CN116929296A - 一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，包括壳体，所述壳体前端设有激光发射器，所述激光发射器的光束发射方向与壳体前端同向；所述壳体后端设有接收窗口，所述接收窗口内设有图像传感器，所述图像传感器感光面朝向接收窗口且与激光发射器所发射出的激光相垂直；所述壳体内还设有图像处理器；所述壳体设有固定部；所述壳体外壁还设有水平泡，所述水平泡的水平线与图像传感器的边线平行，所述水平泡的标准水平面与激光发射器所发射出的激光相平行。本发明实现对管廊断面四个象限方向上的位移测量，达到全方位测量的目的，有利于制定相应解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及管廊、隧道的沉降检测领域，具体涉及一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置及其检测方法。
背景技术
地下管廊建设于城市地下，用于集中铺设电力、通信、广播电视、给水等市政管线的公共隧道；由于管廊、隧道长度较长，在具体建设过程中往往需要设置伸缩缝、沉降缝，甚至采用预制拼接方法进行施工；隧道拼接处通常为薄弱位置，在环境荷载作用下可能会出现混凝土开裂、不均匀沉降、水平错动等诸多问题；这些问题不仅会严重削弱混凝土管廊的适用性和耐久性，还会对管廊内附属的各类管道造成不良影响，因此需要对混凝土管廊及附属管道进行沉降监测，确保其安全稳定运行。
而管廊、隧道的沉降不仅仅局限于高度方向上的位移，还可能存在左右方向上的位移，因此就目前现有的检测方式而言，大部分只能针对管廊、隧道断面上的高度方向沉降进行检测，难以对沿管廊、隧道左右方向上所发生的偏移进行检测。
发明内容
基于上述问题，本发明目的在于提供一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置及其检测方法，以实现对管廊断面四个象限方向上的位移测量，达到全方位测量的目的，有利于制定相应解决方案。
针对以上问题，提供了如下技术方案：一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，包括壳体，所述壳体前端设有激光发射器，所述激光发射器的光束发射方向与壳体前端同向；所述壳体后端设有接收窗口，所述接收窗口内设有图像传感器，所述图像传感器感光面朝向接收窗口且与激光发射器所发射出的激光相垂直；所述壳体内还设有图像处理器；所述壳体设有固定部；所述壳体外壁还设有水平泡，所述水平泡的水平线与图像传感器的边线平行，所述水平泡的标准水平面与激光发射器所发射出的激光相平行。
上述结构中，装置为多个沿管廊、隧道长度方向间隔设置，图像传感器直接裸露接收光源，外部光源为非平行光，会导致图像传感器记录的画面呈现白色，通过图像处理器降低感光度，激光发射器的发射的激光趋于平行光，直接照射到下一装置的图像传感器上形成光斑，当管廊、隧道出现沉降时，各装置将跟随管廊、隧道出现位移，导致激光发射器的发射的激光在下一装置的图像传感器上的位置也发生改变，改变前后的距离则是沉降或位移的距离，由于图像传感器的像素密度高，因此平行激光可有效保证光斑的一致性，因此两装置之间出现的细小位移也能被图像传感器所捕获，按比例缩放即可精确得出沉降/位移量，具有测量准确度高，受外部环境影响小的优点。
本发明进一步设置为，所述水平泡为两个且两者的标准水平面呈90度交错的同时均与激光发射器所发射出的激光相平行。
上述结构中，图像传感器为方形，因此其侧边与水平泡水平放置时的水平面平行，同时图像传感器的感光面与水平泡水平放置时的水平面垂直，因此当水平泡放置到水平状态时，图像传感器的侧边与水平面呈平行状态，方便将各装置的图像传感器记录下的画面进行组合在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型。
本发明进一步设置为，所述接收窗口设有后端防护玻璃，所述图像传感器位于后端防护玻璃面向壳体前端的一侧。
上述结构中，后端防护玻璃优选为超白玻璃，以提高透光率。
本发明进一步设置为，所述后端防护玻璃背向图像传感器的一面设有定心指示贴，所述定心指示贴的中心与图像传感器中心对应。
上述结构中，定心指示贴用于相邻装置之间的对零，使激光照射于定心指示贴中心，对零完成后将其揭除即可。
本发明进一步设置为，所述壳体前端设有激光发射口，所述激光发射口设有前端防护玻璃，所述激光发射器位于前端防护玻璃后方。
上述结构中，前端防护玻璃优选为超白玻璃，以提高透光率。
本发明进一步设置为，所述图像传感器为CMOS传感器或面型CCD传感器。
一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，其步骤包括：
S1：安装对零，将该装置沿管廊或隧道的长度方向间隔布置若干个；调节每个装置的壳体角度使水平泡呈现水平状态为图像处理器进行水平对零；调节每个装置的壳体左右（朝向）及俯仰（朝向）角度使激光发射器所发射的激光对准下一装置的图像传感器，并使激光照射于图像传感器的中央位置（即定心指示贴中心，对正后揭除定心指示贴）；各装置的图像传感器对上一装置的激光发射器所发射的激光光斑在该图像传感器上所形成的位置、形状信息作为基准文件D1，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存；
S2：沉降检测，各装置的图像传感器对上一装置的激光发射器所发射的激光光斑在该图像传感器上所形成的位置、形状信息作为检测文件D2，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存及分析；
S3：对比分析，在物联网终端将检测文件D1与基准文件D2进行对比，如激光光斑位置在二维空间上出现位移，但形状并未发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移；
S4：将各装置的基准文件D2按顺序排列组合，在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型。
上述方法中，根据时间推移，各装置的图像传感器对上一装置的激光发射器所发射的激光光斑在该图像传感器上所形成的位置、形状信息进行多次记录，作为检测文件D3、D4……Dn，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存及分析，便于根据时间线对沉降、位移方向进行跟踪。
进一步的，步骤S3中，如激光光斑位置在二维空间上出现位移的同时，激光光斑的形状也发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向（高度方向及左右方向）上存在位移的同时管廊或隧道的轴线也发生倾斜。
上述方法中，可获得更详细的沉降数据，来确定某段管廊、隧道是否出现平行式沉降、位移或倾斜。
进一步的，激光光斑形状的改变主要体现为光斑长短轴的改变，该改变由管廊或隧道轴线发生倾斜时导激光照射至图像传感器上的入射角度发生改变所致，其光斑伸长或缩短方向即为倾斜的摆动方向。
上述方法中，管廊或隧道在平行式沉降、位移时，其轴线依旧保持原有的角度，但轴线的高度方向及左右位置会发生位移；管廊或隧道轴线出现倾斜时则可通过倾斜带来的光斑形状变化来确定。
进一步的，如激光光斑位置在二维空间上未出现位移，而激光光斑的形状发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移与管廊或隧道的轴线倾斜方向同向。
上述方法中，管廊或隧道在平行式沉降、位移的同时，如倾斜摆动方向正好与其平行式沉降、位移方向同向，将会抵消其平行式沉降、位移的位移量，但光斑形状依旧会发生变化而被测得。
本发明的有益效果：
1、装置为多个沿管廊、隧道长度方向间隔设置，图像传感器直接裸露接收光源，外部光源为非平行光，会导致图像传感器记录的画面呈现白色，通过图像处理器降低感光度，激光发射器的发射的激光趋于平行光，直接照射到下一装置的图像传感器上形成光斑，当管廊、隧道出现沉降时，各装置将跟随管廊、隧道出现位移，导致激光发射器的发射的激光在下一装置的图像传感器上的位置也发生改变，改变前后的距离则是沉降或位移的距离，由于图像传感器的像素密度高，因此平行激光可有效保证光斑的一致性，因此两装置之间出现的细小位移也能被图像传感器所捕获，按比例缩放即可精确得出沉降/位移量，具有测量准确度高，受外部环境影响小的优点；
2、便于根据时间线对沉降、位移方向进行跟踪；
3、在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型，更直观地展现管廊、隧道的整体状态；
4、满足对管廊、隧道高度方向沉降检测的同时，检测其左右方向的位移，并对其轴线倾斜位移进行全方位检测。
附图说明
图1为本发明的正面视角立体结构示意图。
图2为本发明的背面视角立体结构示意图。
图3为本发明的背面视角局部剖立体结构示意图。
图4为本发明的正面视角局部剖立体结构示意图。
图5为本发明的正面视角局部爆炸立体结构示意图。
图6为本发明的背面视角局部爆炸立体结构示意图。
图7为本发明的第一爆炸立体结构示意图。
图8为本发明的第二爆炸立体结构示意图。
图9为本发明安装于管廊、隧道时安装对零状态下的结构示意图。
图10为本发明图9中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图11为本发明图9中的管廊、隧道A段上游出现沉降状态时的结构示意图。
图12为本发明图11中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图13为本发明图9的管廊、隧道时安装对零状态下的俯视结构示意图。
图14为本发明图13中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图15为本发明图13中的管廊、隧道A段上游出现左右错位状态时的结构示意图。
图16为本发明图15中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图17为本发明图9中的管廊、隧道A段上游出现轴线俯仰方向上倾斜状态时的结构示意图。
图18为本发明图17中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图19为本发明图13中的管廊、隧道A段上游出现轴线左右方向上倾斜状态时的结构示意图。
图20为本发明图19中的管廊、隧道A段位置的光斑在图像传感器上的位置结构示意图。
图中标号含义：10-壳体；101-激光发射口；102-前端防护玻璃；11-激光发射器；12-接收窗口；121-后端防护玻璃；13-图像传感器；14-图像处理器；15-固定部；16-水平泡；17-定心指示贴；a-光斑。
实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
参考图1至图20，如图1至图8所示的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，包括壳体10，所述壳体10前端设有激光发射器11，所述激光发射器11的光束发射方向与壳体10前端同向；所述壳体10后端设有接收窗口12，所述接收窗口12内设有图像传感器13，所述图像传感器13感光面朝向接收窗口12且与激光发射器11所发射出的激光相垂直；所述壳体10内还设有图像处理器14；所述壳体10设有固定部15，所述固定部15为安装孔，用于与二维微调平台（图中未示出）连接，来调整相邻装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间的位置（安装对零）；所述壳体10外壁还设有水平泡16，所述水平泡16的水平线与图像传感器13的边线平行，所述水平泡16的标准水平面与激光发射器11所发射出的激光相平行。
上述结构中，装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）为多个沿管廊、隧道长度方向间隔设置，图像传感器13直接裸露接收光源，外部光源为非平行光，会导致图像传感器13记录的画面呈现白色，通过图像处理器14降低感光度，激光发射器11的发射的激光趋于平行光，直接照射到下一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13上形成光斑a，当管廊、隧道出现沉降时，各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）将跟随管廊、隧道出现位移，导致激光发射器11的发射的激光在下一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13上的位置也发生改变，改变前后的距离则是沉降或位移的距离，由于图像传感器13的像素密度高，因此平行激光可有效保证光斑a的一致性，因此两装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间出现的细小位移也能被图像传感器13所捕获，按比例缩放即可精确得出沉降/位移量，具有测量准确度高，受外部环境影响小的优点。
实施例中，所述水平泡16为两个且两者的标准水平面呈90度交错的同时均与激光发射器11所发射出的激光相平行。
上述结构中，图像传感器13为方形，因此其侧边与水平泡16水平放置时的水平面平行，同时图像传感器13的感光面与水平泡16水平放置时的水平面垂直，因此当水平泡16放置到水平状态时，图像传感器13的侧边与水平面呈平行状态，方便将各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13记录下的画面进行组合在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型。
实施例中，所述接收窗口12设有后端防护玻璃121，所述图像传感器13位于后端防护玻璃121面向壳体10前端的一侧。
上述结构中，后端防护玻璃121优选为超白玻璃，以提高透光率。
实施例中，所述后端防护玻璃121背向图像传感器13的一面设有定心指示贴17，所述定心指示贴17的中心与图像传感器13中心对应。
上述结构中，定心指示贴17用于相邻装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间的对零，使激光照射于定心指示贴17中心，对零完成后将其揭除即可。
实施例中，所述壳体10前端设有激光发射口101，所述激光发射口101设有前端防护玻璃102，所述激光发射器11位于前端防护玻璃102后方。
上述结构中，前端防护玻璃102优选为超白玻璃，以提高透光率。
实施例中，所述图像传感器13为CMOS传感器或面型CCD传感器。
实施例
参考图1至图20，如图1至图20所示的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，包含实施例1中的基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其步骤包括：
S1：安装对零，将该装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）沿管廊或隧道的长度方向间隔布置若干个；调节每个装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的壳体10角度使水平泡16呈现水平状态为图像处理器13进行水平对零；调节每个装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的壳体10左右（朝向）及俯仰（朝向）角度使激光发射器11所发射的激光对准下一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13，并使激光照射于图像传感器13的中央位置（即定心指示贴17中心，对正后揭除定心指示贴17）；各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13对上一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的激光发射器11所发射的激光光斑a在该图像传感器13上所形成的位置、形状信息作为基准文件D1，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存；
S2：沉降检测，各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13对上一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的激光发射器11所发射的激光光斑a在该图像传感器13上所形成的位置、形状信息作为检测文件D2，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存及分析；
S3：对比分析，在物联网终端将检测文件D1与基准文件D2进行对比，如激光光斑a位置在二维空间上出现位移，但形状并未发生改变，可确定相邻装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移；
S4：将各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的基准文件D2按顺序排列组合，在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型。
上述方法中，根据时间推移，各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13对上一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的激光发射器11所发射的激光光斑a在该图像传感器13上所形成的位置、形状信息进行多次记录，作为检测文件D3、D4……Dn，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存及分析，便于根据时间线对沉降、位移方向进行跟踪。
进一步的，步骤S3中，如激光光斑a位置在二维空间上出现位移的同时，激光光斑a的形状也发生改变，可确定相邻装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向（高度方向及左右方向）上存在位移的同时管廊或隧道的轴线也发生倾斜。
上述方法中，可获得更详细的沉降数据，来确定某段管廊、隧道是否出现平行式沉降、位移或倾斜。
进一步的，激光光斑a形状的改变主要体现为光斑a长短轴的改变，该改变由管廊或隧道轴线发生倾斜时导激光照射至图像传感器13上的入射角度发生改变所致，其光斑a伸长或缩短方向即为倾斜的摆动方向。
上述方法中，管廊或隧道在平行式沉降、位移时，其轴线依旧保持原有的角度，但轴线的高度方向及左右位置会发生位移；管廊或隧道轴线出现倾斜时则可通过倾斜带来的光斑a形状变化来确定。
进一步的，如激光光斑a位置在二维空间上未出现位移，而激光光斑a的形状发生改变，可确定相邻装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移与管廊或隧道的轴线倾斜方向同向。
上述方法中，管廊或隧道在平行式沉降、位移的同时，如倾斜摆动方向正好与其平行式沉降、位移方向同向，将会抵消其平行式沉降、位移的位移量，但光斑a形状依旧会发生变化而被测得。
本发明的有益效果：
1、装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）为多个沿管廊、隧道长度方向间隔设置，图像传感器13直接裸露接收光源，外部光源为非平行光，会导致图像传感器13记录的画面呈现白色，通过图像处理器14降低感光度，激光发射器11的发射的激光趋于平行光，直接照射到下一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13上形成光斑a，当管廊、隧道出现沉降时，各装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）将跟随管廊、隧道出现位移，导致激光发射器11的发射的激光在下一装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）的图像传感器13上的位置也发生改变，改变前后的距离则是沉降或位移的距离，由于图像传感器13的像素密度高，因此平行激光可有效保证光斑a的一致性，因此两装置（即基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置）之间出现的细小位移也能被图像传感器13所捕获，按比例缩放即可精确得出沉降/位移量，具有测量准确度高，受外部环境影响小的优点；
2、便于根据时间线对沉降、位移方向进行跟踪；
3、在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型，更直观地展现管廊、隧道的整体状态；
4、满足对管廊、隧道高度方向沉降检测的同时，检测其左右方向的位移，并对其轴线倾斜位移进行全方位检测。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，包括壳体，其特征在于：所述壳体前端设有激光发射器，所述激光发射器的光束发射方向与壳体前端同向；所述壳体后端设有接收窗口，所述接收窗口内设有图像传感器，所述图像传感器感光面朝向接收窗口且与激光发射器所发射出的激光相垂直；所述壳体内还设有图像处理器；所述壳体设有固定部；所述壳体外壁还设有水平泡，所述水平泡的水平线与图像传感器的边线平行，所述水平泡的标准水平面与激光发射器所发射出的激光相平行。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其特征在于：所述水平泡为两个且两者的标准水平面呈90度交错的同时均与激光发射器所发射出的激光相平行。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其特征在于：所述接收窗口设有后端防护玻璃，所述图像传感器位于后端防护玻璃面向壳体前端的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其特征在于：所述后端防护玻璃背向图像传感器的一面设有定心指示贴，所述定心指示贴的中心与图像传感器中心对应。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其特征在于：所述壳体前端设有激光发射口，所述激光发射口设有前端防护玻璃，所述激光发射器位于前端防护玻璃后方。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置，其特征在于：所述图像传感器为CMOS传感器或面型CCD传感器。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，其步骤包括：
S1：安装对零，将该装置沿管廊或隧道的长度方向间隔布置若干个；调节每个装置的壳体角度使水平泡呈现水平状态为图像处理器进行水平对零；调节每个装置的壳体左右及俯仰角度使激光发射器所发射的激光对准下一装置的图像传感器，并使激光照射于图像传感器的中央位置；各装置的图像传感器对上一装置的激光发射器所发射的激光光斑在该图像传感器上所形成的位置、形状信息作为基准文件D1，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存；
S2：沉降检测，各装置的图像传感器对上一装置的激光发射器所发射的激光光斑在该图像传感器上所形成的位置、形状信息作为检测文件D2，并通过有线或无线传输至物联网终端记录保存及分析；
S3：对比分析，在物联网终端将检测文件D1与基准文件D2进行对比，如激光光斑位置在二维空间上出现位移，但形状并未发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移；
S4：将各装置的基准文件按顺序排列组合，在物联网终端构建出三维虚拟沉降模型。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，其特征在于：步骤S3中，如激光光斑位置在二维空间上出现位移的同时，激光光斑的形状也发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移的同时管廊或隧道的轴线也发生倾斜。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，其特征在于：激光光斑形状的改变主要体现为光斑长短轴的改变，该改变由管廊或隧道轴线发生倾斜时导激光照射至图像传感器上的入射角度发生改变所致，其光斑伸长或缩短方向即为倾斜的摆动方向。
10.根据权利要求9所述的一种基于物联网检测管廊、隧道沉降的装置的检测方法，其特征在于：如激光光斑位置在二维空间上未出现位移，而激光光斑的形状发生改变，可确定相邻装置之间的管廊或隧道在其断面的四个象限方向上存在位移与管廊或隧道的轴线倾斜方向同向。
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2023
- 2023-07-24 CN CN202310916886.3A patent/CN116929296A/zh active Pending
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