CN113340225A - 一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法，包括后台主站、前端传感器，后台主站与前端传感器之间通过无线公共通信网络通信连接；后台主站中构建有3D空间模型；前端传感器包括基准装置、位移检测装置；前端传感器安装时，采用隧道相对空间坐标，基准装置设置有一个，固定安装在隧道一端顶部或侧壁，位移检测装置设置有若干个，以等间距方式固定安装在隧道中段顶部或侧壁，构成带有监测基准点的隧道变形监测测量系统；所有位移检测装置检测出的在隧道相对空间坐标系的位移数据传输到后台主站，后台主站对隧道相对空间坐标系的位移数据进行计算和空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置所对应的隧道安装点的空间变形量。

Description

一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及隧道变形监测技术领域，具体涉及一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法。

背景技术

随着国内道路、轨道交通的快速发展，作为其中一个重要环节的隧道，其数量也在快速增加；隧道安全直接影响人民生命安全和道路畅通，一旦发生坍塌事故将造成难以估量的经济损失；对使用中隧道进行动态变形监测，是预防隧道发生坍塌事故的有效手段，现有隧道变形动态监测主要采用预埋传感器、加装激光测距仪及机械式变形测量装置等技术方案来实现，但其都存在一个问题：因其均无法设置监测基准点，仅能孤立监测隧道局部变形，而无法对隧道整体变形进行评估；如果发现隧道发生局部变形，在对隧道进行加固维修工程前，还需要对隧道整体变形进行评估，此时可以借助全站仪进行人工测量，这又增加了隧道整体变形评估的工作量和成本；如果采用全站仪进行隧道整体变形的监测，则因全站仪价格昂贵又会导致隧道监测成本急剧攀升，因此目前缺少低成本隧道动态整体变形监测的有效技术手段。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法；基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统包括后台主站、前端传感器，后台主站与前端传感器之间通过无线公共通信网络通信连接，后台主站中构建有被监测隧道的3D空间模型，同时3D空间模型上设置有与现场设备安装所使用的、相同的隧道相对空间坐标；前端传感器包括基准装置、位移检测装置；前端传感器安装时，采用隧道相对空间坐标，基准装置设置有一个，固定安装在隧道一端顶部或侧壁，位移检测装置设置有若干个，以等间距方式固定安装在隧道中段顶部或侧壁，构成带有监测基准点的隧道变形监测测量系统；所有位移检测装置检测出的在隧道相对空间坐标系的位移数据传输给基准装置，再经基准装置传输到后台主站，后台主站对接收到的各个检测装置检测出的在隧道相对空间坐标系的位移数据进行空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置所对应的隧道安装点的空间变形量，实现对隧道整体变形情况的监测。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，包括后台主站、前端传感器，后台主站与前端传感器之间通过无线公共通信网络连接；后台主站中构建有被监测隧道的3D空间模型，经前端传感器采集到的隧道变形位移数据传输到后台主站，由后台主站进行空间坐标转换，最终转换为隧道的整体变形量，并以图、表和3D模型的形式予以显示；

前端传感器包括基准装置、位移检测装置；基准装置包括数据采集通信模块、检测基准组件，检测基准组件固定设置在数据采集通信模块一侧面，其中数据采集通信模块用于基准装置与主站之间的通信及对位移检测装置测量数据的采集，其中检测基准组件用于对前端传感器设置测量基准；位移检测装置包括光机组件、光机控制器、检测基准组件，光机控制器与光机组件电性连接，检测基准组件固定设置在光机组件其中一侧面，相对检测基准组件安装侧面固定设置有镜头组件，镜头组件上设置有场镜；光机组件用于提供测量用激光信号及检测返回的激光信号，光机控制器对光机组件进行控制并分析计算返回激光信号，得到隧道变形数据；

前端传感器安装时，基准装置设置有一个，固定安装在隧道一端顶部或侧壁，检测基准组件朝向隧道内侧；位移检测装置设置有若干个，以后一个镜头组件对准前一个检测基准组件的方式，等间距(直线距离)固定安装在隧道中段顶部或侧壁，构成带有监测基准点的隧道变形监测测量系统；基准装置、位移检测装置之间通过电缆和M-bus总线或光缆连接，实现远程供电和通信，补充说明的采用电缆和M-bus实现供电和通信的方式，是为同时解决通信距离及较大功率供电问题；隧道变形监测测量系统安装、调试完成后，对位移检测装置进行初始化设置，即可对隧道整体变形实施监测。

进一步的，光机组件包括壳体、激光源、水平振镜、垂直振镜、分光镜、激光接收装置、镜头组件；镜头组件固定设置在壳体一外侧面，形成密封腔体，激光源、水平振镜、垂直振镜、分光镜、激光接收装置固定设置在密封腔体中，构成激光发射、接收光路；水平振镜、垂直振镜分别连接有振镜电机，光机组件工作时，水平振镜、垂直振镜由振镜电机驱动以设定频率进行匀速摆动，控制激光束的水平、垂直双向扫描；光机组件具体工作原理为：激光源发出激光束，经水平振镜、垂直振镜反射后形成水平或垂直双向扫描的激光束，激光束双向扫描一次为一个扫描周期；水平或垂直扫描的激光束穿过分光镜后，再经镜头组件的场镜射出；当水平或垂直扫描的激光束照在前一个检测基准组件的激光靶球上时，水平或垂直扫描的激光束原路返回，经分光镜反射进入激光接收装置形成明亮光斑；设置有水平振镜、垂直振镜的光机组件在位移检测装置完成初始化后，激光接收装置在一个扫描周期内有两个基准光斑，且两个基准光斑在时间轴上的位置分别为1/4T和3/4T；当隧道发生变形时，位移检测装置相对前一个基准装置或位移检测装置之间会发生水平、垂直方向的位移，受此位移影响，激光接收装置在一个扫描周期内形成的两个光斑在时间轴上的位置会发生改变，即两个光斑与原基准光斑发生分离，根据分离时间差可计算出位移检测装置相对前一个基准装置或位移检测装置之间水平、垂直方向位移的具体数值；根据两个光斑是处于基准光斑的内或外，可以判断水平或垂直方向位移的方向；位移检测装置在实际测量时，以实际检测水平方向的位移为例，具体说明水平振镜、垂直振镜的运动关系：水平振镜连续不断的以设定频率匀速摆动，垂直振镜从初始化后的原始位置从上至下以固定步长与水平振镜扫描周期同步向下摆动，直到水平振镜在扫描过程中激光接收装置检测到光斑，然后锁定垂直振镜摆动角度，水平振镜开始测量扫描。

进一步的，检测基准组件包括激光靶球罩、激光靶球，激光靶球罩为浅盆状，激光靶球固定设置在激光靶球罩底部；激光靶球罩内侧涂有漫反光材料，对其后一个位移检测装置射出的激光产生漫反射，用于后一个位移检测装置粗调定位时的激光反射指示；激光靶球用于反射激光，其可将入射的激光按原路反射回去；检测基准组件固定设置在相对壳体设置镜头组件的侧面。

进一步的，基准装置、位移检测装置通过安装支架组件固定设置在隧道顶部或侧壁；安装支架组件包括安装支架，安装支架上设置有球头连接座，球头连接座通过球头锁紧螺母与安装支架固定连接，基准装置、位移检测装置固定设置在球头连接座上；安装支架上还螺纹连接有三个水平调整螺栓，水平调整螺栓上设置有锁紧螺母；当需调整基准装置、位移检测装置的水平度或角度时，放松水平调整螺栓上的锁紧螺母，并稍微松开球头锁紧螺母，通过摆动调整三个水平调整螺栓对调整基准装置、位移检测装置的水平度或角度进行调整，调整到位后，首先锁紧球头锁紧螺母，然后再锁紧锁紧螺母。

进一步的，激光源与水平振镜之间设置有扩束镜，扩束镜将激光源出射的激光束直径扩大，经场镜聚焦后可形成直径更小的光斑，以改善测量精度。

进一步的，数据采集通信模块上设置有北斗定位模块，北斗定位模块用于标定基准装置的绝对空间坐标，其作用有两个：一、用于监测基准装置的绝对空间坐标变化；二、当基准装置的绝对空间坐标和位移检测装置检测到的隧道变形位移数据同时传输到后台主站，经后台主站进行空间坐标转换，最终隧道的整体变形量可以实现绝对空间坐标的形式予以显示；

一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统的监测方法，基准装置、位移检测装置现场安装时，空间坐标(X_i，Y_i，Z_i)采用隧道相对空间坐标，其定义为：X_i为第i个位移检测装置相对前一个基准装置或位移检测装置，沿隧道长度方向的直线距离；Y_i为第i个位移检测装置安装点处隧道法面内，偏离基准装置或上一个位移检测装置的水平距离；Z_i为第i个位移检测装置安装点处隧道法面内，偏离基准装置或上一个位移检测装置的垂直距离；隧道相对空间坐标实质为一系列以隧道法面建立的直角坐标系，采用隧道相对空间坐标的目的是：一、方便前端传感器现场安装，现场安装时，只需确定相邻两个装置的直线距离，即可确定安装位置，安装后只需对位移检测装置的水平度进行调整及场镜轴线与前一个激光靶球大致对准，即可完成安装调整；二、方便后台主站构建的被监测隧道的3D空间模型、与现场设备安装所采用的隧道相对空间坐标系建立对应关系，后台主站根据隧道3D空间模型坐标系与现场设备安装隧道相对空间坐标系之间的对应关系，即可对前端传感器采集到的隧道变形位移数据进行空间坐标转换；基准装置、位移检测装置在完成安装及调试对准后，基准装置坐标设为原点(0，0，0)，同时记录下北斗定位模块标定的初始绝对空间坐标(X_b，Y_b，Z_b)，位移检测装置坐标设为(X_i，0，0)；基准装置坐标原点(0，0，0)、初始绝对空间坐标(X_b，Y_b，Z_b)及各个位移检测装置坐标(X_i，0，0)传送到后台主站存储；其中基准装置坐标(0，0，0)在隧道变形监测过程中作为原点保持不变，同时记录下北斗定位模块重新赋值的监测绝对空间坐标(X_b’，Y_b’，Z_b’)；其中X_i在位移检测装置安装调试过程中直接输入，其值为两个装置之间的直线距离，且在隧道变形监测过程中保持不变；基准装置、位移检测装置现场安装所使用的隧道相对空间坐标，在现场安装、调试作业完成后，由作业人员建立在后台主站的隧道3D空间模型上。

进一步的，位移检测装置在进行位移测量时，其隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算公式为：

X_i＝X_i......(1)；

Y_i＝Y_i-1+Δy......(2)；

Z_i＝Z_i-1+Δz......(3)；

其中，Y_i-1为前一个位移检测装置的Y向坐标；其中，Δy为测量出的当前位移检测装置相对前一个位移检测装置的Y向坐标变化量；其中，Z_i-1前一个位移检测装置的Z向坐标；其中，Δz为检测出的当前位移检测装置相对前一个位移检测装置的Z向坐标变化量；

所有位移检测装置检测出的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)数据传输给基准装置，再经基准装置将监测绝对空间坐标(X_b’，Y_b’，Z_b’)、及各个位移检测装置检测出的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)传输到后台主站，后台主站对接收到的监测绝对空间坐标(X_b’，Y_b’，Z_b’)及各个位移检测装置检测出的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)进行空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置所对应的隧道安装点的相对空间坐标或绝对空间坐标，并以图、表和3D模型的形式予以显示。

进一步的，位移检测装置工作时水平振镜、垂直振镜以设定频率摆动；其中Δy、Δz计算公式为：

Δy＝Δt_y*V_y......(4)；

Δz＝Δt_z*V_z......(5)；

其中，Δt_y、Δt_z分别为激光接收装置接收到Y向或Z向激光光斑时间与基准光斑的时间差；其中，V_y、V_z为位移检测装置射出的激光光斑在前一个位移检测装置上的检测基准组件上的扫描线速度，V_y、V_z与水平振镜、垂直振镜的摆动频率和相邻两个装置的直线距离有关，在水平振镜、垂直振镜的摆动频率以及相邻两个装置的直线距离设定的情况下，V_y、V_z为一常量。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开了一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法；基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统包括后台主站、前端传感器，后台主站与前端传感器之间通过无线公共通信网络连接，后台主站中构建有3D空间模型；前端传感器包括基准装置、位移检测装置；前端传感器安装时，采用隧道相对空间坐标，基准装置设置有一个，固定安装在隧道一端顶部或侧壁，位移检测装置设置有若干个，以等间距方式固定安装在隧道中段顶部或侧壁，构成带有监测基准点的隧道变形监测测量系统；所有位移检测装置检测出的在隧道相对空间坐标系的位移数据传输给基准装置，再经基准装置传输到后台主站，后台主站对接收到的各个检测装置检测出的在隧道相对空间坐标系的位移数据进行空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置所对应的隧道安装点的空间变形量；本发明的基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统及监测方法可以对隧道整体变形情况进行评估，因此在发现隧道发生变形时，省去了了以往需重新借助全站仪进行人工测量的工作，因此极大降低了隧道整体变形评估的工作和成本。

附图说明

图1为基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统示意图；

图2为基准装置外观示意图；

图3为检测基准组件外观示意图；

图4为位移检测装置外观示意图；

图5为光机组件结构示意图；

图6为光机组件光路示意图；

图7为安装支架组件外观示意图；

图8为ΔT示意图；

图9为前端传感器初始安装状况示意图；

图10为沿基准装置安装位置Y轴看到的前端传感器初始安装状况示意图；

图11为沿隧道相对空间坐标Z轴看到的前端传感器初始安装状况示意图；

图12为前端传感器发生位移状况示意图；

图13为沿基准装置安装位置Y轴看到的前端传感器发生位移状况示意图；

图14为沿隧道相对空间坐标Z轴看到的前端传感器发生位移状况示意图。

图中：1、后台主站；2、前端传感器；2.1、基准装置；2.1.1、数据采集通信模块；2.1.2、检测基准组件；2.1.2.1、激光靶球罩；2.1.2.2、激光靶球；2.2、位移检测装置；2.2.1、光机组件；2.2.1.1、壳体；2.2.1.2、激光源；2.2.1.3、水平振镜；2.2.1.4、垂直振镜；2.2.1.5、分光镜；2.2.1.6、激光接收装置；2.2.1.7、镜头组件；2.2.2、光机控制器；2.3、安装支架组件；2.3.1、安装支架；2.3.2、球头连接座；2.3.3、球头锁紧螺母；2.3.4、水平调整螺栓。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，包括后台主站1、前端传感器2，后台主站1与前端传感器2之间通过无线公共通信网络连接；后台主站1中构建有被监测隧道的3D空间模型；

前端传感器2包括基准装置2.1、位移检测装置2.2；

基准装置2.1包括数据采集通信模块2.1.1、检测基准组件2.1.2；检测基准组件2.1.2包括激光靶球罩2.1.2.1、激光靶球2.1.2.2，激光靶球罩2.1.2.1为浅盆状，激光靶球2.1.2.2固定设置在激光靶球罩2.1.2.1底部；检测基准组件2.1.2固定设置在数据采集通信模块2.1.1一侧面；

位移检测装置2.2包括光机组件2.2.1、光机控制器2.2.2、检测基准组件2.1.2，光机控制器2.2.2与光机组件2.2.1电性连接，检测基准组件2.1.2固定设置在光机组件2.2.1其中一侧面，相对检测基准组件2.1.2安装侧面固定设置有镜头组件2.2.1.7，镜头组件2.2.1.7上设置有场镜；光机组件2.2.1包括壳体2.2.1.1、激光源2.2.1.2、水平振镜2.2.1.3、垂直振镜2.2.1.4、分光镜2.2.1.5、激光接收装置2.2.1.6、镜头组件2.2.1.7；镜头组件2.2.1.7固定设置在壳体2.2.1.1一侧面，形成密封腔体，激光源2.2.1.2、水平振镜2.2.1.3、垂直振镜2.2.1.4、分光镜2.2.1.5、激光接收装置2.2.1.6固定设置在密封腔体中，构成激光发射、接收光路；水平振镜2.2.1.3、垂直振镜2.2.1.4分别连接有振镜电机，光机组件2.2.1工作时，水平振镜2.2.1.3、垂直振镜2.2.1.4由振镜电机驱动，以设定平频率摆动；检测基准组件2.1.2固定设置在相对壳体2.2.1.1设置镜头组件2.2.1.7的侧面；激光源2.2.1.2与水平振镜2.2.1.3之间设置有扩束镜；

基准装置2.1、位移检测装置2.2通过安装支架组件2.3固定设置在隧道顶部；安装支架组件2.3包括安装支架2.3.1，安装支架2.3.1上设置有球头连接座2.3.2，球头连接座2.3.2通过球头锁紧螺母2.3.3与安装支架2.3.1固定连接；安装支架2.3.1上还螺纹连接有三个水平调整螺栓2.3.4，水平调整螺栓2.3.4上设置有锁紧螺母；基准装置2.1、位移检测装置2.2通过球头连接座2.3.2与安装支架2.3.1固定连接；

前端传感器2安装时，基准装置2.1设置有一个，固定安装在隧道一端顶部，检测基准组件2.1.2朝向隧道内侧；位移检测装置2.2设置有若干个，以后一个镜头组件2.2.1.7对准前一个检测基准组件2.1.2的方式，以间距为10米的距离固定安装在隧道中段顶部，位移检测装置2.2工作时，水平振镜2.2.1.3或垂直振镜2.2.1.4以设定1Hz的频率匀速摆动，则扫描线速度为125.6米/秒；基准装置2.1、位移检测装置2.2之间通过电缆和M-bus总线连接。

一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统的监测方法：基准装置2.1、位移检测装置2.2现场安装时，空间坐标(X_i，Y_i，Z_i)采用隧道相对空间坐标，其定义为：X_i为第i个位移检测装置2.2相对前一个基准装置2.1或位移检测装置2.2，沿隧道长度方向的直线距离；Y_i为第i个位移检测装置2.2安装点处隧道法面内，偏离基准装置2.1或上一个位移检测装置2.2的水平距离；Z_i为第i个位移检测装置2.2安装点处隧道法面内，偏离基准装置2.1或上一个位移检测装置2.2的垂直距离；

基准装置2.1、位移检测装置2.2在完成安装及调试对准后，基准装置2.1坐标设为原点(0，0，0)，位移检测装置2.2坐标为(X_i，0，0)；其中基准装置2.1坐标(0，0，0)在隧道变形监测过程中作为原点保持不变、或根据北斗定位模块输出的绝对空间坐标进行赋值；其中X_i在位移检测装置2.2安装调试过程中直接输入，且在隧道变形监测过程中保持不变；基准装置2.1、位移检测装置2.2现场安装所使用的隧道相对空间坐标，在现场安装、调试作业完成后，由作业人员建立在后台主站的隧道3D空间模型上；

位移检测装置2.2的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算公式为：

X_i＝X_i......(1)；

Y_i＝Y_i-1+Δy......(2)；

Z_i＝Z_i-1+Δz......(3)；

其中，Y_i-1为前一个位移检测装置2.2的Y向坐标；其中，Δy为当前位移检测装置2.2相对前一个位移检测装置2.2的Y向坐标变化量；其中，Z_i-1前一个位移检测装置2.2的Z向坐标；其中，Δz为当前位移检测装置2.2相对前一个位移检测装置2.2的Z向坐标变化量；

位移检测装置2.2工作时水平振镜2.2.1.8、垂直振镜2.2.1.9以1Hz的频率匀速摆动；其Δy、Δz计算公式为：

Δy＝Δt_y*V_y......(4)；

Δz＝Δt_z*V_z......(5)；

其中，Δt_y、Δt_z分别为激光接收装置2.2.1.6接收到Y向或Z向激光光斑时间与基准光斑的时间差；其中，V_y、V_z为位移检测装置2.2射出的激光光斑在前一个位移检测装置2.2上的检测基准组件2.1.2上的扫描线速度。

所有位移检测装置2.2检测出的(X_i，Y_i，Z_i)数据传输给基准装置2.1，再经基准装置2.1传输到后台主站1，后台主站1对接收到的各个位移检测装置2.2的数据进行空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置2.2所对应的隧道安装点的空间变形量。

以下具体说明位移检测装置2.2的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算方法：假设位移检测装置2.2设置距离为10米，工作时水平振镜2.2.1.3或垂直振镜2.2.1.4以设定1Hz的频率匀速摆动，则扫描线速度为125.6米/秒，水平振镜以从左至右方向开始双向扫描，垂直振镜以从上至下方向开始双向扫描；

以位于基准装置2.1后的第一个位移检测装置2.2为例，测出水平光斑分离时间Δt_y测出为0.125毫秒，且分离光斑位于基准光斑外；测出垂直光斑分离时间Δt_z为0.032毫秒，且分离光斑位于基准光斑内；则位于基准装置2.1后的位移检测装置2.2的隧道空间相对坐标计算结果为(0，-0.0157，-0.0040)，表示位于基准装置2.1后的第一个位移检测装置2.2，相对于基准装置2.1水平方向左移15.7毫米，相对于基准装置2.1垂直方向下移4.0毫米；

以位于第一个位移检测装置2.2后的第二个位移检测装置2.2为例，测出水平光斑分离时间Δt_y测出为0.040毫秒，且分离光斑位于基准光斑内；测出垂直光斑分离时间Δt_z为0.052毫秒，且分离光斑位于基准光斑内；则第一个位移检测装置2.2后的第二个位移检测装置2.2的隧道空间相对坐标为(0，-0.0157+0.005，-0.0040-0.0065)，计算结果为(0，-0.0107，-0.0105)，表示第二个位移检测装置2.2相对于初始安装位置水平方向左移10.7毫米，相对于基准装置2.1垂直方向下移10.5毫米；

其余位移检测装置2.2的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算方法与上面算法相同。

数据采集通信模块2.1.1上设置有北斗定位模块，北斗定位模块用于标定基准装置2.1的绝对空间坐标；实际进行隧道变形监测时，基准装置2.1的绝对空间坐标和位移检测装置2.2检测到的隧道变形位移数据同时传输到后台主站1，经后台主站1进行空间坐标转换，最终隧道的整体变形量以绝对空间坐标的形式予以显示。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：包括后台主站(1)、前端传感器(2)，后台主站(1)与前端传感器(2)之间通过无线公共通信网络通信连接；后台主站(1)中构建有被监测隧道的3D空间模型；

前端传感器(2)包括基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)；基准装置(2.1)包括数据采集通信模块(2.1.1)、检测基准组件(2.1.2)，检测基准组件(2.1.2)固定设置在数据采集通信模块(2.1.1)一侧面；位移检测装置(2.2)包括光机组件(2.2.1)、光机控制器(2.2.2)、检测基准组件(2.1.2)；光机控制器(2.2.2)与光机组件(2.2.1)电性连接；检测基准组件(2.1.2)固定设置在光机组件(2.2.1)其中一侧面，相对检测基准组件(2.1.2)安装侧面固定设置有镜头组件(2.2.1.7)；镜头组件(2.2.1.7)上设置有场镜；

前端传感器(2)安装时，基准装置(2.1)设置有一个，固定安装在隧道一端顶部或侧壁，检测基准组件(2.1.2)朝向隧道内侧；位移检测装置(2.2)设置有若干个，以后一个镜头组件(2.2.1.7)对准前一个检测基准组件(2.1.2)的方式，固定安装在隧道中段顶部或侧壁；基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)之间电性连接。

2.根据权利要求1所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：光机组件(2.2.1)包括壳体(2.2.1.1)、激光源(2.2.1.2)、水平振镜(2.2.1.8)、垂直振镜(2.2.1.9)、分光镜(2.2.1.5)、激光接收装置(2.2.1.6)、镜头组件(2.2.1.7)；镜头组件(2.2.1.7)固定设置在壳体(2.2.1.1)一侧面，形成密封腔体，激光源(2.2.1.2)、水平振镜(2.2.1.8)、垂直振镜(2.2.1.9)、分光镜(2.2.1.5)、激光接收装置(2.2.1.6)固定设置在密封腔体中，构成激光发射、接收光路；水平振镜(2.2.1.8)、垂直振镜(2.2.1.9)分别连接有振镜电机，光机组件(2.2.1)工作时，水平振镜(2.2.1.8)、垂直振镜(2.2.1.9)由振镜电机驱动做匀速摆动。

3.根据权利要求2所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：检测基准组件(2.1.2)包括激光靶球罩(2.1.2.1)、激光靶球(2.1.2.2)，激光靶球罩(2.1.2.1)为浅盆状，激光靶球(2.1.2.2)固定设置在激光靶球罩(2.1.2.1)底部；检测基准组件(2.1.2)固定设置在相对壳体(2.2.1.1)设置镜头组件(2.2.1.7)的侧面。

4.根据权利要求2所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)通过安装支架组件(2.3)固定设置在隧道顶部或侧壁；安装支架组件(2.3)包括安装支架(2.3.1)，安装支架(2.3.1)上设置有球头连接座(2.3.2)，球头连接座(2.3.2)通过球头锁紧螺母(2.3.3)与安装支架(2.3.1)固定连接；安装支架(2.3.1)上还螺纹连接有三个水平调整螺栓(2.3.4)，水平调整螺栓(2.3.4)上设置有锁紧螺母；基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)通过球头连接座(2.3.2)与安装支架(2.3.1)固定连接。

5.根据权利要求2所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：激光源(2.2.1.2)与水平振镜(2.2.1.3)之间设置有扩束镜。

6.根据权利要求2所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统，其特征是：数据采集通信模块(2.1.1)上设置有北斗定位模块。

7.一种基于权利要求2所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统的监测方法，其特征是：基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)现场安装时，空间坐标(X_i，Y_i，Z_i)采用隧道相对空间坐标，其定义为：X_i为第i个位移检测装置(2.2)相对前一个基准装置(2.1)或位移检测装置(2.2)，沿隧道长度方向的直线距离；Y_i为第i个位移检测装置(2.2)安装点处隧道法面内，偏离基准装置(2.1)或上一个位移检测装置(2.2)的水平距离；Z_i为第i个位移检测装置(2.2)安装点处隧道法面内，偏离基准装置(2.1)或上一个位移检测装置(2.2)的垂直距离；基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)现场安装所使用的隧道相对空间坐标，在现场安装、调试作业完成后，由作业人员建立在后台主站的隧道3D空间模型上；

基准装置(2.1)、位移检测装置(2.2)在完成安装及调试对准后，基准装置(2.1)坐标设为原点(0，0，0)，位移检测装置(2.2)坐标为(X_i，0，0)；其中基准装置(2.1)坐标(0，0，0)在隧道变形监测过程中作为原点保持不变、或根据北斗定位模块输出的绝对空间坐标进行赋值；其中X_i在位移检测装置(2.2)安装调试过程中直接输入，且在隧道变形监测过程中保持不变。

8.一种基于权利要求7所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统的监测方法，其特征是：位移检测装置(2.2)的隧道空间相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算公式为：

X_i＝X_i......(1)；

Y_i＝Y_i-1+Δy......(2)；

Z_i＝Z_i-1+Δz......(3)；

其中，Y_i-1为前一个位移检测装置(2.2)的Y向坐标；其中，Δy为当前位移检测装置(2.2)相对前一个位移检测装置(2.2)的Y向坐标变化量；其中，Z_i-1前一个位移检测装置(2.2)的Z向坐标；其中，Δz为当前位移检测装置(2.2)相对前一个位移检测装置(2.2)的Z向坐标变化量；

所有位移检测装置(2.2)检测出的(X_i，Y_i，Z_i)数据传输给基准装置(2.1)，再经基准装置(2.1)传输到后台主站(1)，后台主站(1)对接收到的各个位移检测装置(2.2)的数据进行空间坐标转换，最终转换为各个位移检测装置(2.2)所对应的隧道安装点的空间变形量。

9.一种基于权利要求8所述基于激光位移检测装置的隧道变形监测系统的监测方法，其特征是：位移检测装置(2.2)工作时水平振镜(2.2.1.8)、垂直振镜(2.2.1.9)以设定频率匀速摆动；其Δy、Δz计算公式为：

Δy＝Δt_y*V_y......(4)；

Δz＝Δt_z*V_z......(5)；

其中，Δt_y、Δt_z分别为激光接收装置(2.2.1.6)接收到Y向或Z向激光光斑时间与基准光斑的时间差；其中，V_y、V_z为位移检测装置(2.2)射出的激光光斑在基准装置(2.1)或前一个位移检测装置(2.2)上的检测基准组件(2.1.2)上的扫描线速度。

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