CN114518639A - 一种自动调整棱镜的监测桩及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动调整棱镜的监测桩及方法，属于监测桩技术领域，微型定位芯片、转动装置、微型陀螺仪、基底座、限位固定装置、混凝土桩、装置放置箱、天线，监测棱镜设置在装置放置箱上，微型定位芯片安装在监测棱镜的内部。本发明具有提高测量精度的能力，同时具有智能化程度较高、安装调整简便、省时省力等优点。由于采用微型定位芯片、转动控制器和微型陀螺仪等智能化设备，使得调整的监测棱镜对准精度较高，间接提高了边坡监测的精度；同时解决了测量人员在监测点与基准监测墩之间来回跑动调整监测棱镜的问题，省时省力，提高了仪器安装的效率。

Description

一种自动调整棱镜的监测桩及方法

技术领域

本发明涉及监测桩技术领域，尤其涉及一种自动调整棱镜的监测桩及方法。

背景技术

监测桩是一种工程上用于测量被监测对象是否发生变形的工具桩，常见于公路边坡、矿山、基坑等工程建设中。监测人员通过设置多个监测桩定期对监测对象进行监测，了解被监测对象的变形发展过程以及对监测对象进行变形预测，可提前进行预警以及为下一步采取的防护设计措施提供参考依据。

传统监测桩的安装通常包括选点、埋入监测桩体、安装监测棱镜、调整对焦等几个步骤，同时还需要另外设置一个固定式基准监测墩，用于测量机器人进行测量所用。在对大型监测对象，诸如高边坡、矿山等进行监测时，往往需要设置多个监测桩，安装多个监测棱镜，同时需要人为调整所有的监测棱镜对准基准监测墩点，在人为调整的过程中往往存在一定的偏差。若监测棱镜调整的角度不合适，需要人在监测点和基准监测墩之间来回跑动进行调整，较为费时费力，同时对于较危险的边坡或者矿山以及不利于人长时间作业的地方，容易对监测人员造成一定的安全隐患。

因此，为解决上述监测过程中存在的测量误差较大、费时费力等问题，本发明提供了一种自动调整棱镜的监测桩及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调整棱镜的监测桩及方法，解决现有监测过程中存在的测量误差较大、费时费力的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自动调整棱镜的监测桩，包括监测棱镜、微型定位芯片、转动装置、微型陀螺仪、基底座、限位固定装置、混凝土桩、装置放置箱、天线，监测棱镜设置在装置放置箱上，微型定位芯片安装在监测棱镜的内部，监测棱镜的底部安装有微型陀螺仪，监测棱镜底部设置在转动装置上，微型陀螺仪安装在转动装置内部，转动装置固定在基底座上，装置放置箱放置在混凝土桩上，并用限位固定装置进行固定，天线设置在装置放置箱上，微型定位芯片，可以自动定位当前监测棱镜的中心坐标值，并可将坐标值通过天线发送至监测系统后端进行处理，转动装置用于控制监测棱镜的水平转动角度，实现不同角度的智能化转动，微型陀螺仪用于控制监测棱镜的仰角转动，监测棱镜的不同仰角方向转动。

进一步地，转动装置包括转动控制器和转动动力机构，转动控制器与转动动力机构连接，微型陀螺仪与安装在转动控制器连接。

进一步地，限位固定装置为卡扣式螺栓或者固定螺栓。

进一步地，上述方案还包括微型蓄电池和柔性太阳能板，微型蓄电池安装在基底座内部，柔性太阳能板安装在装置放置箱外部，柔性太阳能板与微型蓄电池连接。

一种自动调整棱镜的监测桩的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将多个混凝土桩现浇预埋在各点监测位置处；

步骤2：将装置放置箱通过卡扣式螺栓固定在混凝土桩顶部；

步骤3：接通微型定位芯片、转动控制器、微型陀螺仪的电源；

步骤4：微型定位芯片自动定位监测棱镜的三维坐标值xi，yi，zi，i＝1,2……n，同时微型陀螺仪测量监测棱镜所处的角度值φi，i＝1,2……n；

步骤5：天线分别将微型定位芯片和微型陀螺仪测量的三维坐标值,xi，yi，zi，i＝1,2……n及角度值φii＝1,2……n发送至监测系统后端；

步骤6：监测系统后端接收有基准监测墩的原始三维坐标值x0，y0，z0，将天线发送的三维坐标值xi，yi，zi，i＝1,2……n与基准监测墩的原始三维坐标值x0，y0，z0进行比较计算，计算所得差值坐标为△xi＝xi-x0，△yi＝yi-y0，△zi＝zi-z0，i＝1,2……n，将天线发送的角度值φi，i＝1,2……n与基准监测墩的角度值φ0进行比较计算，计算所得差值角度为△φi＝φi-φ0i＝1,2……n；

步骤7：监测系统后端将计算所得的差值坐标△xi，△yi，△zi，i＝1,2……n和差值角度△φi，i＝1,2……n发送给天线，天线将数据反馈给转动控制器和微型陀螺仪；

步骤8：转动控制器和微型陀螺仪通过接收到的数据进行自动旋转调整，保证监测棱镜的中心十字线与基准监测墩的中心线在同一位置，实现监测棱镜的自动旋转调整。

步骤9：当监测棱镜中心十字线与基准监测墩在同一位置时，就可以进行下一步的边坡监测。

进一步地，当边坡安装有n个监测棱镜1时，此时的差值坐标可以用下面公式进行表示：

差值角度可以用下面公式进行表示：

{φ_i}＝{φ₁,φ₂,…φ_n}-{φ₀}，i＝1,2……n

当遇到不可抗力因素，后期的基准监测墩发生沉降、破坏时，或者由于施工需要另外挪动基准监测墩位置时，只需要重新安装一根监测基准桩，重新测量基准监测墩的初始坐标值x0，y0，z0，并传送到监测系统后端平台进行更正即可，同时各个监测点根据更正后的基准监测墩初始坐标值进行自动重新计算并做调整，实现由于不同基准监测墩初始坐标值变化而导致的监测点来回调整的难题。

在对大型监测对象，诸如高边坡、矿山等进行监测时，往往需要设置多个监测桩，安装多个监测棱镜，同时需要人为调整所有的监测棱镜对准基准监测墩点，在人为调整的过程中往往存在一定的偏差。若监测棱镜调整的角度不合适，需要人在监测点和基准监测墩之间来回跑动进行调整，较为费时费力，同时对于较危险的边坡或者矿山以及不利于人长时间作业的地方，易对监测人员的生命安全造成一定的威胁。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明具有提高测量精度的能力，同时具有智能化程度较高、安装调整简便、省时省力等优点。由于采用微型定位芯片、转动控制器和微型陀螺仪等智能化设备，使得调整的监测棱镜对准精度较高，间接提高了边坡监测的精度；同时解决了测量人员在监测点与基准监测墩之间来回跑动调整监测棱镜的问题，省时省力，提高了仪器安装的效率。此外，对于一些较危险的大型边坡、矿山等不利于人长时间作业的监测对象，本发明可减少人员的来回走动，降低监测人员的安全风险，符合监测人员现场安全的管理需求。

附图说明

图1是本发明监测桩结构示意图；

图2是本发明卡扣式螺栓及柔性太阳能板布置图。

附图中，1.监测棱镜、2.微型定位芯片、3.转动控制器、4.微型陀螺仪、5.基底座、6.微型蓄电池、7.柔性太阳能板、8.卡扣式螺栓、9.混凝土桩、10.装置放置箱、11.天线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1-2所示，一种自动调整棱镜的监测桩，包括监测棱镜1、微型定位芯片2、转动控制器3、微型陀螺仪4、基底座5、微型蓄电池6、柔性太阳能板7、卡扣式螺栓8、混凝土桩9、装置放置箱10、天线11。

本发明是这样设置的：监测棱镜1设置在装置放置箱10上；监测棱镜1内部装有微型定位芯片2，底部安装有微型陀螺仪4，监测棱镜1底部设置在转动控制器3上；微型陀螺仪4安装在转动控制器3内部；转动控制器3固定在基底座5上；基底座5内部安装有微型蓄电池6；柔性太阳能板7安装在装置放置箱10外部，并与微型蓄电池6连接；装置放置箱10放置在混凝土桩9上，并用卡扣式螺栓8进行固定；天线11设置在装置放置箱10上；微型定位芯片2、转动控制器3、微型陀螺仪4、基底座5、微型蓄电池6均布设在装置放置箱10内；微型蓄电池6为微型定位芯片2、转动控制器3、微型陀螺仪4、天线11进行连接供电；柔性太阳能板7为微型蓄电池6进行供电；微型蓄电池6储存柔性太阳能板7采集到电能作为电源。

所述的微型定位芯片2，可以自动定位当前监测棱镜的中心坐标值，并可将坐标值通过天线11发送至监测系统后端进行处理；

所述的转动控制器3，用以控制监测棱镜1的水平转动角度，实现不同角度的智能化转动；

所述的微型陀螺仪4，设置在监测棱镜1底部，用以控制监测棱镜1的仰角转动，实现监测棱镜1的不同仰角方向转动；

所述的基底座5，内部为一可放置微型蓄电池6的空心底座；

所述的微型蓄电池6设置在基底座5内部，可为不同用电部件进行供电；

所述的柔性太阳能板7安装在装置放置箱10外部，为微型蓄电池6进行供电；

所述的混凝土桩9为现浇预埋的混凝土桩；

所述的天线11为可发射和接收数据的天线；

使用上述所述的一种自动调整棱镜的监测桩及方法，包括以下操作步骤:

(1)将多个混凝土桩9现浇预埋在各点监测位置处；

(2)将装置放置箱10通过卡扣式螺栓8固定在混凝土桩9顶部；

(3)接通微型定位芯片2、转动控制器3、微型陀螺仪4的电源；

(4)微型定位芯片2自动定位监测棱镜1的三维坐标值(xi，yi，zi)(i＝1,2……n)，同时微型陀螺仪4测量监测棱镜1所处的角度值φi(i＝1,2……n)；

(5)天线11分别将微型定位芯片2和微型陀螺仪4测量的三维坐标值(xi，yi，zi)(i＝1,2……n)及角度值φi(i＝1,2……n)发送至监测系统后端；

(6)监测系统后端接收有基准监测墩的原始三维坐标值(x0，y0，z0)，将天线11发送的三维坐标值(xi，yi，zi)(i＝1,2……n)与基准监测墩的原始三维坐标值(x0，y0，z0)进行比较计算，计算所得差值坐标为(△xi＝xi-x0，△yi＝yi-y0，△zi＝zi-z0)(i＝1,2……n)；将天线11发送的角度值φi(i＝1,2……n)与基准监测墩的角度值φ0进行比较计算，计算所得差值角度为△φi＝φi-φ0(i＝1,2……n)；

(7)监测系统后端将计算所得的差值坐标(△xi，△yi，△zi)(i＝1,2……n)和差值角度△φi(i＝1,2……n)发送给天线11，天线11将数据反馈给转动控制器3和微型陀螺仪4；

(8)转动控制器3和微型陀螺仪4通过接收到的数据进行自动旋转调整，保证监测棱镜1的中心十字线与基准监测墩的中心线在同一位置，实现监测棱镜1的自动旋转调整。

(9)当监测棱镜1中心十字线与基准监测墩在同一位置时，就可以进行下一步的边坡监测。

当边坡安装有n个监测棱镜1时，此时的差值坐标可以用下面公式进行表示：

差值角度可以用下面公式进行表示：

{φ_i}＝{φ₁,φ₂,…φ_n}-{φ₀}，i＝1,2……n

当遇到不可抗力因素，比如后期的基准监测墩发生沉降、破坏等时，或者由于施工需要另外挪动基准监测墩位置时，此时只需要重新安装一根监测基准桩，重新测量基准监测墩的初始坐标值(x0，y0，z0)，并传送到监测系统后端平台进行更正即可。同时各个监测点根据更正后的基准监测墩初始坐标值进行自动重新计算并做调整，实现由于不同基准监测墩初始坐标值变化而导致的监测点来回调整的难题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动调整棱镜的监测桩，其特征在于：包括监测棱镜(1)、微型定位芯片(2)、转动装置、微型陀螺仪(4)、基底座(5)、限位固定装置、混凝土桩(9)、装置放置箱(10)、天线(11)，监测棱镜(1)设置在装置放置箱(10)上，微型定位芯片(2)安装在监测棱镜(1)的内部，监测棱镜(1)的底部安装有微型陀螺仪(4)，监测棱镜(1)底部设置在转动装置上，微型陀螺仪(4)安装在转动装置内部，转动装置固定在基底座(5)上，装置放置箱(10)放置在混凝土桩(9)上，并用限位固定装置进行固定，天线(11)设置在装置放置箱(10)上，微型定位芯片(2)，可以自动定位当前监测棱镜的中心坐标值，并可将坐标值通过天线(11)发送至监测系统后端进行处理，转动装置用于控制监测棱镜(1)的水平转动角度，实现不同角度的智能化转动，微型陀螺仪(4)用于控制监测棱镜(1)的仰角转动，监测棱镜(1)的不同仰角方向转动。

2.根据权利要求1所述的一种自动调整棱镜的监测桩，其特征在于：转动装置包括转动控制器(3)和转动动力机构，转动控制器(3)与转动动力机构连接，微型陀螺仪(4)与安装在转动控制器(3)连接。

3.根据权利要求3所述的一种自动调整棱镜的监测桩，其特征在于：限位固定装置为卡扣式螺栓(8)或者固定螺栓。

4.根据权利要求3所述的一种自动调整棱镜的监测桩，其特征在于：还包括微型蓄电池(6)和柔性太阳能板(7)，微型蓄电池(6)安装在基底座(5)内部，柔性太阳能板(7)安装在装置放置箱(10)外部，柔性太阳能板(7)与微型蓄电池(6)连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种自动调整棱镜的监测桩的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将多个混凝土桩(9)现浇预埋在各点监测位置处；

步骤2：将装置放置箱(10)通过卡扣式螺栓(8)固定在混凝土桩(9)顶部；

步骤3：接通微型定位芯片(2)、转动控制器(3)、微型陀螺仪(4)的电源；

步骤4：微型定位芯片(2)自动定位监测棱镜(1)的三维坐标值xi，yi，zi，i＝1,2……n，同时微型陀螺仪(4)测量监测棱镜(1)所处的角度值φi，i＝1,2……n；

步骤5：天线(11)分别将微型定位芯片(2)和微型陀螺仪(4)测量的三维坐标值,xi，yi，zi，i＝1,2……n及角度值φii＝1,2……n发送至监测系统后端；

步骤6：监测系统后端接收有基准监测墩的原始三维坐标值x0，y0，z0，将天线(11)发送的三维坐标值xi，yi，zi，i＝1,2……n与基准监测墩的原始三维坐标值x0，y0，z0进行比较计算，计算所得差值坐标为△xi＝xi-x0，△yi＝yi-y0，△zi＝zi-z0，i＝1,2……n，将天线(11)发送的角度值φi，i＝1,2……n与基准监测墩的角度值φ0进行比较计算，计算所得差值角度为△φi＝φi-φ0i＝1,2……n；

步骤7：监测系统后端将计算所得的差值坐标△xi，△yi，△zi，i＝1,2……n和差值角度△φi，i＝1,2……n发送给天线(11)，天线(11)将数据反馈给转动控制器(3)和微型陀螺仪(4)；

步骤8：转动控制器(3)和微型陀螺仪(4)通过接收到的数据进行自动旋转调整，保证监测棱镜(1)的中心十字线与基准监测墩的中心线在同一位置，实现监测棱镜(1)的自动旋转调整。

步骤9：当监测棱镜(1)中心十字线与基准监测墩在同一位置时，就可以进行下一步的边坡监测。

6.根据权利要求5所述的一种自动调整棱镜的监测桩的方法，其特征在于，当边坡安装有n个监测棱镜1时，此时的差值坐标可以用下面公式进行表示：

差值角度可以用下面公式进行表示：

{φ_i}＝{φ₁,φ₂,…φ_n}-{φ₀}，i＝1,2……n

当遇到不可抗力因素，后期的基准监测墩发生沉降、破坏时，或者由于施工需要另外挪动基准监测墩位置时，只需要重新安装一根监测基准桩，重新测量基准监测墩的初始坐标值x0，y0，z0，并传送到监测系统后端平台进行更正即可，同时各个监测点根据更正后的基准监测墩初始坐标值进行自动重新计算并做调整，实现由于不同基准监测墩初始坐标值变化而导致的监测点来回调整的难题。

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