CN113865489A - 一种基于激光的高支模立杆位移监测装置及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑施工监测技术领域，具体是一种基于激光的高支模立杆位移监测装置及预警方法，所述基于激光的高支模立杆位移监测装置包括：监测模块，所述监测模块包括激光发射器、激光接收器、分析器和位移随动部，若干所述激光发射器与激光接收器分别成对设置在高支模横杆侧和高支模立杆侧，且各对所述激光发射器与激光接收器之间的激光光束垂直或平行于地面，若干所述位移随动部设置在高支模立杆上，任一所述的位移随动部跟随其所在的高支模立杆发生位移变化，所述分析器分别与激光发射器和激光接收器连接，本实施例可实现高支模立杆的多点监测，以及高支模立杆位移超过预设值处的精确定位。

Description

一种基于激光的高支模立杆位移监测装置及预警方法

技术领域

本发明涉及建筑施工监测技术领域，具体是一种基于激光的高支模立杆位移监测装置 及预警方法。

背景技术

随着城市现代化进程的快速发展，城市中大跨度结构和超高建筑结构逐渐增多，高支 模体系在工程领域中的应用也越来越广泛。高大模板支撑体系简称为高支模体系，是指混 凝土构件模板支撑系统高度达8m及以上，或搭设跨度18m及以上的模板支撑系统，属于 超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。高支模工程具有复杂性、高危性、事故突发 性等特点，当进行混凝土浇筑时，高支模架体立杆受混凝土荷载、施工荷载、风荷载和立杆基础沉降等原因，容易导致高支模架体变形过大或承载过大，使得高支模体系发生局部坍塌或整体倾覆等重大的安全事故。因此，在高支模体系安全监测体系中，对高支模立杆的位移情况进行安全监测与预警显得尤为重要，成为工程技术人员关注的重点。

对于高支模立杆位移监测，传统的监测方法多采用全站仪观测法、接触式位移计测量 法等方法进行位移观测，但此类方法均存在缺陷。全站仪观测法由于其依赖人工监测，难 以做到实时监测，而且当高支模内部杆件较密时，观测视线会受到很大影响；接触式位移 计测量法在无固定参照点的位置则难于监测。

与传统的监测方法相比较，一种基于激光的非接触式位移监测方法具有采样频率高、 响应迅速的特点。现有的专利CN106840092B-采用激光测距仪监测高支模的方法，介绍了 采用激光测距仪监测高支模的方法，但该方法仅能够监测高支模架体是否发生沉降，且由 于实际操作复杂，不适合临时支撑体系的高支模使用，同时该方法未涉及高支模安全预警 方法。专利CN09485277U-一种基于激光的高支模支撑架立杆水平位移实时监测装置，介绍 了一种基于激光的高支模支撑架立杆水平位移实时监测装置，采用激光技术的监测装置， 根据接收器接收的激光光强变化，来评估高支模立杆的水平位移值，但该监测装置只能监 测挡板所在位置立杆的水平位移，采用一套监测装置只能实现单根立杆单点监测，不能具 备实现高支模立杆多点同步实时监测的功能。专利CN210513017U-一种基于CCD图像传感 器应用的高支模立杆位移实时监测系统，介绍了一种基于CCD图像传感器应用的高支模立 杆位移实时监测系统，当高支模立杆的位置变化时，根据CCD面板生成的检测图像随之位 移来评估高支模立杆的位移值，但通过CCD面板评估得到的高支模立杆位移值仅代表该单 根立杆在监测位置处的位移值，并不能代表其他立杆的位移值，由于激光光束不能穿透CCD 面板，使得该监测装置只能对单一立杆位移进行单点监测，不能反映高支模架体中其他立 杆的位移情况。专利CN212988280U-一种监理用高支模实时监测报警装置，介绍了一种监 理用高支模实时监测报警装置，可同时监测多根立杆水平位移，当立杆发生水平移动时， 挡板会移出挡住激光，报警装置报警。但该装置不足之处是只能固定在高支模顶板底部， 仅针对顶板底部立杆的水平位移情况进行监测，无法对其他区域立杆位移情况进行监测， 监测范围具有很大局限性，同时该方法并不具备精准定位位移立杆位置的功能。

有鉴于此，目前亟需发明一种基于激光的高支模立杆多点位移实时监测装置及预警方 法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光的高支模立杆位移监测装置及预警方法，以解决 上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于激光的高支模立杆位移监测装置，包括：

监测模块，所述监测模块包括具有测距功能的激光发射器、激光接收器、分析器和位 移随动部，若干所述激光发射器与激光接收器分别成对设置在高支模横杆侧和高支模立杆 侧，且各对所述激光发射器与激光接收器之间的激光光束垂直或平行于地面，

若干所述位移随动部设置在高支模立杆上，并位于对应的高支模横杆侧或高支模立杆 侧的激光光束所在光路上，任一所述的位移随动部跟随其所在的高支模立杆发生位移变 化，

所述分析器分别与激光发射器和激光接收器连接，用于接收激光发射器和激光接收器 的传输信号，以分析任意一条光路上所有发生位移变化的位移随动部对其所在光路上的激 光光束的干涉程度，并在干涉程度超过预设值时向外发出预警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：激光发射器和激光接收器成对设置在需要监 测的高支模立杆侧，并布置若干位移随动部在激光发射器和激光接收器之间的激光光束所 在光路上，对同一水平面或竖直面的高支模立杆进行多点监测，一旦有高支模立杆的位移 超出预设值(监测报警值)，激光光束将不能通过该高支模立杆上的位移随动部，实现了 仅使用较少器件对高支模立杆多点位移同步实时监测，具有测距功能的激光发射器测得激 光发射器与位移随动部之间的距离，可以确定发生位移超出监测报警值的高支模立杆的准 确位置，实现高支模立杆监测的精准定位功能，并可及时预警和发出警报。

为了便于所述基于激光的高支模立杆位移监测装置的安装和监测，提高该装置的实用 性和易推广能力，本发明提供的另一个技术方案：一种基于激光的高支模立杆位移预警方 法，采用如上所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，包括以下步骤：

激光接收器采集激光信号，并传输激光信号给分析器；

分析器根据接收的激光信号，判断是否采集到激光信号，若未采集到激光信号则通过 激光发射器的激光测距信号获取对激光光束的干涉程度超过预设值的位移随动部的位置， 以定位危险位置；

分析器定位危险位置后发布预警信息和发出警示信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：激光发射器和激光接收器成对设置，可实现 同一水平面或竖直面的高支模立杆的多点监测，并根据分析器采集激光发射器的测距信 号，确定发生位移超出监测报警值高支模立杆的准确位置，实现高支模立杆的精准定位， 并实现了实时预警和警示功能。

附图说明

图1为一个实施例中基于激光的高支模立杆位移监测装置的结构示意图。

图2为一个实施例中高支模立杆的水平方向位移监测示意图。

图3为一个实施例中高支模立杆的竖直方向位移监测示意图。

图4为一个实施例中基于激光的高支模立杆位移监测装置的俯视示意图。

图5为一个实施例中第一激光挡板的结构示意图。

图6为一个实施例中粘贴板的结构示意图。

图7为一个实施例中第二激光挡板的结构示意图。

图8为另一个实施例中基于激光的高支模立杆位移预警方法的流程示意图。

附图中：100-高支模架体；101-高支模横杆；102-高支模立杆；201-水平激光发射器； 202-水平激光接收器；203-分析器；211-竖直激光发射器；212-竖直激光接收器；300-预 警模块；301-PC端；302-手机；303-报警器；401-第一激光挡板；4011-椭圆开口；4012-粘贴板；402-第二激光挡板；4021-圆孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图 时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中 所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权 利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-图4，本发明提供的一个实施例中，一种基于激光的高支模立杆位移监测 装置，包括监测模块，所述监测模块包括具有测距功能的激光发射器、激光接收器、分析器和位移随动部，若干所述激光发射器与激光接收器分别成对设置在高支模横杆101侧和高支模立杆102侧，且各对所述激光发射器与激光接收器之间的激光光束垂直或平行于地面，若干所述位移随动部设置在高支模立杆102上，并位于对应的高支模横杆侧101或高 支模立杆102侧的激光光束所在光路上，任一所述的位移随动部跟随其所在的高支模立杆102发生位移变化，所述分析器203分别与激光发射器和激光接收器连接，用于接收激光 发射器和激光接收器的传输信号，以分析任意一条光路上所有发生位移变化的位移随动部对其所在光路上的激光光束的干涉程度，并在干涉程度超过预设值时向外发出预警信号。

本实施例中，所述在干涉程度超过预设值时向外发出预警信号包括：在有位移随动部 对激光光束的干涉程度超过预设值时，发出该激光光束的激光发射器向分析器传输激光发 射信号、激光测距信号，所述激光测距信号包含有该激光发射器到对应位移随动部的距离 数据；分析器根据所述的激光发射信号、激光测距信号定位所述位移随动部的位置，以定 位发生位移的高支模立杆的位置，并向外发出预警信号；

在一个场景中，其中一根高支模立杆102形变产生位移时，可能带动了一个安装在该 高支模立杆102上的位移随动部发生位移变化，此时，对这一高支模立杆102侧的水平或竖直方向的激光光束的干涉程度是由发生位移变化的位移随动部造成的，并反映到该位移随动部所在光路的激光光束传递上；或者可能带动了多个安装在该高支模立杆102上的位移随动部发生位移变化，此时，对这一高支模立杆102侧的水平或竖直方向的激光光束的干涉程度是由发生位移变化的所有位移随动部组合造成的，并反映到所有位移变化的位移随动部各自所在光路的激光光束传递上。

在另一个场景中，其中一根高支模立杆102形变产生位移时，可能带动了多个安装在 该高支模立杆102上的位移随动部发生位移变化，此时，对这一高支模立杆102侧的水平和竖直方向的激光光束的干涉程度是由发生位移变化的所有位移随动部组合造成的；并反映到所有位移变化的位移随动部共同所在光路的激光光束传递上。

综上所述，通过对一个时间节点的所有光路上的激光光束传递的监测，也可以实现对 发生了形变的高支模立杆102的多点位移监测，并定位发生形变的高支模立杆102的位置。

高支模立杆102是高支模架体100的组成部分，对混凝土浇筑的支撑起到主要的作用； 在搭建所述基于激光的高支模立杆位移监测装置时，首先，在高支模架体以外区域设置固 定立杆，固定立杆的底端向下穿过软土层后深入并固定于地下基岩层，顶端则向上至模板 支撑底部，固定立杆与高支模架体100之间相互独立、无关联，避免了相互影响。固定立 杆设置在高支模架体100的高支模立杆102左右两侧，使左右两根固定立杆所在平面与中 间高支模架体的高支模立杆102相互平行。

所述监测模块在水平方向和竖直方向均有布置，以便于对高支模立杆的多点位移监 测，具体的是激光发射器有水平激光发射器201和竖直激光发射器211，激光接收器有水平激光接收器202和竖直激光接收器212；水平激光发射器201和水平激光接收器202通 过夹持器设置于固定立杆的杆身位置，用于发射和接收水平向激光光束，竖直方向的竖直 激光发射器211和竖直激光接收器212通过夹持器设置于固定立杆的底端和顶端位置，用 于发射和接收垂直于地面的竖向激光光束。所述水平方向和竖直方向激光光束呈直线且与地面平行或垂直。所述位移随动部至少包括激光挡板，所述激光挡板的中心设有供激光光束通过的开口，激光挡板设置于待测高支模架体各高支模立杆杆身处，通过夹持器保持固定，用气泡水准仪进行校准，使激光挡板与地面平行或垂直；

在监测过程中，水平激光发射器201发射激光光束L1，激光光束L1从激光挡板的开口中心穿出，经过数个激光挡板后被水平激光接收器接收202。竖直激光发射器211发射 激光光束L2，激光光束L2从对应激光挡板的开口中心穿出，经过数个激光挡板后被竖直 激光接收器接收；由于激光挡板的位置随高支模立杆102的移动而发生变化，这种变化存 在以下工况：当某根高支模立杆102发生微小位移时，激光接收器接可收激光光束；当高 支模立杆102位移超出预设值时，激光挡板就会阻挡激光光束通过，激光接收器不能接收 激光信号；分析器无法感知激光接收器接收到的激光信号，则会开启报警模式，传递预警 信号至外部监测管理平台和报警器，监测管理平台将预警信息发布在PC端和手机端，同 时分析器通过具有测距功能的激光发射器测得激光发射器与发生位移的激光挡板之间的 距离，确定位移超出预设值高支模立杆102的准确位置。通过监测管理平台通知发生位移 超出预设值高支模立杆102的准确位置，供现场作业人员做出紧急应对措施；报警器将发 出蜂鸣警报声并开启警示灯光，提醒现场作业人员进行紧急撤离。

如上所述，本实施例通过将激光发射器射出的激光光束、多个激光挡板的开口中心和 激光接收器三者调至同一水平面或竖直面上，实现高支模立杆的多点位移监测，在众多监 测的高支模立杆中，一旦有高支模立杆的位移超出预设值，激光光束将不能通过该高支模 立杆上的激光挡板，实现了仅使用较少设备对高支模立杆多点位移同步实时监测；并且在 存在激光光束未能从激光挡板开口处射出时，通过具有测距功能的激光发射器测得激光发 射器与该激光挡板之间的距离，可以确定发生位移超出预设值高支模立杆102的准确位置， 实现高支模立杆102监测的精准定位功能，并可及时预警和发出警报。

在本实施例的另一个场景中，所述监测模块设置于任意水平高度的水平方向，或是某 单根高支模立杆102旁，其激光光束发射的方向分别为水平方向和竖直方向，根据待监测 高支模立杆监测位置的高度确定相应预设值，从而设定激光挡板中心开口位置的形状和尺 寸。

如图5-图7所示，本实施例中，所述激光挡板包括分别设置在高支模立杆的第一激光 挡板401和第二激光挡板402，所述第一激光挡板401的中心开设椭圆开口4011；

具体的，椭圆开口4011的长轴的二分之一即水平位移的监测报警值，可根据行业标 准《建筑施工临时支撑结构技术规范》JGJ 300-2013第8.0.9的规定，取为h/300(h为 传感器安装高度)。椭圆开口的短轴的二分之一即竖向位移的容许值可根据行业标准《模 板工程安全自动监测技术规程》中规定的L/400确定(L为模板构件计算跨度)，竖向位 移的监测报警值为容许值的80％，则竖向位移的监测报警值为L/500。设第一激光挡板的 开口中心为椭圆中心，则开口椭圆方程可表示为：

其中，x、y表示椭圆的坐标点数值。

竖直方向的监测是对同一立杆不同高度处的水平位移进行监测，第二激光挡板402的 开口尺寸与不同高度处的水平位移监测报警值相关。竖直方向的激光挡板的开口形状选择 为圆孔4021，圆孔半径即水平位移的监测报警值，可根据行业标准《建筑施工临时支撑结 构技术规范》JGJ 300-2013第8.0.9的规定，取为h/300(注：h为传感器安装高度)。

设第二激光挡板4021的开口中心为圆心，则开口圆的方程可表示为：

其中，x、y表示圆的坐标点数值。

在另一个实施例中，所述分析器连接有预警模块300，所述预警模块300用于接收分 析器发出的预警信号，并进行显示和声光报警；

所述预警模块300包括报警器303和用户端，所述报警器和用户端均通过无线网络连 接所述分析器203；本实施例的用户端可以是PC端301或手机302，也可以是微型便携式电脑或平板电脑。

在另一个实施例中，如图6所示，所述位移随动部还包括调校件，所述调校件用于控 制激光光束通过各激光挡板的开口位置；

所述调校件采用粘贴板4012，所述粘贴板4012可粘贴于所述开口，且粘贴板4012的 中心设有供激光光束通过的通孔K，通孔K位于椭圆开口4011的中心处；所述的粘贴板4012在粘贴在所述开口后，缩小了供激光光束通过的开口大小，便于在安装和预调试时，将激光挡板的开口处用圆形或椭圆形纸片粘贴遮挡，粘贴板4012中心留有一个通孔K，使激光光束恰好可以从椭圆开口4011的正中心位置穿过。然后调整激光挡板位置，使激光 光束能够从第一个粘贴板4012的微小圆孔穿出，此时将该激光挡板的粘贴板4012上的纸 片摘下；剩余激光挡板均重复上述操作，直到激光接收器接收到激光光束，预调试完毕。 快速确定了激光发射器、激光挡板及激光接收器的平行度或垂直度；简化安装和预调试难 度，提高施工效率。所述调校件也可采用纸片或其他不透光元件。

请参阅图8，在另一个实施例中，一种基于激光的高支模立杆位移预警方法，采用如 上所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，包括以下步骤：

激光接收器采集激光信号，并传输激光信号给分析器；

分析器根据接收的激光信号，判断是否采集到激光信号，若未采集到激光信号则通过 激光发射器的激光测距信号获取对激光光束的干涉程度超过预设值的位移随动部的位置， 以定位危险位置；

分析器定位危险位置后发布预警信息和发出警示信号。

具体的，所述激光接收器接收所述激光发射器发射的激光光束，分析器实时采集所述 激光接收器的传输信号，在有位移随动部对激光光束的干涉程度超过预设值时，分析器向 发出该激光光束的激光发射器采集激光发射信号、激光测距信号，或发出该激光光束的激 光发射器向分析器传输激光发射信号、激光测距信号，所述激光测距信号包含有该激光发 射器到对应位移随动部的距离数据；分析器根据所述的激光发射信号、激光测距信号定位 所述位移随动部的位置，这样的话，也就定位发生位移超过预设值的高支模立杆102的位 置，之后，分析器通过无线网络连接外部设备，并向外发出预警信号。

在本实施例的一个场景中，所述分析器根据预设频率采集激光接收器接收的激光信 号，该预设频率根据高支模立杆102的规格灵活确定，仅需保证对高支模立杆102位移的监测可实现即可；

在一个场景中，所述位移随动部的预设值根据相关参数进行设定，与所述位移随动部 相对于地面的高度相适应，具体如上所述的方程式所示。

本发明的工作原理：水平激光发射器201发射激光光束L1，激光光束L1从激光挡板的开口中心穿出，经过数个激光挡板后被水平激光接收器接收202。竖直激光发射器211 发射激光光束L2，激光光束L2从对应激光挡板的开口中心穿出，经过数个激光挡板后被 竖直激光接收器接收；由于激光挡板的位置随高支模立杆102的移动而发生变化，这种变 化存在以下工况：当某根高支模立杆102发生微小位移时，激光接收器接可收激光光束； 当高支模立杆102位移超出预设值时，激光挡板就会阻挡激光光束通过，激光接收器不能 接收激光信号；分析器无法感知激光接收器接收到的激光信号，则会开启报警模式，传递 预警信号至外部监测管理平台和报警器，监测管理平台将预警信息发布在PC端和手机端， 同时分析器通过具有测距功能的激光发射器测得激光发射器与发生位移的激光挡板之间 的距离，确定位移超出预设值高支模立杆102的准确位置。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方 案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应 性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用 技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可 以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，包括：

监测模块，所述监测模块包括具有测距功能的激光发射器、激光接收器、分析器和位移随动部，若干所述激光发射器与激光接收器分别成对设置在高支模横杆侧和高支模立杆侧，且各对所述激光发射器与激光接收器之间的激光光束垂直或平行于地面，

若干所述位移随动部设置在高支模立杆上，并位于对应的高支模横杆侧或高支模立杆侧的激光光束所在光路上，任一所述的位移随动部跟随其所在的高支模立杆发生位移变化，

所述分析器分别与激光发射器和激光接收器连接，用于接收激光发射器和激光接收器的传输信号，以分析任意一条光路上所有发生位移变化的位移随动部对其所在光路上的激光光束的干涉程度，并在干涉程度超过预设值时向外发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述分析器连接有预警模块，所述预警模块用于接收分析器发出的预警信号，并进行显示和声光报警。

3.根据权利要求2所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述预警模块包括报警器和用户端，所述报警器和用户端均通过无线网络连接所述分析器。

4.根据权利要求1或2所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述位移随动部至少包括激光挡板，所述激光挡板的中心设有供激光光束通过的开口。

5.根据权利要求4所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述位移随动部还包括调校件，所述调校件用于控制激光光束通过各激光挡板的开口位置。

6.根据权利要求4所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述激光挡板包括分别设置在高支模立杆的第一激光挡板和第二激光挡板，所述第一激光挡板的中心开设椭圆开口。

7.根据权利要求1所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，其特征在于，所述在干涉程度超过预设值时向外发出预警信号包括：在有位移随动部对激光光束的干涉程度超过预设值时，发出该激光光束的激光发射器向分析器传输激光发射信号、激光测距信号，所述激光测距信号包含有该激光发射器到对应位移随动部的距离数据；分析器根据所述的激光发射信号、激光测距信号定位所述位移随动部的位置，以定位发生位移的高支模立杆的位置，并向外发出预警信号。

8.一种基于激光的高支模立杆位移预警方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的基于激光的高支模立杆位移监测装置，包括以下步骤：

激光接收器采集激光信号，并传输激光信号给分析器；

分析器根据接收的激光信号，判断是否采集到激光信号，若未采集到激光信号则通过激光发射器的激光测距信号获取对激光光束的干涉程度超过预设值的位移随动部的位置，以定位危险位置；

分析器定位危险位置后发布预警信息和发出警示信号。

9.根据权利要求8所述的基于激光的高支模立杆位移预警方法，其特征在于，所述分析器根据预设频率采集激光接收器接收的激光信号。

10.根据权利要求8所述的基于激光的高支模立杆位移预警方法，其特征在于，所述位移随动部的预设值根据相关参数进行设定，与所述位移随动部相对于地面的高度相适应。

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