CN111487644A - 一种建筑物形变自动测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物形变自动测量系统及测量方法，该测量系统包括控制终端和雷达测量组件，所述雷达测量组件包括形变监测雷达和激光雷达；所述形变监测雷达用来对被探测建筑物发射电磁波，并接收来自被探测建筑物的反射回波；所述激光雷达用来对被探测建筑物上参考点或探测点发射激光，以确定形变监测雷达与被探测建筑物上参考点或探测点之间的精确距离；所述控制终端用来对形变监测雷达和激光雷达进行控制。该测量方法是基于上述测量系统来执行的。本发明具有结构简单、易操作、自动化程度高等优点。

Description

一种建筑物形变自动测量系统及测量方法

技术领域

本发明主要涉及到建筑物形变监测技术领域，特指一种建筑物形变自动测量系统及测量方法。

背景技术

随着大型建筑物、建筑结构体越来越多，对于建筑物的安全监测成为亟待解决的难题，在这其中，对于建筑物形变的监测则是关系建筑物安全的关键之一。

现有技术中，有从业者提出利用电磁波测距基本原理，即利用雷达朝向建筑物发射电磁波，并接收来自建筑物的反射回波，进而用以监测不同时刻雷达与建筑物探测点之间的距离变化，最终判定建筑物是否发生形变。也就是，利用形变监测雷达通过实时监测建筑物形变量，可获取建筑物形变特征及信息，有助于判断建筑物是否存在倒塌、损坏等风险及时预警，避免或降低由此造成的人身财产损失。目前，形变监测雷达在消防救援、山体滑坡监控、关键建筑物如桥梁、大厦等监控与维护等领域应用广泛，应用价值和实用价值高。

但是，在现有技术中一般是根据场景不同，每次通过人工调整测量角度、测试位置，整个过程费时费力，需要通过操作人员的经验来完成，且因人工操作可能引入不必要的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、易操作、自动化程度高的建筑物形变自动测量系统及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种建筑物形变自动测量系统，包括控制终端和雷达测量组件，所述雷达测量组件包括形变监测雷达和激光雷达；所述形变监测雷达用来对被探测建筑物发射电磁波，并接收来自被探测建筑物的反射回波；所述激光雷达用来对被探测建筑物上参考点或探测点发射激光，以确定形变监测雷达与被探测建筑物上参考点或探测点之间的精确距离；所述控制终端用来对形变监测雷达和激光雷达进行控制。

作为本发明系统的进一步改进：所述形变监测雷达与激光雷达的位置相对固定。

作为本发明系统的进一步改进：所述形变监测雷达和激光雷达连接在一起，以使两者的相对位置固化。

作为本发明系统的进一步改进：所述形变监测雷达和激光雷达融合固定在一个平台上，使两者位置相对固定。

作为本发明系统的进一步改进：所述形变监测雷达具有俯仰运动驱动机构，在俯仰运动驱动机构的作用下可以驱动形变监测雷达做俯仰运动。

作为本发明系统的进一步改进：所述激光雷达先测量与参考点的精确距离d1；再根据几何关系计算形变监测雷达与参考点的精确距离d2，参考点距离地面精确高度h；然后通过形变监测雷达测量与参考点的测试距离d3；将得到的测试距离d3与计算得到的精确距离d2进行对比校正，获得校正函数对形变监测雷达进行校正。

作为本发明系统的进一步改进：所述校正函数为：为实测值与理论值的差值。

作为本发明系统的进一步改进：由勾股定理可知，即形变监测雷达与参考点的精确距离；激光雷达距离地面高度h2和仰角θ可以直接测量，根据三角函数可得激光雷达与参考点的高度差h1，因此可得参考点距离地面精确高度h＝h1+h2。

本发明进一步提供一种基于上述建筑物形变自动测量系统的自动测量方法，其步骤包括：

步骤S1：控制终端先通过远程连接方式与雷达测量组件连接；

步骤S2：根据需求设置激光雷达、形变监测雷达的参数，系统工作流程等；

步骤S3：在控制终端上按下启动按钮，雷达测量组件开始自动测量；

步骤S4：雷达测量组件与地面垂直，首先激光雷达工作，测量获取系统与被探测建筑物距离d1；

步骤S5：然后雷达测量组件按照设定俯仰角，在俯仰向转动角度θ，形变监测雷达开始工作；

步骤S6：观察积累一段时间，获取特征点回波图和特征点形变量，输出测试结果报告；

步骤S7：在控制终端上按下停止按钮，系统开始归位直到恢复初始状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的建筑物形变自动测量系统及测量方法，结构简单、操作简便、自动化程度高，通过远程一键自动化控制形变监测系统进行工作，提高了形变监测雷达探测智能化、自动化程度，便于操作，节省人力和时间成本。并且，本发明通过融合激光雷达与形变监测雷达数据对形变监测雷达进行校正，减少了雷达误报、漏报的可能性，实用性强，大大提高了探测精度及准确性。

附图说明

图1是本发明的自动测量系统在具体应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明自动测量方法的工作流程示意图。

图例说明：

1、控制终端；2、雷达测量组件；3、激光雷达；4、被探测建筑物；5、形变监测雷达；6、参考点。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种建筑物形变自动测量系统，包括控制终端1和雷达测量组件2，该雷达测量组件2包括形变监测雷达5和激光雷达3；所述形变监测雷达5与激光雷达3的位置相对固定；所述形变监测雷达5用来对被探测建筑物4发射电磁波，并接收来自被探测建筑物4的反射回波，进而用以监测不同时刻形变监测雷达5与被探测建筑物4上探测点之间的距离变化，最终判定被探测建筑物4是否发生形变；所述激光雷达3用来对被探测建筑物4上参考点6或探测点发射激光，以确定形变监测雷达5与被探测建筑物4上参考点6或探测点之间的精确距离；所述控制终端1用来对形变监测雷达5和激光雷达3进行控制。

在具体应用实例中，所述形变监测雷达5和激光雷达3连接在一起，以使两者的相对位置固化。

在其他的具体应用实例中，也可以将形变监测雷达5和激光雷达3融合固定在一个平台上，使两者位置相对固定。

在具体应用实例中，形变监测雷达5具有俯仰运动驱动机构，在俯仰运动驱动机构的作用下可以驱动形变监测雷达5做俯仰运动。俯仰运动驱动机构可以根据实际需要进行选择，如旋转电机等技术手段也可以。所述控制终端1根据激光雷达3确定的形变监测雷达5与被探测建筑物4上参考点6或探测点之间的精确距离，控制形变监测雷达5做俯仰运动以完成校正。

在其他的具体应用实例中，所述激光雷达3先测量与参考点6的精确距离d1；再根据几何关系计算形变监测雷达5与参考点6的精确距离d2，参考点6距离地面精确高度h；然后通过形变监测雷达5测量与参考点6的测试距离d3；将得到的测试距离d3与计算得到的精确距离d2进行对比校正，获得校正函数对形变监测雷达5进行校正。

在具体应用实例中，上述校正函数为：Δd＝d₂-d₃，Δd为实测值与理论值的差值。

在具体应用实例中，由勾股定理可知，

即形变监测雷达5与参考点6的精确距离；激光雷达3距离地面高度h2和仰角θ可以直接测量，根据三角函数可得激光雷达3与参考点6的高度差h1＝d₁·sinθ，因此可得参考点6距离地面精确高度h＝h1+h2。

通过采用上述方案，激光雷达3的测距精度高，而形变监测雷达5的测距精度较低且具有一定范围，通过对相同参考点6的测量、计算，可以得到形变监测雷达5与探测点的理论值和实测值。将实测值校正至理论值上，即可弥补形变监测雷达5的探测误差。

本发明的上述自动测量系统，自带有校正能力，即通过融合激光雷达3与形变监测雷达5的数据对形变监测雷达5进行校正，提高了形变监测雷达5及整个监测系统的探测精度及准确性，易操作，易实现，实用性高。

本发明进一步公开一种基于上述建筑物形变自动测量系统的测量方法，其步骤包括：

步骤S1：控制终端1先通过远程连接方式与雷达测量组件2连接；

步骤S2：根据需求设置激光雷达3、形变监测雷达5的参数，系统工作流程等；

步骤S3：在控制终端1上按下启动按钮，雷达测量组件2开始自动测量；

步骤S4：雷达测量组件2与地面垂直，首先激光雷达3工作，测量获取系统与被探测建筑物4距离d；

步骤S5：然后雷达测量组件2按照设定俯仰角，在俯仰向转动角度θ，形变监测雷达5开始工作；

步骤S6：观察积累一段时间，获取特征点回波图和特征点形变量，输出测试结果报告；

步骤S7：在控制终端1上按下停止按钮，系统开始归位直到恢复初始状态。

本发明具有实现方法简单，提高形变监测雷达5探测智能化、自动化程度，便于操作，节省人力和时间成本等优点。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种建筑物形变自动测量系统，包括控制终端(1)和雷达测量组件(2)，其特征在于，所述雷达测量组件(2)包括形变监测雷达(5)和激光雷达(3)；所述形变监测雷达(5)用来对被探测建筑物(4)发射电磁波，并接收来自被探测建筑物(4)的反射回波；所述激光雷达(3)用来对被探测建筑物(4)上参考点(6)或探测点发射激光，以确定形变监测雷达(5)与被探测建筑物(4)上参考点(6)或探测点之间的精确距离；所述控制终端(1)用来对形变监测雷达(5)和激光雷达(3)进行控制。

2.根据权利要求1所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述形变监测雷达(5)与激光雷达(3)的位置相对固定。

3.根据权利要求2所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述形变监测雷达(5)和激光雷达(3)连接在一起，以使两者的相对位置固化。

4.根据权利要求2所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述形变监测雷达(5)和激光雷达(3)融合固定在一个平台上，使两者位置相对固定。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述形变监测雷达(5)具有俯仰运动驱动机构，在俯仰运动驱动机构的作用下可以驱动形变监测雷达(5)做俯仰运动。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述激光雷达(3)先测量与参考点(6)的精确距离d1；再根据几何关系计算形变监测雷达(5)与参考点(6)的精确距离d2，参考点(6)距离地面精确高度h；然后通过形变监测雷达(5)测量与参考点(6)的测试距离d3；将得到的测试距离d3与计算得到的精确距离d2进行对比校正，获得校正函数对形变监测雷达(5)进行校正。

7.根据权利要求6所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，所述校正函数为：Δd＝d₂-d₃，Δd为实测值与理论值的差值。

8.根据权利要求7所述的建筑物形变自动测量系统，其特征在于，由勾股定理可知，

即形变监测雷达(5)与参考点(6)的精确距离；激光雷达(3)距离地面高度h2和仰角θ可以直接测量，根据三角函数可得激光雷达(3)与参考点(6)的高度差h1＝d₁·sinθ，因此可得参考点(6)距离地面精确高度h＝h1+h2。

9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述建筑物形变自动测量系统的自动测量方法，其特征在于，步骤包括：

步骤S1：控制终端(1)先通过远程连接方式与雷达测量组件(2)连接；

步骤S2：根据需求设置激光雷达(3)、形变监测雷达(5)的参数，系统工作流程等；

步骤S3：在控制终端(1)上按下启动按钮，雷达测量组件(2)开始自动测量；

步骤S4：雷达测量组件(2)与地面垂直，首先激光雷达(3)工作，测量获取系统与被探测建筑物(4)距离d1；

步骤S5：然后雷达测量组件(2)按照设定俯仰角，在俯仰向转动角度θ，形变监测雷达(5)开始工作；

步骤S6：观察积累一段时间，获取特征点回波图和特征点形变量，输出测试结果报告；

步骤S7：在控制终端(1)上按下停止按钮，系统开始归位直到恢复初始状态。

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