CN204788272U - 隧道变形远程自动化监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种隧道变形远程自动化监测系统，其结构为：所述隧道变形远程自动化监测系统由多个断面扫描装置、一个定位装置、基准点、控制单元和多个反射棱镜组成；本实用新型的有益技术效果是：能大幅降低监测系统的成本，使得监测系统的覆盖范围得到扩展，提高监测的全面性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种隧道安全监测技术，尤其涉及一种隧道变形远程自动化监测系统。
背景技术
随着交通事业的进步，地下隧道设施已成为城市交通体系的重要组成部分。随着城市交通规模的扩展，地下隧道设施所处环境也越来越复杂，有的隧道设施上方存在山体或大型建筑构件，甚至还有可能在隧道上方或下方存在其他隧道，山体或大型建筑构件下方的区域以及隧道之间的重叠区域都属于高危区域，容易发生沉降、塌陷、位移等灾害，为了防灾避险，有必要对高危区域内的隧道进行全天候不间断的监测；现有技术中，一般采用高精度的测量机器人来对隧道结构形变进行监测；存在的问题是：由于测量机器人价格高昂，实际工程中，一般仅在范围较小的重点区域布设测量机器人，导致监测区域有限，并且由于测量机器人结构精密、技术复杂，后期的维护保养成本也十分惊人。
实用新型内容
针对背景技术中的问题，本实用新型提出了一种隧道变形远程自动化监测系统，其创新在于：所述隧道变形远程自动化监测系统由多个断面扫描装置、一个定位装置、基准点、控制单元和多个反射棱镜组成；隧道内的高危区域形成监测区，在监测区范围内，沿隧道延伸方向，设置多个监测断面，单个监测断面与对应位置处的隧道横断面重合，监测断面与隧道内壁的交线形成监测线，在每条监测线上选取多个监测点，每个监测点处均设置一反射棱镜；每个监测断面处均设置有一断面扫描装置，断面扫描装置位于监测线上，断面扫描装置能作一维扫描，断面扫描装置的扫描平面与监测断面重合，每个断面扫描装置的基座上均设置有一反射棱镜；基准点设置于监测区范围外，基准点上设置有反射棱镜；定位装置设置于监测区中部的隧道内壁上，定位装置能作二维扫描；断面扫描装置和定位装置均采用收发一体式激光探测器；所述断面扫描装置和定位装置均与控制单元电气连接。
为了解决测量机器人成本高昂、难以大范围布设的问题，本实用新型采用成本较低的收发一体式激光探测器来搭建监测系统，由于成本大幅缩减，使得本实用新型的隧道变形远程自动化监测系统可以大范围布设、甚至是对隧道进行全范围布设，同时，基于成熟度较高的收发一体式激光探测器技术，监测的精确性和可靠性都能得到保障，再辅以本实用新型的控制方法，使得采用本实用新型方案的监测系统可以取得较好的监测效果，而且得益于监测范围的扩展，监测的全面性更佳。
优选地，所述多个断面扫描装置位于同一直线上。
为了便于本领域技术人员实施，本实用新型还公开了基于前述隧道变形远程自动化监测系统的控制方法，所涉及的硬件如前所述，其创新在于：
隧道变形远程自动化监测系统搭建好后，将隧道变形远程自动化监测系统中各种装置与隧道的相对位置绘制成电子地图，所述电子地图存储在控制单元中；隧道变形远程自动化监测系统投入运行后，先按步骤（1）至（3）的方式进行学习操作：
（1）驱动定位装置对基准点与定位装置的相对位置进行初始定位：当定位装置收到基准点处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对定位装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下定位装置与基准点之间的距离；本步骤中，记录到的定位装置的激光发射方向记为方向A；定位装置与基准点之间的距离记为距离A；
（2）驱动定位装置对多个断面扫描装置进行初始定位：当定位装置收到某一断面扫描装置处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对定位装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下定位装置与断面扫描装置之间的距离；本步骤中，记录到的定位装置的激光发射方向记为方向B，多个断面扫描装置分别对应多个方向B；定位装置与断面扫描装置之间的距离记为距离B，多个断面扫描装置分别对应多个距离B；
（3）驱动断面扫描装置对各自对应的监测断面上的监测点进行逐一扫描：当断面扫描装置接收到某一监测点处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对断面扫描装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下断面扫描装置与监测点之间的距离；本步骤中，记录到的断面扫描装置的激光发射方向记为方向C，多个监测点分别对应多个方向C；断面扫描装置与监测点之间的距离记为距离C，多个监测点分别对应多个距离C；
学习操作结束后，隧道变形远程自动化监测系统按如下步骤进行后续操作：
A）对基准点与定位装置的相对位置进行重新定位：重新定位时，将定位装置的激光发射角度调节至方向A，定位装置调节到位后，控制定位装置向外发射激光信号；
若定位装置收到相应的反射信号，则获取定位装置与基准点之间的当前距离，并计算当前距离与距离A的差值：若差值为0，则直接进入步骤B），若差值不为0，则将差值发送给后方技术人员后，进入步骤B）；具体实施时，可为前述差值设定一安全阈值，若差值在安全阈值范围内，则认为基准点与定位装置的相对位置未发生变化，直接继续后续操作，若差值超越安全阈值范围，则认为基准点与定位装置的相对位置已发生变化，此时，除了继续进行后续操作外，还需将差值发送给后方技术人员进行相应分析处理；
若定位装置没有收到相应的反射信号，则进入步骤D）；
B）对多个断面扫描装置进行重新定位：传动定位装置，使定位装置的激光发射角度逐次在多个方向B条件下驻停一段时间；
定位装置驻停时，控制定位装置向外发射激光信号：若驻停期间内，定位装置收到相应的反射信号，则获取定位装置与相应断面扫描装置之间的当前距离，然后传动定位装置继续向下一驻停位置移动；若驻停期间内，定位装置没有收到相应的反射信号，则将当前方向B所对应的断面扫描装置标记为待诊断装置，并传动定位装置继续向下一驻停位置移动；
待定位装置对所有断面扫描装置都进行了一次重新定位后，若不存在待诊断装置，则进入步骤C）；若存在待诊断装置，则进入步骤E）；
C）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离B进行比较：若所有当前距离均与各自对应的距离B的数值相等，则本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；若当前距离中的任一者与对应的距离B的数值不相等，则进入步骤F）；与步骤A）中设定安全阈值的方式相似地，实际操作中，为距离B设定相应的阈值。
D）控制定位装置周期性地向基准点发射激光信号：
若连续若干个周期后，定位装置仍无法收到相应的反射信号，则控制单元向后方技术人员发送定位装置故障信号，并进入步骤B）；
若在设定的周期结束之前，定位装置收到了相应的反射信号，则控制单元向后方技术人员发送故障已排除信号，同时，获取定位装置与基准点之间的当前距离，并计算当前距离与距离A的差值：若差值为0，则直接进入步骤B），若差值不为0，则将差值发送给后方技术人员后，进入步骤B）；
E）驱动定位装置对待诊断装置逐一进行定位诊断操作：
传动定位装置，使定位装置的激光发射角度逐次在各个待诊断装置所对应的方向B条件下驻停一段时间，定位装置的激光发射角度在某一待诊断装置所对应的方向B驻停时，控制定位装置向外发射多次激光信号：若发射次数达到设定的数值后，仍没有收到相应的反射信号，则控制单元将当前对应的待诊断装置标记为故障，然后传动定位装置继续向后续的待诊断装置所对应的方向B移动；若发射次数达到设定的数值之前，收到了相应的反射信号，则获取定位装置与相应待诊断装置之间的当前距离，然后传动定位装置继续向后续的待诊断装置所对应的方向B移动；
待定位装置对所有的待诊断装置都进行了一次定位诊断操作后，若没有待诊断装置被标记为故障，则进入步骤C），若有待诊断装置被标记为故障，则进入步骤G）；
F）控制单元将获取到的当前距离与相应的距离B求差后，将差值标注在电子地图上的对应位置，标注了差值的电子地图形成监测图，控制单元将监测图发送给后方技术人员，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
G）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离B进行求差，然后，控制单元将差值和标记为故障的待诊断装置的位置同时标注在电子地图上，相应电子地图形成故障监测图，控制单元将故障监测图发送给后方技术人员，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
前述步骤A）至G）的操作，记为重定位操作，运行过程中，每间隔一定时间就运行一次重定位操作；
重定位操作运行的过程中，控制单元还同步控制断面扫描装置作如下操作：
（一）传动断面扫描装置沿自身的扫描平面运动，断面扫描装置在对应每个监测点的方向C条件下均驻停一定时间，驻停时，断面扫描装置向外发射激光信号：若驻停期间内，断面扫描装置收到相应的反射信号，则获取断面扫描装置与监测点之间的当前距离，然后传动断面扫描装置继续向下一驻停位置移动；若驻停期间内，断面扫描装置没有收到相应的反射信号，则将当前方向C所对应的监测点标记为待确认点，并传动断面扫描装置继续向下一驻停位置移动；
待断面扫描装置对所有监测点都进行了一次扫描后，若不存在待确认点，则进入步骤（二），若存在待确认点，则进入步骤（三）；
（二）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离C进行求差：若所有的当前距离均与各自对应的距离C的数值相等，则本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；若当前距离中的任一者与对应的距离C的数值不相等，则控制单元将相应差值标注在电子地图上的对应位置处，相应电子地图形成断面监测图，控制单元将断面监测图发送给后方技术人员后，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
（三）以待确认点两侧的监测点所对应的两个方向C为边界，控制断面扫描装置对边界以内的区域进行扫描，扫描过程中断面扫描装置向外持续发射激光信号；扫描过程中，若断面扫描装置接收到与待确认点对应的反射信号，则获取待确认点与断面扫描装置之间的当前距离并记录当前的激光信号发射方向；若扫描结束后，未收到对应的反射信号，则将该待确认点标记为故障点；
若所有监测断面上均不存在故障点，则进入步骤（二）；若任一监测断面上存在故障点，则控制单元将获取到的当前距离与对应的距离C进行求差，并将差值和故障点位置标注在电子地图上，相应电子地图形成故障断面监测图，控制单元将故障断面监测图发送给后方技术人员后，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
前述步骤（一）至（三）的操作，记为断面监测操作，运行过程中，每间隔一定时间就运行一次断面监测操作。
本实用新型的有益技术效果是：能大幅降低监测系统的成本，使得监测系统的覆盖范围得到扩展，提高监测的全面性。
附图说明
图1、本实用新型的监测原理示意图；
图2、监测断面处结构位置示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：定位装置1、断面扫描装置2、监测点3。
具体实施方式
一种隧道变形远程自动化监测系统，其创新在于：所述隧道变形远程自动化监测系统由多个断面扫描装置、一个定位装置、基准点、控制单元和多个反射棱镜组成；隧道内的高危区域形成监测区，在监测区范围内，沿隧道延伸方向，设置多个监测断面，单个监测断面与对应位置处的隧道横断面重合，监测断面与隧道内壁的交线形成监测线，在每条监测线上选取多个监测点，每个监测点处均设置一反射棱镜；每个监测断面处均设置有一断面扫描装置，断面扫描装置位于监测线上，断面扫描装置能作一维扫描，断面扫描装置的扫描平面与监测断面重合，每个断面扫描装置的基座上均设置有一反射棱镜；基准点设置于监测区范围外，基准点上设置有反射棱镜；定位装置设置于监测区中部的隧道内壁上，定位装置能作二维扫描；断面扫描装置和定位装置均采用收发一体式激光探测器；所述断面扫描装置和定位装置均与控制单元电气连接。
进一步地，所述多个断面扫描装置位于同一直线上。
一种隧道变形远程自动化监测系统控制方法，所涉及的硬件包括：所述隧道变形远程自动化监测系统由多个断面扫描装置、一个定位装置、基准点、控制单元和多个反射棱镜组成；隧道内的高危区域形成监测区，在监测区范围内，沿隧道延伸方向，设置多个监测断面，单个监测断面与对应位置处的隧道横断面重合，监测断面与隧道内壁的交线形成监测线，在每条监测线上选取多个监测点，每个监测点处均设置一反射棱镜；每个监测断面处均设置有一断面扫描装置，断面扫描装置位于监测线上，断面扫描装置能作一维扫描，断面扫描装置的扫描平面与监测断面重合，每个断面扫描装置的基座上均设置有一反射棱镜；基准点设置于监测区范围外，基准点上设置有反射棱镜；定位装置设置于监测区中部的隧道内壁上，定位装置能作二维扫描；断面扫描装置和定位装置均采用收发一体式激光探测器；所述断面扫描装置和定位装置均与控制单元电气连接；其创新在于：
隧道变形远程自动化监测系统搭建好后，将隧道变形远程自动化监测系统中各种装置与隧道的相对位置绘制成电子地图，所述电子地图存储在控制单元中；隧道变形远程自动化监测系统投入运行后，先按步骤（1）至（3）的方式进行学习操作：
（1）驱动定位装置对基准点与定位装置的相对位置进行初始定位：当定位装置收到基准点处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对定位装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下定位装置与基准点之间的距离；本步骤中，记录到的定位装置的激光发射方向记为方向A；定位装置与基准点之间的距离记为距离A；
（2）驱动定位装置对多个断面扫描装置进行初始定位：当定位装置收到某一断面扫描装置处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对定位装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下定位装置与断面扫描装置之间的距离；本步骤中，记录到的定位装置的激光发射方向记为方向B，多个断面扫描装置分别对应多个方向B；定位装置与断面扫描装置之间的距离记为距离B，多个断面扫描装置分别对应多个距离B；
（3）驱动断面扫描装置对各自对应的监测断面上的监测点进行逐一扫描：当断面扫描装置接收到某一监测点处的反射棱镜反射回的激光信号时，控制单元对断面扫描装置的激光发射方向进行记录，同时，控制单元还记录下断面扫描装置与监测点之间的距离；本步骤中，记录到的断面扫描装置的激光发射方向记为方向C，多个监测点分别对应多个方向C；断面扫描装置与监测点之间的距离记为距离C，多个监测点分别对应多个距离C；
学习操作结束后，隧道变形远程自动化监测系统按如下步骤进行后续操作：
A）对基准点与定位装置的相对位置进行重新定位：重新定位时，将定位装置的激光发射角度调节至方向A，定位装置调节到位后，控制定位装置向外发射激光信号；
若定位装置收到相应的反射信号，则获取定位装置与基准点之间的当前距离，并计算当前距离与距离A的差值：若差值为0，则直接进入步骤B），若差值不为0，则将差值发送给后方技术人员后，进入步骤B）；
若定位装置没有收到相应的反射信号，则进入步骤D）；
B）对多个断面扫描装置进行重新定位：传动定位装置，使定位装置的激光发射角度逐次在多个方向B条件下驻停一段时间；
定位装置驻停时，控制定位装置向外发射激光信号：若驻停期间内，定位装置收到相应的反射信号，则获取定位装置与相应断面扫描装置之间的当前距离，然后传动定位装置继续向下一驻停位置移动；若驻停期间内，定位装置没有收到相应的反射信号，则将当前方向B所对应的断面扫描装置标记为待诊断装置，并传动定位装置继续向下一驻停位置移动；
待定位装置对所有断面扫描装置都进行了一次重新定位后，若不存在待诊断装置，则进入步骤C）；若存在待诊断装置，则进入步骤E）；
C）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离B进行比较：若所有当前距离均与各自对应的距离B的数值相等，则本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；若当前距离中的任一者与对应的距离B的数值不相等，则进入步骤F）；
D）控制定位装置周期性地向基准点发射激光信号：
若连续若干个周期后，定位装置仍无法收到相应的反射信号，则控制单元向后方技术人员发送定位装置故障信号，并进入步骤B）；
若在设定的周期结束之前，定位装置收到了相应的反射信号，则控制单元向后方技术人员发送故障已排除信号，同时，获取定位装置与基准点之间的当前距离，并计算当前距离与距离A的差值：若差值为0，则直接进入步骤B），若差值不为0，则将差值发送给后方技术人员后，进入步骤B）；
E）驱动定位装置对待诊断装置逐一进行定位诊断操作：
传动定位装置，使定位装置的激光发射角度逐次在各个待诊断装置所对应的方向B条件下驻停一段时间，定位装置的激光发射角度在某一待诊断装置所对应的方向B驻停时，控制定位装置向外发射多次激光信号：若发射次数达到设定的数值后，仍没有收到相应的反射信号，则控制单元将当前对应的待诊断装置标记为故障，然后传动定位装置继续向后续的待诊断装置所对应的方向B移动；若发射次数达到设定的数值之前，收到了相应的反射信号，则获取定位装置与相应待诊断装置之间的当前距离，然后传动定位装置继续向后续的待诊断装置所对应的方向B移动；
待定位装置对所有的待诊断装置都进行了一次定位诊断操作后，若没有待诊断装置被标记为故障，则进入步骤C），若有待诊断装置被标记为故障，则进入步骤G）；
F）控制单元将获取到的当前距离与相应的距离B求差后，将差值标注在电子地图上的对应位置，标注了差值的电子地图形成监测图，控制单元将监测图发送给后方技术人员，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
G）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离B进行求差，然后，控制单元将差值和标记为故障的待诊断装置的位置同时标注在电子地图上，相应电子地图形成故障监测图，控制单元将故障监测图发送给后方技术人员，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
前述步骤A）至G）的操作，记为重定位操作，运行过程中，每间隔一定时间就运行一次重定位操作；
重定位操作运行的过程中，控制单元还同步控制断面扫描装置作如下操作：
（一）传动断面扫描装置沿自身的扫描平面运动，断面扫描装置在对应每个监测点的方向C条件下均驻停一定时间，驻停时，断面扫描装置向外发射激光信号：若驻停期间内，断面扫描装置收到相应的反射信号，则获取断面扫描装置与监测点之间的当前距离，然后传动断面扫描装置继续向下一驻停位置移动；若驻停期间内，断面扫描装置没有收到相应的反射信号，则将当前方向C所对应的监测点标记为待确认点，并传动断面扫描装置继续向下一驻停位置移动；
待断面扫描装置对所有监测点都进行了一次扫描后，若不存在待确认点，则进入步骤（二），若存在待确认点，则进入步骤（三）；
（二）控制单元将获取到的当前距离与对应的距离C进行求差：若所有的当前距离均与各自对应的距离C的数值相等，则本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；若当前距离中的任一者与对应的距离C的数值不相等，则控制单元将相应差值标注在电子地图上的对应位置处，相应电子地图形成断面监测图，控制单元将断面监测图发送给后方技术人员后，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
（三）以待确认点两侧的监测点所对应的两个方向C为边界，控制断面扫描装置对边界以内的区域进行扫描，扫描过程中断面扫描装置向外持续发射激光信号；扫描过程中，若断面扫描装置接收到与待确认点对应的反射信号，则获取待确认点与断面扫描装置之间的当前距离并记录当前的激光信号发射方向；若扫描结束后，未收到对应的反射信号，则将该待确认点标记为故障点；
若所有监测断面上均不存在故障点，则进入步骤（二）；若任一监测断面上存在故障点，则控制单元将获取到的当前距离与对应的距离C进行求差，并将差值和故障点位置标注在电子地图上，相应电子地图形成故障断面监测图，控制单元将故障断面监测图发送给后方技术人员后，本次操作结束，等待后续的检测窗口期到来；
前述步骤（一）至（三）的操作，记为断面监测操作，运行过程中，每间隔一定时间就运行一次断面监测操作。
Claims (2)
1.一种隧道变形远程自动化监测系统，其特征在于：所述隧道变形远程自动化监测系统由多个断面扫描装置、一个定位装置、基准点、控制单元和多个反射棱镜组成；隧道内的高危区域形成监测区，在监测区范围内，沿隧道延伸方向，设置多个监测断面，单个监测断面与对应位置处的隧道横断面重合，监测断面与隧道内壁的交线形成监测线，在每条监测线上选取多个监测点，每个监测点处均设置一反射棱镜；每个监测断面处均设置有一断面扫描装置，断面扫描装置位于监测线上，断面扫描装置能作一维扫描，断面扫描装置的扫描平面与监测断面重合，每个断面扫描装置的基座上均设置有一反射棱镜；基准点设置于监测区范围外，基准点上设置有反射棱镜；定位装置设置于监测区中部的隧道内壁上，定位装置能作二维扫描；断面扫描装置和定位装置均采用收发一体式激光探测器；所述断面扫描装置和定位装置均与控制单元电气连接。
2.根据权利要求1所述的隧道变形远程自动化监测系统，其特征在于：所述多个断面扫描装置位于同一直线上。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2015
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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