包括装于无人机的固定架、装于固定架且转轴垂向向下的第一马达、装于第一马达的转轴的第一转架、可垂直转动装于第一转架的第二转架、用于驱动第二转架垂直转动的第二马达，所述激光测距仪装于所述第二转架。

3.如权利要求2所述的高支模的沉降监测装置，其特征在于：所述第二马达水平设置，第二马达的主体装于第二转架上，第二马达的转轴安装于第一转架的一侧，所述第一转架与第二马达的转轴相背的部位通过枢轴可转动装于第一转架的另一侧。

4.如权利要求3所述的高支模的沉降监测装置，其特征在于：所述枢轴的端面的中部开设有槽孔，所述角度测量仪包括嵌装于槽孔的感应磁铁以及装于第二转架的所述另一侧的角度传感器，所述角度传感器的感应端与感应磁铁正对并可形成磁感应。

5.如权利要求1所述的高支模的沉降监测装置，其特征在于：还包括沉降确认模块，其由处理器执行，用于根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂，进行计算分析，得出监测点的垂向高度变化值D。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的高支模的沉降监测装置，其特征在于：还包括接收和输出模块，其由处理器执行，用于接收无人机的控制终端通过无线发送的数据，以及通过无线将无人机的数据发送给控制终端。

7.一种采用权利要求1至6中任意一项所述高支模的沉降监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在第一测量时刻驱使无人机飞行至高支模和基准点上方的第一位置，并通过设于无人机的相机对基准点所在区域进行拍照以获取基准点的第一个坐标；

S2、根据基准点的第一个坐标，驱使无人机飞行至使设于无人机上的激光测距仪与基准点垂向相对的第二位置，并通过激光测距仪测量其与基准点的第一垂向距离H；

S3、通过相机对设于高支模顶部的监测点进行拍照以获取监测点的第一个坐标；

S4、根据监测点的第一个坐标，通过自动转动装置驱使激光测距仪转动以测量其与监测点的第一直线距离L₁，并获取激光测距仪垂直转动的第一角度α；

S5、在第二测量时刻驱使无人机飞行至高支模和基准点上方的第三位置，并对基准点所在区域进行拍照以重新获取基准点的第二个坐标；

S6、根据获得的基准点的第二个坐标，驱使无人机飞行至使激光测距仪与基准点垂向相对的第四位置，并通过激光测距仪测量其与基准点的第二垂向距离h；

S7、根据第一垂向距离H和第二垂向距离h的差值，驱使无人机从第四位置飞行至第二位置；

S8、通过相机对设于高支模顶部的监测点进行拍照以获取监测点的第二个坐标；

S9、根据获得的监测点的第二个坐标驱使激光测距仪转动以测量其与监测点的第二直线距离L₂，并获取激光测距仪垂直转动的第二角度β；

S10、根据获取的第一角度a、第二角度β、第一直线距离L₁以及第二直线距离L₂，进行计算分析，得出监测点的垂向高度变化值D，以判断高支模是否发生沉降以及沉降量。

8.如权利要求7所述的高支模的沉降监测方法，其特征在于：自动转动装置分别驱使激光测距仪转动以测量其与监测点的第一直线距离L₁和第二直线距离L₂，均包括通过第一马达驱使第一转架水平转动以及通过设于第一转架的第二马达驱使第二转架垂直转动的过程。

9.如权利要求8所述的高支模的沉降监测方法，其特征在于：分别获取激光测距仪垂直转动的第一角度α和第二角度β，包括通过设于第一转架的角度传感器的感应端对嵌设于第二转架的枢轴端面的感应磁铁产生磁感应，以检测感应磁铁转动角度的过程。

10.如权利要求7所述的高支模的沉降监测方法，其特征在于：步骤S10中，在余弦定理的基础上，通过计算公式D＝L₂×cosβ-L₁×cosα，计算得到监测点的垂向高度变化值D。

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