CN111442728A - 一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道监测技术领域，公开了一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，通过在隧道围岩壁上布置多个监测点，利用CCD相机对隧道围岩壁的监测点进行拍照，获取的监测点的初始图像信息和每个时刻对应的图像信息，在计算机的分析软件中计算获取每个拍照时刻下监测点相对于其初始位置的位移量，从而实现对隧道岩层多点位移同步监测。本发明采用遥感技术对隧道断面进行多点位移同步无接触式监测，规避了对隧道断面产生人工干扰的问题，监测流程简单，无需人工记录，也减少了人工工作量；再利用软件进行同一时刻每连续四个监测点进行曲线拟合，根据相关指数的大小确定前期岩层扰动预警，进行隧道沿位移风险监测。

Description

一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法

技术领域

本发明涉及隧道监测技术领域，具体涉及一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法。

背景技术

现阶段岩土工程监测特别是隧道工程施工过程中监测相关的仪器设备多采用沉降仪、测斜仪、全站仪、水准仪等。这些技术方法均具有点式测量特点，测点稀疏；而且在实际工作中，常规的监测技术多数仍不能实现实时监测，监控量测工作流程需要经过现场实测、现场记录、手工录入电脑，然后通过第三方软件来进行数据的管理和计算，存在流程繁琐、工作量大、成果及时性差等缺点，难以实现对被测对象的全方位监控。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，采用遥感技术对隧道断面进行多点位移同步无接触式监测，规避了对隧道断面产生人工干扰的问题，监测流程简单，无需人工记录，也减少了人工工作量；再利用软件进行同一时刻每连续四个监测点进行曲线拟合，根据相关指数的大小确定前期岩层扰动预警，进行隧道沿位移风险监测。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，包括如下步骤：

S1：根据隧道施工进程，确定选择隧道围岩监测区域，在选定的隧道围岩壁上布置多个监测点；

S2：在隧道围岩监测区域附近接近隧道顶部及检测区域对应的隧道底部边缘位置设置固定支架，并在固定支架上安装用于拍摄监测点的CCD相机；

S3：CCD相机安装好后，对隧道围岩壁的监测点初始位置进行拍照，获取隧道围岩壁上所有监测点的初始位置信息图像，然后利用CCD相机对隧道围岩壁上的监测点进行间隔拍照，获取每个拍照时刻隧道围岩壁上监测点的分布图像；然后将获取的初始图像信息和每个时刻对应的图像信息实时传递至计算机的分析软件；

S4：在计算机的分析软件中将每个监测点的分布图像与初始图像上的监测点初始位置信息图像进行对比计算，再通过比例计算获取每个拍照时刻下监测点相对于其初始位置的位移量，其中隧道底部边缘的固定支架上的CCD相机用于计算监测点在水平面上的位移量，靠近隧道顶部的固定支架上的CCD相机用于计算监测点在竖直方向上的位移量；从而实现对隧道岩层多点位移同步监测；

S5：根据步骤S4中测得的各个监测点的位移量，以每连续四个监测点的相对位置为横坐标，位移量为纵坐标，建立坐标系，采用最小二乘法对同一时刻每连续四个监测点位移量进行二项式拟合，通过判断拟合的位移量曲线表达式的相关指数R²的值来进行前期岩层扰动预警，在相关指数R²小于0.7时，此时进行岩层前期岩层扰动预警。

进一步地，步骤S1中采用在隧道围岩监测区域喷涂荧光点作为监测点。

进一步地，固定支架安装后，在固定支架上设置位于CCD相机拍照范围内的参照点。

进一步地，步骤S4中计算机分析软件的分析过程为：分别将每次传输的图像信息与初始图像信息进行测量，计算出图像中同一个监测点在拍照的时刻相对初始图像中的相对位移，然后经比例换算，计算出每个监测点在拍照时刻相对于初始位置的位移量。

进一步地，计算机设置有报警装置，通过在计算机的分析软件内设置监测点位移上限阈值，当计算出的监测点的位移量超过设定的报警阈值时，计算机向报警装置发出控制信号，报警装置接收到控制信号后发出报警声。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用遥感技术对隧道断面进行多点位移同步无接触式监测，规避了对隧道断面产生人工干扰的问题，监测流程简单，无需人工记录，也减少了人工工作量；再利用软件进行同一时刻每连续四个监测点进行曲线拟合，根据相关指数的大小确定前期岩层扰动预警，进行隧道沿位移风险监测。

附图说明

图1为实施例中隧道围岩监测区域断面结构示意图；

其中，1、监测点；2、固定支架；3、CCD相机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

参见图1，一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，包括如下步骤：

S1：根据隧道施工进程，确定选择隧道围岩监测区域，在选定的隧道围岩壁上布置多个监测点1；对于监测点1的选择，是根据工程的实际隧道围岩的地址状况而定；如在洞口附近围岩较差，需要进行重点监测；还有就是隧道围岩拱顶、一次衬砌混凝土以及围岩松散堆积的地方，这些都是重点监测项目，需要在这些位置进行重点布置监测点1；其余地点也需要根据标准要求进行布置。

S2：在隧道围岩监测区域附近接近隧道顶部及检测区域对应的隧道底部边缘位置设置固定支架2，并在固定支架2上安装用于拍摄监测点1的CCD相机3；

S3：CCD相机3安装好后，对隧道围岩壁的监测点1初始位置进行拍照，获取隧道围岩壁上所有监测点1的初始位置信息图像，然后利用CCD相机3对隧道围岩壁上的监测点1进行间隔拍照，获取每个拍照时刻隧道围岩壁上监测点1的分布图像；然后将获取的初始图像信息和每个时刻对应的图像信息实时传递至计算机的分析软件；

S4：在计算机的分析软件中将每个监测点1的分布图像与初始图像上的监测点1初始位置信息图像进行对比计算，再通过比例计算获取每个拍照时刻下监测点1相对于其初始位置的位移量，其中隧道底部边缘的固定支架2上的CCD相机3用于计算监测点1在水平面上的位移量，靠近隧道顶部的固定支架2上的CCD相机3用于计算监测点1在竖直方向上的位移量；从而实现对隧道岩层多点位移同步监测。

S5：根据步骤S4中测得的各个监测点1的位移量，以每连续四个监测点1的相对位置为横坐标，位移量为纵坐标，建立坐标系，采用最小二乘法对同一时刻每连续四个监测点1位移量进行二项式拟合，通过判断拟合的位移量曲线表达式的相关指数R²的值来进行前期岩层扰动预警，在相关指数R²小于0.7时，此时进行岩层前期岩层扰动预警。

在实施例中，通过在隧道围岩监测区域布置监测点1，隧道围岩监测区域对应的隧道底部设置固定支架2用以固定CCD相机3，CCD相机3安装至固定支架2上，并调整CCD相机3的摄像头，使通过隧道围岩监测区域内所有的监测点1位于CCD相机3视野内，若监测区域过大不能使所有监测点1在同一个CCD相机3视野内，则可采用多台CCD相机3进行分区拍摄，保证能获取监测区域内所有的监测点1；CCD相机3在监测过程中应始终保持相对静止状态。利用CCD相机3进行隧道围岩监测区的第一次拍摄，获取监测区域内监测点1的初始位置信息图像；然后利用CCD相机3对隧道围岩壁上的监测点1进行间隔拍照，时间间隔可自由设置，或根据工程检测间隔时间需要进行设定。在获取每个拍照时刻隧道围岩壁上监测点1的分布图像后，将获取的初始位置信息图像和每个时刻对应的分布图像通过有线或者无线方式实时传递至计算机的分析软件；通过分析软件进行某一拍照时刻的监测点1分布图像与初始位置信息图像进行对比计算，获得图像上每个监测点1的位移量，再通过比例计算出监测点1在隧道围岩壁上的实际位移量。计算过程中，隧道底部边缘的固定支架2上的CCD相机3用于计算监测点1在水平面上的位移量，靠近隧道顶部的固定支架2上的CCD相机3用于计算监测点1在竖直方向上的位移量；从而实现对隧道岩层多点位移同步无接触式监测，规避了对隧道断面产生人工干扰的问题，监测流程简单，无需人工记录，也减少了人工工作量。在获得各个监测点1的位移量后，根据测得的各个监测点1的位移量(此时的位移量为水平位移量与竖直位移量两者的向量和)，以每连续四个监测点1的相对位置为横坐标，位移量为纵坐标，建立坐标系，采用最小二乘法对同一时刻每连续四个监测点1位移量进行二项式拟合，若其中一个监测点1的位移量过大，则拟合的曲线相关系数R²越低，因此通过判断拟合的位移量曲线表达式的相关指数R²的值来进行前期岩层扰动预警，本实施例设定在相关指数R²小于0.7时，进行前期岩层扰动预警，提示有岩层扰动风险存在。

本实施例采用在隧道两侧设置固定支架2，在每侧台架上均设置有至少一个CCD相机3对隧道围岩监测区域的所有监测点1进行拍摄，保证能获取所有监测点1的位置信息；同时可以保证隧道中间道路的通勤。

本实施例中采用在隧道围岩监测区域喷涂荧光点作为监测点1，荧光点可以在隧道光线较弱的情况下发出可见光，保证CCD相机3在隧道光线较弱的情况下仍能够获取监测点1的图像信息，保证监测数据的准确性。

固定支架2安装后，在固定支架2上设置位于CCD相机3拍照范围内的参照点，选用参照点作为每个监测点1的参照坐标，计算过程可以通过先计算出每个监测点1初始位置相对参照点的距离，然后计算某一时刻监测点1相对于参照点的位移情况，通过监测点1位移前后相对参照点的位置来计算监测点的位移量，可以与采用监测点1位移前后直接计算的位移量数据进行对比，从而验证监测数据准确度。

步骤S4中计算机分析软件采用PIV粒子图像测速软件，用来分析两张图片，获取速度场、位移场数据，通过FFT算法，分析粒子群的位移，其分析过程为：分别将每次传输的图像信息与初始图像信息进行测量，计算出图像中同一个监测点1在拍照的时刻相对初始图像中的相对位移，然后经比例换算，计算出每个监测点1在拍照时刻相对于初始位置的位移量。

计算机设置有报警装置，通过在计算机的分析软件内设置监测点1位移上限阈值，当计算出的监测点1的位移量超过设定的报警阈值时，则扰动风险较大，计算机向报警装置发出控制信号，报警装置接收到控制信号后发出报警声，以提醒监测观察人员或现场施工人员及时采取应急措施或及时组织撤离，保证施工安全。本实施例中CCD相机3结合PIV粒子测速软件用于测量平面流体中的示踪粒子的速度和位移，这里在靠近隧道顶部设置CCD相机3，用于测量监测点1相对于隧道竖直断面的位移量，即竖直方向的位移，再结合隧道底部边缘的CCD相机3，即可获得监测点1在水平面和竖直面上的位移量。两个平面的位移量均可以设置上限阈值，任意一个平面上的监测点1位移超过其设置的上限阈值，都需要进行报警。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据隧道施工进程，确定选择隧道围岩监测区域，在选定的隧道围岩壁上布置多个监测点(1)；

S2：在隧道围岩监测区域附近接近隧道顶部及检测区域对应的隧道底部边缘位置设置固定支架(2)，并在固定支架(2)上安装用于拍摄监测点(1)的CCD相机(3)；

S3：CCD相机(3)安装好后，对隧道围岩壁的监测点(1)初始位置进行拍照，获取隧道围岩壁上所有监测点(1)的初始位置信息图像，然后利用CCD相机(3)对隧道围岩壁上的监测点(1)进行间隔拍照，获取每个拍照时刻隧道围岩壁上监测点(1)的分布图像；然后将获取的初始图像信息和每个时刻对应的图像信息实时传递至计算机的分析软件；

S4：在计算机的分析软件中将每个监测点(1)的分布图像与初始图像上的监测点(1)初始位置信息图像进行对比计算，再通过比例计算获取每个拍照时刻下监测点(1)相对于其初始位置的位移量，其中隧道底部边缘的固定支架(2)上的CCD相机(3)用于计算监测点(1)在水平面上的位移量，靠近隧道顶部的固定支架(2)上的CCD相机(3)用于计算监测点(1)在竖直方向上的位移量；从而实现对隧道岩层多点位移同步监测；

S5：根据步骤S4中测得的各个监测点(1)的位移量，以每连续四个监测点(1)的相对位置为横坐标，位移量为纵坐标，建立坐标系，采用最小二乘法对同一时刻每连续四个监测点(1)位移量进行二项式拟合，通过判断拟合的位移量曲线表达式的相关指数R²的值来进行前期岩层扰动预警，在相关指数R²小于0.7时，此时进行岩层前期岩层扰动预警。

2.根据权利要求1所述的基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，其特征在于：步骤S1中采用在隧道围岩监测区域喷涂荧光点作为监测点(1)。

3.根据权利要求1所述的基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，其特征在于：固定支架(2)安装后，在固定支架(2)上设置位于CCD相机(3)拍照范围内的参照点。

4.根据权利要求1所述的基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，其特征在于，步骤S4中计算机分析软件的分析过程为：分别将每次传输的图像信息与初始图像信息进行测量，计算出图像中同一个监测点(1)在拍照的时刻相对初始图像中的相对位移，然后经比例换算，计算出每个监测点(1)在拍照时刻相对于初始位置的位移量。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于遥感技术的隧道岩层多点位移同步监测的方法，其特征在于，所述计算机设置有报警装置，通过在计算机的分析软件内设置监测点(1)位移上限阈值，当计算出的监测点(1)的位移量超过设定的报警阈值时，计算机向报警装置发出控制信号，报警装置接收到控制信号后发出报警声。

Images