CN113074652B - 一种隧道断面变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体变形计量方法领域，具体涉及一种隧道断面变形监测方法，包括以下步骤：S1，通过隧道内壁调节轨道上的调节机构带动每个容纳箱内的反射单元移出至预设位置处；S2，由隧道内多个激光测距单元分别向反射单元发射测量信号并接收回波信号，让安装座内的处理单元根据回波信号计算距离值；S3，由第一次计算的多个激光测距单元的距离值存储为一组参照值，并将距离值与对应的参照组作差得到差值，由处理单元判断差值是否位于沉降范围内，当差值位于沉降范围外时，由处理单元向报警单元发送报警信号进行报警；S4，完成隧道断面的监测后，通让调节机构带动反射单元复位至容纳箱内。本发明提高测量效率和距离值的可对比性。

Description

一种隧道断面变形监测方法

技术领域

本发明涉及固体变形计量方法领域，具体涉及一种隧道断面变形监测方法。

背景技术

隧道变形监测得到的数据能够作为总结隧道结构变形规律的依据，以及为隧道结构的维修养护提供依据，保证车辆或行人的安全通行。目前，隧道变形监测是通过在隧道内壁需要监测处贴上反射片，然后使用全站仪进行监测，监测实时性难以保证。

针对全站仪监测的实时性问题，公开号为CN108801170A的专利公开一种隧道变形监测系统，所述隧道变形监测系统包括：激光测距仪，设置在隧道水平最大宽度的侧壁上，用于测量隧道断面的宽度；监控摄像头，设置于激光测距仪上，用于查看隧道现场情况；控制与传输设备，用于接收控制指令并控制激光测距仪和监控摄像头，同时接收激光测距仪的监测数据和所述监控摄像头采集的视频数据；远程控制端，用于发送控制指令给控制与传输设备，同时接收监测数据和所述视频数据，并对监测数据和视频数据进行分析和显示。

在使用上述监测系统进行隧道变形监测时，激光测距仪与反射目标的相对位置固定，当反射目标处积累较多的灰尘时，会降低监测结果的准确性。

发明内容

本发明意在提供一种隧道断面变形监测方法，以解决反射目标积累灰尘后降低监测结果准确性的问题。

本方案中的隧道断面变形监测方法，包括以下步骤：

步骤S1，在进行隧道断面的监测时，通过隧道内壁调节轨道上的调节机构带动每个容纳箱内的反射单元移出至预设位置处；

步骤S2，由隧道内安装座上的多个激光测距单元分别向反射单元发射测量信号并接收回波信号，让安装座内的处理单元根据回波信号计算距离值；

步骤S3，由处理单元将初始第一次计算的多个激光测距单元的距离值存储为一组参照值，并将后续计算得到的激光测距单元对应的距离值与对应的参照组作差得到差值，由处理单元判断差值是否位于沉降范围内，当差值位于沉降范围外时，由处理单元向报警单元发送报警信号进行报警；

步骤S4，完成隧道断面的监测后，通过处理单元向调节机构发送复位信号，让调节机构带动反射单元复位至容纳箱内。

本方案的有益效果是：

在监测隧道断面的变形情况时，将反射测量信号的反射单元从容纳箱内移出，再通过激光测距单元发射出测量信号由反射单元进行反射，根据回波信号计算距离值，将隧道初次测量的距离值作为参照值，以隧道初始时的状态为参照，在后续测量时，将参照组和测量的距离值作差来判断隧道的变形是否位于沉降范围内，并在异常时进行报警，在完成监测后，再让调节结构带动反射单元复位至容纳箱内，多个激光测距单元能够同时多个位置上的距离值，提高测量效率和距离值的可对比性，防止反射单元在不使用时积累太多的灰尘影响检测效果。

进一步，所述步骤S2中，通过处理单元将回波信号发送至识别模块，让识别模块识别回波信号的强度值发送至处理单元，由处理单元将强度值与预设强度进行对比，当强度值小于预设强度时，所述处理单元判断反射单元位置异常并暂停计算距离值，当强度值大于预设强度时，让处理单元根据回波信号计算距离值。

有益效果是：识别回波信号的强度值，并与预设强度进行对比，在回波信号的强度值达到需求时，才计算距离值，防止反射单元位置异常造成的距离值异常，提高距离值计算的准确性。

进一步，所述步骤S1和步骤S4中，调节机构带动反射单元的移动通过电机带动丝杠转动，让限位头滑动配合在调节轨道内对限位座的转动进行限位，由丝杠带动限位座进行移动，让限位座带动反射单元进行移动。

有益效果是：以电机为动力带动限位座及其上的反射单元进行移动，便于适时地调节反射单元的位置，以对反射单元的位置进行调整减少积累灰尘。

进一步，所述步骤S1中，通过检测单元对激光测距单元的位置信息进行检测，由处理单元根据位置信息向电机发送转动信号，让电机根据转动信号带动丝杆按照预设圈数进行转动。

有益效果是：通过检测激光测距单元的位置信息，并根据位置信息让电机安装预设圈数进行转动，在激光测距单元与反射单元未对准时及时进行调节。

进一步，所述步骤S1中，通过位于偏心设置的检测筒内的检测单元对测量信号的强度值进行检测，让处理单元将强度值与预设值进行对比，当强度值小于预设值时，由处理单元判断反射单元的位置异常并向电机发送位置调节信号。

有益效果是：通过判断测量信号的强度值来确定激光测距单元与反射单元是否对准，在未对准时发送位置调节信号，检测单元在偏心设置的检测筒内检测强度值，以在反射单元的一定范围内都能进行检测，不会在对准过程中浪费检测时间。

进一步，所述步骤S2中，通过隧道内壁上的振动传感单元对振动值进行检测，由处理单元获取振动值并将振动值与阈值进行对比，当振动值大于阈值时，由处理单元获取检测单元的强度值。

有益效果是：由于隧道内大型货车或重载货车行驶时会引起内部的振动，通过振动传感单元检测振动值，以振动值大于阈值时的信号作为大型货车或重载货车的检测量，并触发处理单元获取检测单元的强度值进行判断，防止隧道内实际行驶环境造成检测误差。

进一步，所述步骤S3中，由处理单元判断隧道类型是否为在建类型，若隧道类型为在建类型，当差值位于沉降范围外时，由处理单元根据差值的大小向报警单元发送不同等级信息的报警信号，由报警单元中的检测器检测隧道内的人体信号，在检测到人体信号时，通过报警单元的控制器判断报警信号的等级信息，并控制报警单元中位于人体信号处的动力器带动报警器进行光照方式的等级报警。

有益效果是：根据不同等级的报警信号并在人体信号处进行相应的等级报警，尤其是在修建过程中的隧道中，能够让工作人员及时快速地知晓隧道的变形程度，便于作出后续应对措施。

进一步，所述步骤S3中，由处理单元判断隧道类型是否为建成类型，若隧道类型为建成类型，设置多个报警器并将报警器沿着隧道内和隧道外进行安装，由控制器根据等级信息控制全部报警器进行光照方式的等级报警。

有益效果是：多个报警器沿着隧道内和隧道外安装并在异常时，让全部的报警器进行等级报警，让使用中隧道内和隧道外的车辆或人员都能及时看到报警。

进一步，所述步骤S3中，通过动力器带动具有多种灯光颜色的报警器在U形座上转动，漏出等级报警对应颜色的灯光进行报警，由U形座在报警器转动过程中对报警器表面进行刮擦。

有益效果是：在报警器转动过程中，可以刮掉灰尘，防止报警器蒙尘后报警指示力度减弱，并且使用一个结构就能简单实现多种颜色的切换。

附图说明

图1为本发明隧道断面变形监测方法实施例一的流程框图；

图2为本发明隧道断面变形监测方法实施例一中隧道断面变形监测装置的结构示意图；

图3为本发明隧道断面变形监测方法实施例一中隧道断面变形监测装置的逻辑框图；

图4为本发明隧道断面变形监测方法实施例一中调节轨道的主视图；

图5位本发明隧道断面变形监测方法实施例一中调节轨道的径向截面图；

图6为本发明隧道断面变形监测方法中报警单元的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

说明书附图中的附图标记包括：安装座1、处理单元2、激光测距单元3、识别单元4、调节轨道5、容纳箱6、丝杆7、电机8、底座9、U形座10、报警器11、空腔12、输出轴13、座子14、限位座15、限位头16、反射单元17。

实施例一

为实现方法，本实施例一还公开了一种隧道断面变形监测装置，如图2、图3和图4所示，包括安装座1，安装座1通过三角架放置到隧道内进行使用，安装座1上安装有报警单元、处理单元2、识别单元4和多个激光测距单元3，激光测距单元3均匀分布在安装座1的同一弧线上，激光测距单元3可用现有的红外激光发射器。

如图5所示，激光测距单元3配套设有多个位于隧道内壁上的反射单元17，还包括位于隧道内壁上的调节轨道5，调节轨道5的径向截面成凹形，调节轨道5可以通过螺钉固定到隧道内壁上，调节轨道5上焊接有多个存放反射单元17的容纳箱6，容纳箱6的位置根据需要测量的点预先固定完成；调节轨道5上安装有调节反射单元17位置的调节机构，反射单元17固定安装在调节机构上，调节机构带动反射单元17进入容纳箱6中，具体为，调节机构包括电机8、丝杆7和多个限位座15，电机8通过螺钉和安装片固定安装在调节轨道5的任一端处，丝杆7一端焊接在电机8的输出轴13上，电机8带动丝杆7转动，丝杆7转动连接在调节轨道5上，即转动连接通过让丝杆7空套贯穿过容纳箱6进行，限位座15螺纹连接在丝杆7上，反射单元17粘接在限位座15上，如反射单元17粘接在限位座15激光测距单元一侧，限位座15上焊接有限位头16，限位座15朝向远离容纳箱6内的一侧上焊接有座子14，即在丝杆7转动时座子14首先往容纳箱6外一侧移动，限位头16焊接在座子14上，限位头16滑动配合在调节轨道5上，限位头16成柱状，限位头16配合在调节轨道5内的端部成球状，反射单元17沿着隧道径向布设。

激光测距单元3向反射单元17发射测量信号并接收反射回来的回波信号，测量信号即为激光测距单元3发射出的光信号，激光测距单元3将回波信号发送至处理单元2，处理单元2根据回波信号计算距离值，根据回波信号计算距离值为现有技术，在此不赘述；处理单元2将第一次计算的多个激光测距单元3的距离值存储为一组参照值，第一次计算是指装置在预设测量位置时的初次测量值，处理单元2将后续计算得到的激光测距单元3对应的距离值与对应的参照值作差得到差值，处理单元2判断差值是否位于沉降范围内，沉降范围是隧道的正常沉降范围，当差值位于沉降范围外时，处理单元2向报警单元发送报警信号进行报警，报警单元可以是声音过灯光报警。

还包括识别单元4，处理单元2将回波信号发送至识别单元4，识别单元4识别回波信号的回波强度值发送至处理单元2，识别单元4可用现有光强度识别算法进行强制值识别，处理单元2将回波强度值与预设强度进行对比，当回波强度值小于预设强度时，处理单元2判断反射单元17位置异常并暂停计算距离值，当回波强度值大于预设强度时，处理单元2根据回波信号计算距离值。

隧道断面变形监测方法，如图1所示：包括以下步骤：

步骤S1，在进行隧道断面的监测时，通过隧道内壁调节轨道5上的调节机构带动每个容纳箱6内的反射单元17移出至预设位置处，同时通过检测单元对激光测距单元3的位置信息进行检测，由处理单元2根据位置信息向电机8发送转动信号，让电机8根据转动信号带动丝杆7按照预设圈数进行转动，通过位于偏心设置的检测筒内的检测单元对测量信号的强度值进行检测，让处理单元2将强度值与预设值进行对比，当强度值小于预设值时，由处理单元2判断反射单元17的位置异常并向电机8发送位置调节信号；

步骤S2，由隧道内安装座1上的多个激光测距单元3分别向反射单元发射测量信号并接收回波信号，让安装座1内的处理单元2根据回波信号计算距离值，具体为，通过处理单元2将回波信号发送至识别模块，让识别模块识别回波信号的强度值发送至处理单元2，由处理单元2将强度值与预设强度进行对比，当强度值小于预设强度时，所述处理单元2判断反射单元17位置异常并暂停计算距离值，当强度值大于预设强度时，让处理单元2根据回波信号计算距离值，同时，通过隧道内壁上的振动传感单元对振动值进行检测，由处理单元2获取振动值并将振动值与阈值进行对比，当振动值大于阈值时，由处理单元2获取检测单元的强度值；

步骤S3，由处理单元2将初始第一次计算的多个激光测距单元3的距离值存储为一组参照值，并将后续计算得到的激光测距单元3对应的距离值与对应的参照组作差得到差值，由处理单元2判断差值是否位于沉降范围内，当差值位于沉降范围外时，由处理单元2向报警单元发送报警信号进行报警；

步骤S4，完成隧道断面的监测后，通过处理单元2向调节机构发送复位信号，让调节机构带动反射单元17复位至容纳箱6内。

在上述步骤S1和步骤S4中，调节机构带动反射单元17的移动通过电机8带动丝杠转动，让限位头16滑动配合在调节轨道5内对限位座15的转动进行限位，由丝杠带动限位座15进行移动，让限位座15带动反射单元17进行移动。

实施例二

与实施例一的区别是，在步骤S3中，由处理单元2判断隧道类型是否为在建类型，若隧道类型为在建类型，当差值位于沉降范围外时，由处理单元2根据差值的大小向报警单元发送不同等级信息的报警信号，由报警单元中的检测器检测隧道内的人体信号，在检测到人体信号时，通过报警单元的控制器判断报警信号的等级信息，并控制报警单元中位于人体信号处的动力器带动报警器11进行光照方式的等级报警；具体为，由处理单元2判断隧道类型是否为建成类型，若隧道类型为建成类型，设置多个报警器11并将报警器11沿着隧道内和隧道外进行安装，由控制器根据等级信息控制全部报警器11进行光照方式的等级报警，报警单元的等级报警的具体方式为，如图6所示，报警单元包括底座9和动力器，底座9通过螺钉固定到隧道的内壁上，底座9上焊接有U形座10，U形座10内转动配合有报警器11，报警器11成圆辊状，报警器11内开设有多个进行不同颜色报警的空腔12，空腔12内壁上安装多个LED灯珠进行灯光报警，空腔12朝向报警器11外侧的侧壁成透明状，报警器11连接动力器上，动力器可用现有的步进电机8，报警器11的一端焊接在步进电机8的输出轴13上，通过动力器带动具有多种灯光颜色的报警器11在U形座10上转动，漏出等级报警对应颜色的灯光进行报警，由U形座10在报警器11转动过程中对报警器11表面进行刮擦。

根据不同等级的报警信号并在人体信号处进行相应的等级报警，尤其是在修建过程中的隧道中，能够让工作人员及时快速地知晓隧道的变形程度，便于作出后续应对措施，将多个报警器11沿着隧道内和隧道外安装并在异常时，让全部的报警器11进行等级报警，让使用中隧道内和隧道外的车辆或人员都能及时看到报警。在报警器11转动过程中，可以刮掉灰尘，防止报警器11蒙尘后报警指示力度减弱，并且使用一个结构就能简单实现多种颜色的切换。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种隧道断面变形监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，在进行隧道断面的监测时，通过隧道内壁调节轨道上的调节机构带动每个容纳箱内的反射单元移出至预设位置处；

步骤S2，由隧道内安装座上的多个激光测距单元分别向反射单元发射测量信号并接收回波信号，让安装座内的处理单元根据回波信号计算距离值, 通过处理单元将回波信号发送至识别模块，让识别模块识别回波信号的强度值发送至处理单元，由处理单元将强度值与预设强度进行对比，当强度值小于预设强度时，所述处理单元判断反射单元位置异常并暂停计算距离值，当强度值大于预设强度时，让处理单元根据回波信号计算距离值；

步骤S3，由处理单元将初始第一次计算的多个激光测距单元的距离值存储为一组参照值，并将后续计算得到的激光测距单元对应的距离值与对应的参照组作差得到差值，由处理单元判断差值是否位于沉降范围内，当差值位于沉降范围外时，由处理单元向报警单元发送报警信号进行报警；

步骤S4，完成隧道断面的监测后，通过处理单元向调节机构发送复位信号，让调节机构带动反射单元复位至容纳箱内。

2.根据权利要求1所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S4中，调节机构带动反射单元的移动通过电机带动丝杠转动，让限位头滑动配合在调节轨道内对限位座的转动进行限位，由丝杠带动限位座进行移动，让限位座带动反射单元进行移动。

3.根据权利要求2所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过检测单元对激光测距单元的位置信息进行检测，由处理单元根据位置信息向电机发送转动信号，让电机根据转动信号带动丝杆按照预设圈数进行转动。

4.根据权利要求3所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过位于偏心设置的检测筒内的检测单元对测量信号的强度值进行检测，让处理单元将强度值与预设值进行对比，当强度值小于预设值时，由处理单元判断反射单元的位置异常并向电机发送位置调节信号。

5.根据权利要求4所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过隧道内壁上的振动传感单元对振动值进行检测，由处理单元获取振动值并将振动值与阈值进行对比，当振动值大于阈值时，由处理单元获取检测单元的强度值。

6.根据权利要求4所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，由处理单元判断隧道类型是否为在建类型，若隧道类型为在建类型，当差值位于沉降范围外时，由处理单元根据差值的大小向报警单元发送不同等级信息的报警信号，由报警单元中的检测器检测隧道内的人体信号，在检测到人体信号时，通过报警单元的控制器判断报警信号的等级信息，并控制报警单元中位于人体信号处的动力器带动报警器进行光照方式的等级报警。

7.根据权利要求4所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，由处理单元判断隧道类型是否为建成类型，若隧道类型为建成类型，设置多个报警器并将报警器沿着隧道内和隧道外进行安装，由控制器根据等级信息控制全部报警器进行光照方式的等级报警。

8.根据权利要求4所述的隧道断面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过动力器带动具有多种灯光颜色的报警器在U 形座上转动，漏出等级报警对应颜色的灯光进行报警，由U 形座在报警器转动过程中对报警器表面进行刮擦。

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