CN114062496B - 一种地裂缝地质灾害测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地裂缝地质灾害测量装置，包括超声波检测单元，超声波检测单元包括超声波收发探头；变形量检测单元包括卫星定位测量型天线；图像采集单元包括摄像机；滑轨机构沿长度方向设置于地裂缝的两侧，且滑轨机构上可活动地设置有定位桩；第一定位机构包括设置于定位桩上的第一伸缩缸，第一伸缩缸的输出端垂直设有第二伸缩缸，第二伸缩缸的输出端固定有超声波收发探头；第二定位机构包括设置于地裂缝顶口处的筒体，筒体内设置有第三伸缩缸和第四伸缩缸，第三伸缩缸和第四伸缩缸的输出端反向设置；本发明整体能够克服环境因素及地裂缝内部构造对检测结果的影响，完善地裂缝测量手段，为准确判断开挖工程的稳定性提供关键参数与重要表征。

Description

一种地裂缝地质灾害测量装置

技术领域

本发明涉及地裂缝工程测量装置技术领域，特别是涉及一种地裂缝地质灾害测量装置。

背景技术

地裂缝主要是发生在土层中的裂隙或断层，地裂缝在地表常呈多级雁列式的组合型式，有的可连结成巨大的裂缝。地裂缝随着大量的工程建设活动(如地下矿体开挖、边坡开挖、基坑开挖、地下水开采等)越来越多。毫无疑问，这些工程的建设必将引发在其开挖周边的地表出现一定规模的开裂现象，甚至造成地表塌陷、滑坡等地质灾害，将会给工程建设活动、人民生命财产安全带来严重的威胁，使国民经济遭到重大损失。因此，对工程建设开挖活动引起的地裂缝地质灾害测量十分必要，它不仅是工程地质灾害监测中重要的一环，而且能够为准确判断开挖工程的稳定性提供关键参数与重要表征，开展其监测具有重要意义。

然而目前由于地裂缝内环境复杂，常有填充物或钢筋等阻碍物堵塞在地裂缝内，导致现有的监测探头组件受到干扰，在检测深度时，现有的监测探头组件往往探测到阻碍物时就会判断并得到当前地裂缝的深度，造成的误差会对后续的工程建设产生严重影响，不仅如此，由于地裂缝受环境影响，其宽度尺寸也具有变形量，而一般情况下测量地裂缝宽度都是由人工完成的，致使地裂缝存在变形量时，测量的数值不准确，基于此现有的地裂缝测量技术仍不完善，有较大地提升空间，因此目前亟需一种新型的地裂缝地质灾害测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种地裂缝地质灾害测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使其克服环境因素及地裂缝内部构造对检测结果的影响，完善地裂缝测量技术，减轻人力劳动成本，能够为准确判断开挖工程的稳定性提供关键参数与重要表征。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种地裂缝地质灾害测量装置，包括：

超声波检测单元，所述超声波检测单元包括超声波收发探头，所述超声波收发探头用于向地裂缝内部发射和接收信号；

变形量检测单元，所述变形量检测单元包括卫星定位测量型天线，所述卫星定位测量型天线用于通过北斗卫星导航的差分定位方法检测地裂缝的变形量；

图像采集单元，所述图像采集单元包括摄像机，所述摄像机设置于多角度运动平台上，所述摄像机用于采集地裂缝内的图像；

滑轨机构，所述滑轨机构沿长度方向设置于地裂缝的两侧，且所述滑轨机构上可活动地设置有定位桩，两个所述定位桩对称设置于地裂缝的两侧；

第一定位机构，所述第一定位机构包括设置于所述定位桩上的第一伸缩缸，所述第一伸缩缸垂直于所述定位桩，所述第一伸缩缸的输出端垂直设有第二伸缩缸，所述第二伸缩缸的输出端朝向地面且固定有所述超声波收发探头；

第二定位机构，所述第二定位机构包括设置于地裂缝顶口处的筒体，所述筒体固定于安装板上，所述安装板倾斜设置，且平行于地裂缝的侧壁，所述安装板与所述定位桩固定，所述筒体内设置有第三伸缩缸和第四伸缩缸，所述第三伸缩缸和所述第四伸缩缸的输出端反向设置，所述第三伸缩缸的输出端固定有第一内杆，所述第一内杆的端部设有钻头组件，所述钻头组件朝向地裂缝的内侧壁，且所述筒体靠近所述钻头组件的一端设有所述卫星定位测量型天线，所述第四伸缩缸的端部固定有第二内杆，所述第二内杆的端部设有所述卫星定位测量型天线；

放线机构，所述放线机构用于调整所述摄像机位于地裂缝内的深度，且所述放线机构在放线时经过两个所述第二内杆之间的位置。

优选的，所述滑轨机构包括滑轨，所述滑轨沿地裂缝的长度方向埋设于地面内，所述滑轨的顶口露出地面，位于地裂缝两侧的两个所述滑轨对称设置，所述定位桩的底面与所述滑轨内侧的顶面摩擦接触，所述定位桩的侧面与所述滑轨的内侧面之间设有摩擦垫，所述滑轨的一端固定有第一电机，所述滑轨的另一端固定有轴座，所述轴座轴接有丝杆，所述丝杆的端部与第一电机的输出轴固接，所述丝杆上滑动连接有丝杠螺母，所述定位桩贯穿开设有第一安装孔，所述丝杠螺母固定于所述第一安装孔内。

优选的，所述第一定位机构包括钢圈，所述钢圈位于所述滑轨的顶部，所述钢圈套设于所述定位桩上，所述钢圈表面周向开设有若干间隔顺序排列的第二安装孔，所述第一伸缩缸与所述第二安装孔可拆卸连接，所述第一伸缩缸的上下两端对称设有导向杆，所述导向杆固定于所述定位桩上，两个所述导向杆的输出端以及所述第一伸缩缸的输出端之间固接有连接板，所述第二伸缩缸通过螺栓固定于所述连接板上。

优选的，所述第二定位机构包括连接杆，所述连接杆位于所述导向杆的顶部，所述连接杆沿水平方向穿设于所述定位桩上，所述连接杆的端部垂直固接有定位板，所述连接杆远离所述定位板的一端开设有装配孔，所述定位板的底端与所述安装板的顶端固接。

优选的，所述定位桩的顶面由上而下开设有滑道，所述滑道的两端贯穿所述定位桩的侧面，所述连接杆穿设于所述滑道内，且所述连接杆与所述滑道相适配，所述连接杆与所述滑道的两端均可拆卸连接有压紧件。

优选的，所述放线机构包括外壳，所述外壳内设有电动葫芦，所述外壳的两侧分别设有固定件，所述固定件通过螺栓与所述外壳的侧壁可拆卸连接，两个所述固定件分别与两个所述连接杆可拆卸连接。

优选的，所述第二内杆远离所述钻头组件的一端固接有橡胶板，两个所述橡胶板的相对面分别开设有夹持槽，所述电动葫芦的输出端安装有连接绳，所述连接绳的截面尺寸与两个所述夹持槽闭合后的截面尺寸相适配，所述连接绳的底端固接有配重块，所述多角度运动平台固接于所述配重块的底端。

优选的，所述钻头组件包括第二电机，所述第一内杆远离所述第三伸缩缸的端面开设有第三安装孔，所述第二电机固定于所述第三安装孔内，所述第二电机的输出端固接有转杆，所述第三安装孔的孔口处周向固接有轴承的外圈，所述轴承的内圈与所述转杆固定，所述转杆伸出所述第三安装孔并固接有钻头。

优选的，所述筒体上穿设有输料管，所述输料管与所述筒体的内腔连通，所述输料管位于所述第一内杆与所述第三伸缩缸之间。

优选的，所述多角度运动平台上固定有光源，所述光源与所述摄像机同侧设置。

本发明公开了以下技术效果：本发明利用可活动的定位桩作为载体，能够统一测量地裂缝的宽度、长度、深度及变形量，沿地裂缝的长度方向，在其两侧设置滑轨机构，滑轨机构的总长即地裂缝的长度，为避免受到地裂缝内阻碍物的影响，通过滑轨机构多次改变两个定位桩所在的位置，此时能够测量地裂缝在各位置段的宽度和深度尺寸，当定位桩移动至某一位置时，第一伸缩缸的输出端伸出，为超声波收发探头寻找合适的落点，而后第二伸缩缸的输出端带动超声波收发探头落地，而后使筒体内的第三伸缩缸带动钻头组件推出，并使得钻头组件植入地裂缝顶口的侧壁处，进行位置固定，通过放线机构将多角度运动平台及摄像机送至地裂缝内，到达一定深度位置后，第四伸缩缸带动第二内杆伸出，使得对称的两个第二内杆接触，抵押放线机构的连接绳，稳定摄像机的位置，由多角度运动平台调整摄像机的拍摄角度，采集地裂缝内的图像，同时对比超声波收发探头检测到的地裂缝内部情况，对每个位置的测量过程需静置一段时间，一方面提高摄像机、超声波收发探头检测结果的准确性，另一方面当地裂缝存在变形量时，植入其侧壁中的钻头组件会受到振幅影响，这样能够通过卫星定位测量型天线进行感应，而卫星定位测量型天线通过北斗卫星导航的高精度差分定位技术能够直接获取地裂缝的变形量，但卫星回传数据有一定的周期性，不能时刻提醒工作人员是否存在变形量的信息，而安装板的设置一方面为了连接定位桩与筒体，另一方面由于其初始状态下与地裂缝顶口一位置处于平行状态，静置一段时间后，若地裂缝存在一定变形量，则与安装板平行对应部分的倾斜角度必然与安装板的倾斜角度存在偏差，便于工作人员日常测量后能够快捷地了解地裂缝是否存在变形量，逐级向该地裂缝的各个定点位置进行测量，极大地提高了检测结果的准确性，本发明整体能够克服环境因素及地裂缝内部构造对检测结果的影响，完善了地裂缝测量技术，减轻了人力劳动成本，能够为准确判断开挖工程的稳定性提供关键参数与重要表征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明地裂缝地质灾害测量装置的主视图；

图2为本发明第二定位机构的主视图；

图3为本发明滑轨机构的侧视图；

图4为本发明橡胶板的俯视图；

图5为本发明滑道的侧视图；

图6为图1中A的局部放大图；

图7为图1中B的局部放大图；

图8为图1中C的局部放大图；

图9为本发明超声波检测单元、图像采集单元和识别判断单元连接关系的示意图；

图10为本发明超声波检测单元的结构示意图；

图11为本发明图像采集单元的结构示意图；

图12为本发明识别判断单元的结构示意图；

其中，1为超声波收发探头，2为地裂缝，3为卫星定位测量型天线，4为摄像机，5为多角度运动平台，6为定位桩，7为第一伸缩缸，8为第二伸缩缸，9为筒体，10为安装板，11为第三伸缩缸，12为第四伸缩缸，13为第一内杆，14为第二内杆，15为滑轨，16为摩擦垫，17为第一电机，18为轴座，19为丝杆，20为丝杠螺母，21为第一安装孔，22为钢圈，23为第二安装孔，24为导向杆，25为连接板，26为螺栓，27为连接杆，28为定位板，29为装配孔，30为滑道，31为压紧件，32为外壳，33为固定件，34为橡胶板，35为夹持槽，36为连接绳，37为配重块，38为第二电机，39为第三安装孔，40为转杆，41为轴承，42为钻头，43为输料管，44为光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例是针对于目前北方城市中广泛存在的地裂缝2现象，而进行的一项检测技术手段，地裂缝2是一种地质现象，即在自然或人为因素作用下，地表的土层或岩层等产生开裂，在地表形成一定长度和宽度的裂缝，而当这种现象在有人类活动的地区(主要是城镇、村落)发生的时候，便成为一种地质灾害。它可以直接毁坏各类工程建筑并随之造成一系列的环境问题，会对人民的人身安全、财产安全以及正常的生产生活造成极大的影响。因此，要想减少地裂缝2对人民群众的威胁及损害，就要加强对地裂缝2的监测与防治工作，监测的时候一般要注意的是监测的取点，重点测量深度比较深，或者是宽度比较大的区域，而且每次测量最少取5个点，每个监测点隔着一定的距离，这样才能够大致的预估地裂缝2的状况。测量过程中还需要注意的是，地裂缝2是会运动的，一般情况下是随着时间的推移，地裂缝2会越来越深，或者是越来越大，也有少部分的地裂缝2会维持原有的状况。所以一定要注意持续监测，这样才能够观测到地裂缝2的运动状况，做好提前预警措施。本实施例基于此，提供一种地裂缝地质灾害测量装置，参照图1-8，其具体的结构包括：

超声波检测单元，超声波检测单元包括超声波收发探头1，超声波收发探头1用于向地裂缝2内部发射和接收信号，本实施例采用超声波收发探头1向地裂缝2内部收发信号，并将该信号传递至超声波检测单元中的检测电器，进而能够得到本次测量地裂缝2的深度数据，经过多个测量点检测的结果，结合摄像机4采集图像反馈的数值，进而可以判断地裂缝2的绝对深度数据；

变形量检测单元，变形量检测单元包括卫星定位测量型天线3，卫星定位测量型天线3用于通过北斗卫星导航的高精度差分定位技术检测地裂缝2的变形量，通过北斗卫星导航的高精度差分定位技术，可以测量卫星定位测量型天线3固定位置的姿态，连续实时监测该固定位置的空间三维方向位移变化状态，从而判断出其在三维空间方向的变化趋势和绝对数值，以及该固定位置之间(即地裂缝2之间的距离)的变化趋势，进而获得地裂缝2两边地块各自的变形趋势，通过演算可以得知单边地块变形倾斜角度，并可以测出地裂缝2的宽度方向的数值变化，达到能够测量综合分析数据的目的；

图像采集单元，图像采集单元包括摄像机4，摄像机4设置于多角度运动平台5上，摄像机4用于采集地裂缝2内的图像，通过摄像机4可以采集地裂缝2内部的图像数据，利用多角度运动平台5能够调整摄像机4的拍摄角度，提高采集图像的覆盖面积；

滑轨机构，滑轨机构沿长度方向设置于地裂缝2的两侧，滑轨机构的总长即地裂缝2的长度，且滑轨机构上可活动地设置有定位桩6，两个定位桩6对称设置于地裂缝2的两侧，为避免受到地裂缝2内阻碍物的影响，通过滑轨机构多次改变两个定位桩6所在的位置，滑轨机构可以同步调整定位桩6并将其移动至确定的检测点位置，两个定位桩6对称设置于地裂缝2的两侧且遥向相对；

第一定位机构，第一定位机构包括设置于定位桩6上的第一伸缩缸7，第一伸缩缸7垂直于定位桩6，第一伸缩缸7的输出端垂直设有第二伸缩缸8，第二伸缩缸8的输出端朝向地面且固定有超声波收发探头1，当定位桩6移动至某一位置时，第一伸缩缸7的输出端伸出，为超声波收发探头1寻找合适的落点，而后第二伸缩缸8的输出端带动超声波收发探头1落地；

第二定位机构，第二定位机构包括设置于地裂缝2顶口处的筒体9，筒体9固定于安装板10上，安装板10倾斜设置，且平行于地裂缝2的侧壁，安装板10与定位桩6固定，筒体9内设置有第三伸缩缸11和第四伸缩缸12，第三伸缩缸11和第四伸缩缸12的输出端反向设置，第三伸缩缸11的输出端固定有第一内杆13，第一内杆13的端部设有钻头组件，钻头组件朝向地裂缝2的内侧壁，且筒体9靠近钻头组件的一端设有卫星定位测量型天线3，第四伸缩缸12的端部固定有第二内杆14，第二内杆14的端部设有卫星定位测量型天线3；筒体9的数量为两个，且均位于地裂缝2顶口内，两者对称设置，采用第三伸缩缸11带动第一内杆13将钻头组件推出，并使得钻头组件植入地裂缝2顶口的侧壁处，进行位置固定，即可将两个筒体9对称安装在地裂缝2两侧的密实土壤中，当地裂缝2两侧的地块发生变形变化时，筒体9的三维空间的绝对位置就会发生变化，位于固定筒体9与地裂缝2两侧地块之间的钻头组件的空间位移也会发生变化，而且钻头组件的位置变化具有对地块变化的放大作用，位于筒体9以及第二内杆14上的卫星定位测量型天线3的连线代表地裂缝2两边地块各自的变形趋势，由于卫星定位测量型天线3可以实时测量其在三维空间的绝对位置，因此，通过北斗卫星导航的高精度差分定位技术，可以测量位于筒体9上的钻头组件的姿态，连续实时监测钻头组件的空间三维方向位移变化状态，从而判断出筒体9在三维空间方向的变化趋势和绝对数值，以及两筒体8之间既地裂缝2之间的距离变化趋势，进而获得地裂缝2两边地块各自的变形趋势，通过演算可以得知单边地块变形倾斜角度，并可以测出地裂缝2的宽度方向的数值变化，达到能够测量综合分析数据的目的。

放线机构，放线机构用于调整摄像机4位于地裂缝2内的深度，且放线机构在放线时经过两个第二内杆14之间的位置，通过放线机构将多角度运动平台5及摄像机4送至地裂缝2内，到达一定深度位置后，第四伸缩缸12带动第二内杆14伸出，使得对称的两个第二内杆14接触，抵押放线机构的连接绳36，稳定摄像机4的位置，由多角度运动平台5调整摄像机4的拍摄角度，采集地裂缝2内的图像。

目前由于研究水平逐渐提高，地裂缝2监测工作不断发展完善。除应用常规地质调查、考古方法、物探方法和工程勘察等手段调查空问展布特征，分析发展演化规律，活动周期及其迁移规律等活动情况外，还通过定点位移测量监测地裂缝2现今活动发展情况，这种技术手段比上述各传统的检测手段更准确，同时能够大幅降低劳动强度，定点位移测量手段能够结合现今地应力场、现今地形变场监测，配合岩土体力学性质和模拟实验，深部地壳构造特征探测，以及地下水动态观测等方法，调查地裂缝2控制因素。在地质条件复杂的地区，还应用爵频大地电场仪确定地裂缝延伸情况，进而能够确定本实施例中滑轨机构的设置位置，应用浅层高分辨纵反射法，调查地裂缝活动区第四系覆盖层中的断层位置及其活动情况，本实施例中优选的采用超声波收发探头1进行信号反射接收与发送，调查其断层位置及其活动情况。

使用时，利用可活动的定位桩6作为载体，能够统一测量地裂缝2的宽度、长度、深度及变形量，沿地裂缝2的长度方向，在其两侧设置滑轨机构，滑轨机构的总长即地裂缝2的长度，为避免受到地裂缝2内阻碍物的影响，通过滑轨机构多次改变两个定位桩6所在的位置，此时能够测量地裂缝2在各位置段的宽度和深度尺寸，当定位桩6移动至某一位置时，第一伸缩缸7的输出端伸出，为超声波收发探头1寻找合适的落点，而后第二伸缩缸8的输出端带动超声波收发探头1落地，而后使筒体9内的第三伸缩缸11带动钻头组件推出，并使得钻头组件植入地裂缝2顶口的侧壁处，进行位置固定，通过放线机构将多角度运动平台5及摄像机4送至地裂缝2内，到达一定深度位置后，第四伸缩缸12带动第二内杆14伸出，使得对称的两个第二内杆14接触，抵押放线机构的连接绳36，稳定摄像机4的位置，由多角度运动平台5调整摄像机4的拍摄角度，采集地裂缝2内的图像，同时对比超声波收发探头1检测到的地裂缝2内部情况，对每个位置的测量过程需静置一段时间，一方面提高摄像机4、超声波收发探头1检测结果的准确性，另一方面当地裂缝2存在变形量时，植入其侧壁中的钻头组件会受到振幅影响，这样能够通过卫星定位测量型天线3进行感应，而卫星定位测量型天线3通过北斗卫星导航的高精度差分定位技术能够直接获取地裂缝2的变形量，但卫星回传数据有一定的周期性，不能时刻提醒工作人员是否存在变形量的信息，而安装板10的设置一方面为了连接定位桩6与筒体9，另一方面由于其初始状态下与地裂缝2顶口一位置处于平行状态，静置一段时间后，若地裂缝2存在一定变形量，则与安装板10平行对应部分的倾斜角度必然与安装板10的倾斜角度存在偏差，便于工作人员日常测量后能够快捷地了解地裂缝2是否存在变形量，逐级向该地裂缝2的各个定点位置进行测量。

进一步优化方案，滑轨机构包括滑轨15，滑轨15沿地裂缝2的长度方向埋设于地面内，滑轨15的顶口露出地面，滑轨15底端一部分埋设在地面内，起到加固的作用，同时能够使得定位桩6露出地面，不干涉其与其他结构连接，位于地裂缝2两侧的两个滑轨15对称设置，定位桩6的底面与滑轨15内侧的顶面摩擦接触，定位桩6的侧面与滑轨15的内侧面之间设有摩擦垫16，摩擦垫16能够减少定位桩6移动过程中的摩擦损伤，滑轨15的一端固定有第一电机17，滑轨15的另一端固定有轴座18，轴座18轴接有丝杆19，丝杆19的端部与第一电机17的输出轴固接，丝杆19上滑动连接有丝杠螺母20，定位桩6贯穿开设有第一安装孔21，丝杠螺母20固定于第一安装孔21内，利用第一电机17驱动丝杆19自转，进而带动丝杠螺母20水平方向移动，丝杠螺母20与第一安装孔21可采用螺栓26进行固定，能够带动定位桩6沿水平方向移动。

进一步优化方案，第一定位机构包括钢圈22，钢圈22位于滑轨15的顶部，钢圈15套设于定位桩6上，钢圈22可采用卡箍结构，钢圈22表面周向开设有若干间隔顺序排列的第二安装孔23，第一伸缩缸7与第二安装孔23可拆卸连接，可根据需要将第一伸缩缸7与第二安装孔23通过螺栓26进行装配，设置多个第二安装孔23便于调整第一伸缩缸7的对应位置，第一伸缩缸7的上下两端对称设有导向杆24，导向杆24为套管式结构，其固定端与定位桩6直接固定，导向杆24固定于定位桩6上，两个导向杆24的输出端以及第一伸缩缸7的输出端之间固接有连接板25，第二伸缩缸8通过螺栓26固定于连接板25上，设置连接板25以及导向杆24能够减轻第一伸缩缸7与第二伸缩缸8的承重负担。

进一步优化方案，第二定位机构包括连接杆27，连接杆27位于导向杆24的顶部，连接杆27沿水平方向穿设于定位桩6上，连接杆27的端部垂直固接有定位板28，连接杆27远离定位板28的一端开设有装配孔29，定位板28的底端与安装板10的顶端固接，安装板10通过连接杆27、定位板28可直接与定位桩6进行固定，当第三伸缩缸11动力不足以将钻头组件植入地裂缝2两侧的地块时，可采用小车通过绳索与装配孔29进行固定，在小车的动力配合连接杆27、定位板28、安装板10传力的作用下，带动筒体9向地裂缝2两侧的地块具有运动趋势，配合第三伸缩缸11将钻头组件植入至地裂缝2两侧的地块。

进一步优化方案，定位桩6的顶面由上而下开设有滑道30，滑道30的两端贯穿定位桩6的侧面，连接杆27穿设于滑道30内，且连接杆27与滑道30相适配，连接杆27与滑道30的两端均可拆卸连接有压紧件31，设置U型的滑道30便于调整连接杆27的高度位置，调整后通过压紧件31将其固定，当需要小车的动力辅助钻头组件植入地裂缝2两侧的地块时，计算连接杆27的传力效果，进而对应调整连接杆27的高度位置。

进一步优化方案，放线机构包括外壳32，外壳32内设有电动葫芦，外壳32的两侧分别设有固定件33，固定件33通过螺栓26与外壳32的侧壁可拆卸连接，两个固定件33分别与两个连接杆27可拆卸连接，通过内置的电动葫芦可将摄像机4送至地裂缝2的内部，连接杆27顶面设置若干装配插孔，用于根据外壳32的宽度调整固定件33的位置，而后通过螺栓26装配固定外壳32的位置即可。

进一步优化方案，第二内杆14远离钻头组件的一端固接有橡胶板34，两个橡胶板34的相对面分别开设有夹持槽35，夹持槽35为半圆形槽，电动葫芦的输出端安装有连接绳36，连接绳36的截面尺寸与两个夹持槽35闭合后的截面尺寸相适配，两个夹持槽35闭合后的圆形槽空间与连接绳36的尺寸相适配，连接绳36的底端固接有配重块37，多角度运动平台5固接于配重块37的底端，利用电动葫芦放线可将摄像机4送至地裂缝2的内部，而后采用第四伸缩缸12带动两个第二内杆14同步推出，直至两个橡胶板34对接，使得两个夹持槽35夹持住连接绳36，固定其位置，当摄像机4位置调整完成后，利用配重块37的自身重量能够防止连接绳36晃动，保证拍摄时摄像机4处于相对稳定的拍摄环境，提高成像质量。

进一步优化方案，钻头组件包括第二电机38，第一内杆13远离第三伸缩缸11的端面开设有第三安装孔39，第二电机38固定于第三安装孔39内，第二电机38的输出端固接有转杆40，第三安装孔39的孔口处周向固接有轴承41的外圈，轴承41的内圈与转杆40固定，转杆40伸出第三安装孔39并固接有钻头42，第二电机38以植入第三安装孔39的方式与第一内杆13固定，当第三伸缩缸11推出时，第二电机38转动，进而带动转杆40与钻头42同步转动，使其植入至地裂缝2两侧的地块。

进一步优化方案，筒体9上穿设有输料管43，输料管43与筒体9的内腔连通，输料管43位于第一内杆13与第三伸缩缸11之间，利用输料管43能够将润滑油注入至筒体9内，提高筒体9内各电器结构的使用寿命。

进一步优化方案，多角度运动平台5上固定有光源44，光源44与摄像机4同侧设置，由于地裂缝2内部环境昏暗，通过光源44进行补光能够提高采集图像的清晰度。

实施例2

参照图9-12，本实施例提供一种地裂缝地质灾害检测系统，具体的构造包括超声波检测单元、变形量检测单元和图像采集单元分别与识别判断单元信号连接，识别判断单元与终端电性连接；

其中，超声波检测单元包括超声波收发探头1，超声波收发探头1信号连接有数据处理模块和时间标记模块，数据处理模块电性连接有二维绘制模块，二维绘制模块电性连接有三维绘制模块，三维绘制模块以及时间标记模块均与处理器电性连接，处理器电性连接有储存卡和定位模块；

变形量检测单元主要由基于北斗卫星导航高精度差分定位技术的卫星定位测量型天线3构成；

图像采集单元包括摄像机4，摄像机4电性连接有储存器，储存器、摄像机分别与微控制器连接；

识别判断单元包括两条分支，其中一条为第一地裂缝识别模块，与第一地裂缝识别模块电性连接的第一地裂缝判断模块以及与第一地裂缝判断模块电性连接的第一显示模块，另一条为第二地裂缝识别模块，与第二地裂缝识别模块电性连接的第二地裂缝判断模块以及与第二地裂缝判断模块电性连接的第二显示模块，第三显示模块与变形量检测单元电性连接，第一地裂缝识别模块与超声波检测单元的储存卡连接，第二地裂缝识别模块与图像采集单元的储存器连接。

超声波收发探头1用于向地裂缝2内部发射和接收信号；定位模块用于检测超声波发射的行走路径及与路径对应的定位坐标；定位模块将记录的路径及对应的定位坐标信息发送至处理器；处理器接收定位模块发送的路径及对应的定位坐标信息并将数据在储存卡内进行存储；时间标记模块用于标记超声波发射时间、接收超声波返回信号时间及定位模块行走记录路径的时间；时间标记模块将标记的超声波发射时间、接收超声波返回信号时间及定位模块行走记录路径的时间信息发送至处理器，由处理器将信息进行统计；数据处理模块将时间标记模块的记录信息和定位模块的记录信息统计后进行有效整理，并对信息进行有效性处理，具体处理步骤如下：

步骤一：设定标记的超声波发射时间、接收超声波返回信号时间和超声波的传输速度；

步骤二：利用公式Li＝(T2i-T1i)*V获取得到深度；

步骤三：设定时间节点记为ti；通过同一路径不同时间节点ti进行有效整理；具体表现为：设定L1为起始点，下一节点为L2，依次类推，最终节点为Li；然后L1与L2……Li值相比较，当出现L1与Li-1值相等且L1与Li-1中的最大值满足Lmax-L1>g；其中g是固定预设值；Lmax-L1代表地裂缝2的最大深度；则L1与Li-1为有效数据；当出现L1与Li-1值相等且L1与Li-1中的最大值满足Lmax-L1<g，则l1与li-1为无效数据，且取li-1值为起始点，依次按照时间节点ti顺序与li比较，进行有效数据提取；

步骤四：提取有效数据并进行整理存储；

数据处理模块将提取的有效数据信息发送至二维绘制模块；二维绘制模块接收数据处理模块发送的有效数据并对数据进行二维面绘制，具体绘制步骤如下：

步骤一：设定同一时间节点ti不同位置采集点的数据绘制在同一二维图上；设定同一时间节点ti的不同位置的超声波检测点测得最低端值依次记为d11、d12、……、d1i；

步骤二：将d11、d12、……、d1i绘制在同一二维图上，并将相邻两点进行中心点连线，形成同一时间节点ti的二维图；

二维绘制模块将绘制的二维图发送到三维绘制模块上；三维绘制模块接收二维绘制模块发送的二维图并将其合成三维图，合成步骤如下：

步骤一：将不同节点的ti按照检测时间顺序依次合成，形成地裂缝2立体三维图；

步骤二：将地裂缝2立体三维图内的裂缝边缘点提取出，形成地裂缝2立体结构，具体表现为，对同一时间节点t1对应的地裂缝2边缘点进行提取，提取过程如下：

a：通过d11起始点进行依次对比，当出现d11＝d12时，即两个相邻点相等，则设定d12为起始点，依次类推，当d11＝d1n时，提取d11、d1n及d11与d1n之间的点；

b：提取不同时间节点ti的地裂缝2边缘点进行提取，通过不同时间节点ti的地裂缝2边缘点进行连线形成地裂缝2三维结构图；

三维绘制模块将绘制的地裂缝2三维结构图信息发送至处理器上，处理器接收三维绘制模块发送的绘制的地裂缝2三维结构图信息并将信息在储存卡上进行存储；第一地裂缝识别模块用于对储存卡内部存储的地裂缝2三维结构图进行识别，具体识别步骤如下：

S1：获取地裂缝2三维结构图的俯视图；

S2：提取俯视图内的地裂缝2槽口边缘线，形成封闭槽口图形；

S3：对封闭槽口图形进行提取并将其标记为特征图形；

第一地裂缝识别模块将封闭槽口图形的特征图形发送至第一地裂缝判断模块；第一地裂缝判断模块接收第一地裂缝识别模块发送的封闭槽口图形的特征图形并对信息进行判断，判断步骤如下：

步骤一：判断封闭槽口图形的地裂缝2的条数J；

步骤二：当地裂缝2条数J＝1，对地裂缝2进行中心点识别并建立坐标系，测量地裂缝2与坐标系X轴的夹角α，当夹角α≤45度，则为横向地裂缝2；当夹角α≥45度，则为纵向地裂缝2；

步骤三：当地裂缝2条数J>1，且地裂缝2形成封闭图形；则为网状裂缝。

第一显示模块用于接收处理器和第一地裂缝判断模块的地裂缝2数据信息并将其显示。

定位模块具有定位打点功能和路径绘制功能，定位打点功能为每个相同时刻记录每个时刻坐标的点；路径绘制功能用于对定位打点进行绘制形成路径。

另外，通过摄像机4将拍摄的图像传递至储存器，微处理器对采集的图像进行图像处理，将该图像处理为框图化三维图像，将处理后的图像传递回储存器，由第二地裂缝识别模块提取处理后的图像，具体的识别过程由于该图像为框图化三维图像(即三维结构图)，因此识别以及判断过程与第一地裂缝识别模块以及第一地裂缝判断模块的方法相同，最终由第二显示模块接收处理器和第二地裂缝判断模块的地裂缝2数据信息并将其显示，由第三显示模块显示地裂缝2变形量的信息，通过对比第一显示模块、第二显示模块以及第三显示模块的信息，得到该定位桩6测量位置的地裂缝2信息。

本实施例通过接收超声波发射信号以及超声波返回信号；利用公式Li＝(T2i-T1i)*V获取得到深度Li；然后利用超声波发射信号为基础轴，Li/2的长度即可代表超声波反射点的坐标，将超声波反射点的坐标连接绘制平面，即可得到地裂缝二维剖视图；设定时间节点记为ti；通过同一路径不同时间节点ti进行有效整理；具体表现为：设定L1为起始点，下一节点为L2，依次类推，最终节点为Li；然后L1与L2……Li值相比较，当出现L1与Li-1值相等且L1与Li-1中的最大值满足Lmax-L1>g；其中g是固定预设值；Lmax-L1代表地裂缝2的最大深度；则L1与Li-1为有效数据；当出现L1与Li-1值相等且L1与Li-1中的最大值满足Lmax-L1</g，则l1与li-1为无效数据，且取li-1值为起始点，依次按照时间节点ti顺序与li比较，进行有效数据提取；同时将摄像机4采集的图像经过微处理器进行处理，得到框图化三维图像，由第二地裂缝识别模块获取地裂缝2三维结构图的俯视图、提取俯视图内的地裂缝2槽口边缘线，形成封闭槽口图形、对封闭槽口图形进行提取并将其标记为特征图形，而后发送至第二地裂缝判断模块，判断封闭槽口图形的地裂缝2的条数J、当地裂缝2条数J＝1，对地裂缝2进行中心点识别并建立坐标系，测量地裂缝2与坐标系X轴的夹角α，当夹角α≤45度，则为横向地裂缝2；当夹角α≥45度，则为纵向地裂缝2、当地裂缝2条数J>1，且地裂缝2形成封闭图形；则为网状裂缝，进而得到超声波收发探头1与摄像机4采集的两种地裂缝2数据信息。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于，包括：

超声波检测单元，所述超声波检测单元包括超声波收发探头(1)，所述超声波收发探头(1)用于向地裂缝(2)内部发射和接收信号；

变形量检测单元，所述变形量检测单元包括卫星定位测量型天线(3)，所述卫星定位测量型天线(3)用于通过北斗卫星导航的差分定位方法检测地裂缝(2)的变形量；

图像采集单元，所述图像采集单元包括摄像机(4)，所述摄像机(4)设置于多角度运动平台(5)上，所述摄像机(4)用于采集地裂缝(2)内的图像；

滑轨机构，所述滑轨机构沿长度方向设置于地裂缝(2)的两侧，且所述滑轨机构上可活动地设置有定位桩(6)，两个所述定位桩(6)对称设置于地裂缝(2)的两侧；

第一定位机构，所述第一定位机构包括设置于所述定位桩(6)上的第一伸缩缸(7)，所述第一伸缩缸(7)垂直于所述定位桩(6)，所述第一伸缩缸(7)的输出端垂直设有第二伸缩缸(8)，所述第二伸缩缸(8)的输出端朝向地面且固定有所述超声波收发探头(1)；

第二定位机构，所述第二定位机构包括设置于地裂缝(2)顶口处的筒体(9)，所述筒体(9)固定于安装板(10)上，所述安装板(10)倾斜设置，且平行于地裂缝(2)的侧壁，所述安装板(10)与所述定位桩(6)固定，所述筒体(9)内设置有第三伸缩缸(11)和第四伸缩缸(12)，所述第三伸缩缸(11)和所述第四伸缩缸(12)的输出端反向设置，所述第三伸缩缸(11)的输出端固定有第一内杆(13)，所述第一内杆(13)的端部设有钻头组件，所述钻头组件朝向地裂缝(2)的内侧壁，且所述筒体(9)靠近所述钻头组件的一端设有所述卫星定位测量型天线(3)，所述第四伸缩缸(12)的端部固定有第二内杆(14)，所述第二内杆(14)的端部设有所述卫星定位测量型天线(3)；

放线机构，所述放线机构用于调整所述摄像机(4)位于地裂缝(2)内的深度，且所述放线机构在放线时经过两个所述第二内杆(14)之间的位置。

2.根据权利要求1所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述滑轨机构包括滑轨(15)，所述滑轨(15)沿地裂缝(2)的长度方向埋设于地面内，所述滑轨(15)的顶口露出地面，位于地裂缝(2)两侧的两个所述滑轨(15)对称设置，所述定位桩(6)的底面与所述滑轨(15)内侧的顶面摩擦接触，所述定位桩(6)的侧面与所述滑轨(15)的内侧面之间设有摩擦垫(16)，所述滑轨(15)的一端固定有第一电机(17)，所述滑轨(15)的另一端固定有轴座(18)，所述轴座(18)轴接有丝杆(19)，所述丝杆(19)的端部与第一电机(17)的输出轴固接，所述丝杆(19)上滑动连接有丝杠螺母(20)，所述定位桩(6)贯穿开设有第一安装孔(21)，所述丝杠螺母(20)固定于所述第一安装孔(21)内。

3.根据权利要求2所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述第一定位机构包括钢圈(22)，所述钢圈(22)位于所述滑轨(15)的顶部，所述钢圈(22)套设于所述定位桩(6)上，所述钢圈(22)表面周向开设有若干间隔顺序排列的第二安装孔(23)，所述第一伸缩缸(7)与所述第二安装孔(23)可拆卸连接，所述第一伸缩缸(7)的上下两端对称设有导向杆(24)，所述导向杆(24)固定于所述定位桩(6)上，两个所述导向杆(24)的输出端以及所述第一伸缩缸(7)的输出端之间固接有连接板(25)，所述第二伸缩缸(8)通过螺栓(26)固定于所述连接板(25)上。

4.根据权利要求3所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述第二定位机构包括连接杆(27)，所述连接杆(27)位于所述导向杆(24)的顶部，所述连接杆(27)沿水平方向穿设于所述定位桩(6)上，所述连接杆(27)的端部垂直固接有定位板(28)，所述连接杆(27)远离所述定位板(28)的一端开设有装配孔(29)，所述定位板(28)的底端与所述安装板(10)的顶端固接。

5.根据权利要求4所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述定位桩(6)的顶面由上而下开设有滑道(30)，所述滑道(30)的两端贯穿所述定位桩(6)的侧面，所述连接杆(27)穿设于所述滑道(30)内，且所述连接杆(27)与所述滑道(30)相适配，所述连接杆(27)与所述滑道(30)的两端均可拆卸连接有压紧件(31)。

6.根据权利要求4所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述放线机构包括外壳(32)，所述外壳(32)内设有电动葫芦，所述外壳(32)的两侧分别设有固定件(33)，所述固定件(33)通过螺栓(26)与所述外壳(32)的侧壁可拆卸连接，两个所述固定件(33)分别与两个所述连接杆(27)可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述第二内杆(14)远离所述钻头组件的一端固接有橡胶板(34)，两个所述橡胶板(34)的相对面分别开设有夹持槽(35)，所述电动葫芦的输出端安装有连接绳(36)，所述连接绳(36)的截面尺寸与两个所述夹持槽(35)闭合后的截面尺寸相适配，所述连接绳(36)的底端固接有配重块(37)，所述多角度运动平台(5)固接于所述配重块(37)的底端。

8.根据权利要求1所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述钻头组件包括第二电机(38)，所述第一内杆(13)远离所述第三伸缩缸(11)的端面开设有第三安装孔(39)，所述第二电机(38)固定于所述第三安装孔(39)内，所述第二电机(38)的输出端固接有转杆(40)，所述第三安装孔(39)的孔口处周向固接有轴承(41)的外圈，所述轴承(41)的内圈与所述转杆(40)固定，所述转杆(40)伸出所述第三安装孔(39)并固接有钻头(42)。

9.根据权利要求1所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述筒体(9)上穿设有输料管(43)，所述输料管(43)与所述筒体(9)的内腔连通，所述输料管(43)位于所述第一内杆(13)与所述第三伸缩缸(11)之间。

10.根据权利要求1所述的地裂缝地质灾害测量装置，其特征在于：所述多角度运动平台(5)上固定有光源(44)，所述光源(44)与所述摄像机(4)同侧设置。

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