專利名稱：隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)及其群測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)上縱向成群被測(cè)點(diǎn)的水平位置和垂直位置變化的技木。
背景技術(shù)：
地鐵作為新型交通工具正不斷改善城市交通擁擠狀況和人們出行條件。由于地鐵隧道結(jié)構(gòu)所處的水文地質(zhì)和地表承載條件及其變化、隧道掘進(jìn)エ藝和注 漿質(zhì)量問(wèn)題、隧道周邊臨近工程施工擾動(dòng)、地鐵列車運(yùn)行震動(dòng)等因素，地鐵營(yíng)運(yùn)過(guò)程中可能面臨隧道結(jié)構(gòu)不均勻沉降變形問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)將影響列車行駛安全和隧道結(jié)構(gòu)安全。因此，地鐵營(yíng)運(yùn)需要掌握隧道不均勻沉降變形的定量信息，尤其是隧道不均勻沉降變形數(shù)值接近安全警戒值時(shí)要求連續(xù)監(jiān)測(cè)。目前對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降變形的監(jiān)測(cè)方法主要采取的方法有人工測(cè)量方法，在隧道內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線傳遞坐標(biāo)，每隔10米左右在隧道結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)，用全站儀獲得多個(gè)的測(cè)點(diǎn)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這種方法測(cè)量I公里雙管地鐵隧道需要I個(gè)月的時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。自動(dòng)測(cè)量方法，主要包括以下幾種方法靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量隧道沉降的方法每ー環(huán)管片(約I. 2米)設(shè)置I個(gè)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)用連通管原理多點(diǎn)連通，通過(guò)連通容器中的浮子跟蹤液位，將測(cè)點(diǎn)的微小高差變化轉(zhuǎn)換為標(biāo)志桿的垂直位移，該方法不能測(cè)量測(cè)點(diǎn)的水平位移，不能反映隧道變形的信息，一般在隧道沉降問(wèn)題嚴(yán)重區(qū)域采用該方法；傾斜傳感器測(cè)量隧道變形方法德國(guó)VMT公司的RCMS管片收斂測(cè)量系統(tǒng)在隧道管片的同一環(huán)的每個(gè)管片上設(shè)置ー個(gè)傾斜傳感器，傳感器組的角度變化信息由計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出該環(huán)管片變形數(shù)值，該方法適用于監(jiān)測(cè)隧道施工過(guò)程中管片變形情況，一般在最新完成的若干環(huán)管片循環(huán)使用，缺點(diǎn)是不能測(cè)量管片的垂直沉降信息，在營(yíng)運(yùn)隧道批量使用成本太聞;全站儀測(cè)量隧道沉降變形方法適用于施工過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵控制區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)，缺點(diǎn)是測(cè)點(diǎn)棱鏡不宜布置太多，又因?yàn)椴粩鄬ふ覝y(cè)量目標(biāo)的工作方式將影響全站儀的機(jī)械壽命，不適應(yīng)長(zhǎng)期測(cè)量的工作方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能自動(dòng)群測(cè)上百個(gè)相對(duì)靜止測(cè)點(diǎn)水平位置和垂直位置的變化，長(zhǎng)期提供隧道沉降變形定量信息的自動(dòng)群測(cè)方法及群測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明公開(kāi)了ー種隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)方法，所述群測(cè)方法主要包括以下步驟在隧道測(cè)點(diǎn)位置分別布置激光組件；依次激勵(lì)所述激光組件向一目標(biāo)靶發(fā)射激光；
依次采集各激光組件所發(fā)出激光在所述目標(biāo)靶上的成像位置與入射角度，通過(guò)計(jì)算得出各激光組件所在測(cè)點(diǎn)的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值；比較本次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值與上一次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值，得出所述測(cè)點(diǎn)的水平位置偏移與垂直位置偏移。其中，所述群測(cè)方法進(jìn)ー步的改進(jìn)在于，所述激光通過(guò)ー防護(hù)玻璃后投射于一前幕布并在所述前幕布上成像，所述激光進(jìn)ー步透射所述前幕布投射于ー后幕布并在所述后幕布上成像，分別通過(guò)一電子照相機(jī)采集所述前幕布與所述后幕布上所成的像，獲取成像位置與入射角度。本發(fā)明還公開(kāi)了ー種隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)，所述群測(cè)系統(tǒng)包括一目標(biāo)靶，所述目標(biāo)靶安裝于隧道結(jié)構(gòu)上；
一主控制器，所述主控制器電連接所述目標(biāo)靶；復(fù)數(shù)激光組件，所述激光組件分別布置于隧道測(cè)點(diǎn)位置，所述激光組件電連接所述主控制器。其中，所述群測(cè)系統(tǒng)進(jìn)ー步的改進(jìn)在于，所述目標(biāo)靶包括一機(jī)箱，所述機(jī)箱的前端設(shè)有ー防護(hù)玻璃，所述機(jī)箱內(nèi)距離所述防護(hù)玻璃一段距離處傾設(shè)有一前幕布，距離所述前幕布一段距離處設(shè)有一與所述前幕布平行的后幕布，所述機(jī)箱內(nèi)還架設(shè)有ニ電子照相機(jī)，所述電子照相機(jī)的鏡頭分別正對(duì)所述前幕布與所述后幕布的中心，所述電子照相機(jī)電連接所述主控制器。所述群測(cè)系統(tǒng)進(jìn)ー步的改進(jìn)在于，所述激光組件包括一激光發(fā)射器以及ー電連接所述激光發(fā)射器的控制單元，所述控制単元電連接所述主控制器。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果是所述目標(biāo)靶“相機(jī)背源”結(jié)構(gòu)具有可避免外部雜光干擾的特點(diǎn)，所述目標(biāo)靶“雙靶成像”具有一次完成入射激光位置和入射激光角度監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，所述主控制器在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)依次激勵(lì)所有隧道測(cè)點(diǎn)的所述激光組件向所述目標(biāo)靶發(fā)射激光，所述主控制器在一個(gè)采樣周期內(nèi)處理所述目標(biāo)靶中所述電子照相機(jī)獲取的圖像信息，計(jì)算激光在所述目標(biāo)靶的位置和角度數(shù)值，并與測(cè)點(diǎn)標(biāo)定值比較，得出隧道結(jié)構(gòu)沉降變形的水平偏差值和垂直偏差值，實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)沉降變形的數(shù)據(jù)處理功能。


圖I是本發(fā)明隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)中目標(biāo)靶的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為利于對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的進(jìn)ー步了解，本發(fā)明以圖I的一較佳實(shí)施例作說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明的隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)I主要由一目標(biāo)靶10、一電連接目標(biāo)靶10的主控制器11、復(fù)數(shù)激光組件12組成。進(jìn)ー步結(jié)合圖2所示，目標(biāo)靶10包括一機(jī)箱101,機(jī)箱101的前端設(shè)有ー防護(hù)玻璃102,機(jī)箱101內(nèi)距離防護(hù)玻璃102 —段距離處傾設(shè)有一前幕布103，距離前幕布103 —段距離處設(shè)有一與所前幕布103平行的后幕布104，機(jī)箱101內(nèi)還架設(shè)有ニ電子照相機(jī)105，電子照相機(jī)105的鏡頭分別正對(duì)前幕布103與后幕布104的中心，電子照相機(jī)105電連接主控制器11，激光組件12布設(shè)于距目標(biāo)靶10近百米可視區(qū)域內(nèi)的各隧道測(cè)點(diǎn)上，激光組件12包括一激光發(fā)射器121以及ー電連接激光發(fā)射器121的控制單元122，控制單元122電連接主控制器11。本發(fā)明的隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)I可以通過(guò)以下步驟對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)沉降變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)
第一歩初始化設(shè)置以讀取管理文件的方式定義群測(cè)周期、測(cè)點(diǎn)采樣周期，定義測(cè)點(diǎn)號(hào)、測(cè)點(diǎn)地址號(hào)；以讀取數(shù)據(jù)文件的方式獲取測(cè)點(diǎn)初始絕對(duì)位置值，定義測(cè)點(diǎn)上次標(biāo)定相對(duì)位置值；所有內(nèi)部變量和測(cè)點(diǎn)控制狀態(tài)復(fù)位。第二步觸發(fā)激光源主控制器11按采樣周期依次向上百組激光組件12發(fā)送當(dāng)前測(cè)點(diǎn)的通信地址、發(fā)送開(kāi)啟或關(guān)閉該測(cè)點(diǎn)激光源的控制信息，依次激光組件12向目標(biāo)靶10發(fā)射激光。第三步激光圖像處理上述激光通過(guò)目標(biāo)靶10前端的防護(hù)玻璃102后投射于前幕布103并在前幕布103上成像，上述激光進(jìn)一步透射前幕布103投射于后幕布104并在后幕布104上成像，主控制器11在采樣周期中依次微延時(shí)并觸發(fā)電子照相機(jī)105依次獲取前幕布103與后幕布104所呈像的電子圖象，通過(guò)濾波和閾值處理形成紅色激光圖像，通過(guò)重心算法求得激光在圖像坐標(biāo)上的位置數(shù)值Txl, yl、Tx2, y2，Txl, yl、Tx2, y2經(jīng)圖像畸形矯正處理后得到激光在幕布坐標(biāo)的位置數(shù)值Bxl,yl、Bx2,y2，進(jìn)一歩得到平行于防護(hù)玻璃102平面并以前幕布103與后幕布104下延邊為參考點(diǎn)的虛擬像的位置數(shù)值Pxl,yl、Px2,y2，關(guān)閉本測(cè)點(diǎn)激光源。第四步水平位置偏差和垂直位置偏差計(jì)算Cl1為防護(hù)玻璃102厚度、d2為前幕布103下延邊至防護(hù)玻璃102內(nèi)側(cè)距離、d3為前幕布103與后幕布104下延邊間距，水平方向入射角Θ x=arctg (Px2-Pxl)/d3，垂直方向入射角 0 y=arctg (Py2-Pyl) /d3 ；Θ 2為入射角、η2為玻璃折射率、Ii1為空氣折射率、Θ I為激光入射角，由折射公式Ii1Sin Θ J=Ii2Sin Θ 2可求得玻璃折射在水平誤差Wfd'tg (arcsin Oi1Sin ( θ x)/n2))和垂直方向的誤差Wfd-tg(arcsin Oi1Sin ( Θ y)/n2)),求得激光在防護(hù)玻璃102外表面的水平位置Gx=Pxi-Wx_d2*tg θ x、垂直位置Gy=Pyl-Wy-d2*tg Θ y,與上次標(biāo)定數(shù)據(jù)相比，求得被測(cè)點(diǎn)的水平位置和垂直位置的變化數(shù)值。第五步數(shù)據(jù)處理將計(jì)算值存入數(shù)據(jù)文件，若誤差大于設(shè)定值，則進(jìn)行報(bào)警。以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說(shuō)明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)方法，其特征在于所述群測(cè)方法主要包括以下步驟 在隧道測(cè)點(diǎn)位置分別布置激光組件； 依次激勵(lì)所述激光組件向一目標(biāo)靶發(fā)射激光； 依次采集各激光組件所發(fā)出激光在所述目標(biāo)靶上的成像位置與入射角度，通過(guò)計(jì)算得出各激光組件所在測(cè)點(diǎn)的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值； 比較本次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值與上一次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值，得出所述測(cè)點(diǎn)的水平位置偏移與垂直位置偏移。
2.如權(quán)利要求I所述的隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)方法，其特征在于 所述激光通過(guò)一防護(hù)玻璃后投射于一前幕布并在所述前幕布上成像； 所述激光進(jìn)一步透射所述如.布投射于一后.布并在所述后.布上成像； 分別通過(guò)一電子照相機(jī)采集所述前幕布與所述后幕布上所成的像，獲取成像位置與入射角度。
3.—種隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述群測(cè)系統(tǒng)包括 一目標(biāo)靶，所述目標(biāo)靶安裝于隧道結(jié)構(gòu)上； 一主控制器，所述主控制器電連接所述目標(biāo)靶； 復(fù)數(shù)激光組件，所述激光組件分別布置于隧道測(cè)點(diǎn)位置，所述激光組件電連接所述主控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述目標(biāo)靶包括一機(jī)箱，所述機(jī)箱的前端設(shè)有一防護(hù)玻璃，所述機(jī)箱內(nèi)距離所述防護(hù)玻璃一段距離處傾設(shè)有一前幕布，距離所述前幕布一段距離處設(shè)有一與所述前幕布平行的后幕布，所述機(jī)箱內(nèi)還架設(shè)有二電子照相機(jī)，所述電子照相機(jī)的鏡頭分別正對(duì)所述前幕布與所述后幕布的中心，所述電子照相機(jī)電連接所述主控制器。
5.如權(quán)利要求3所述的隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述激光組件包括一激光發(fā)射器以及一電連接所述激光發(fā)射器的控制單元，所述控制單元電連接所述主控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種隧道結(jié)構(gòu)沉降變形自動(dòng)群測(cè)方法，在隧道測(cè)點(diǎn)位置分別布置激光組件；依次激勵(lì)所述激光組件向一目標(biāo)靶發(fā)射激光；依次采集各激光組件所發(fā)出激光在所述目標(biāo)靶上的成像位置與入射角度，通過(guò)計(jì)算得出各激光組件所在測(cè)點(diǎn)的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值；比較本次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值與上一次測(cè)得的水平位置數(shù)值與垂直位置數(shù)值，得出所述測(cè)點(diǎn)的水平位置偏移與垂直位置偏移。所述主控制器在一個(gè)采樣周期內(nèi)處理所述目標(biāo)靶內(nèi)采集的圖像信息，計(jì)算激光在所述目標(biāo)靶的位置和角度數(shù)值并與測(cè)點(diǎn)標(biāo)定值比較，得出隧道結(jié)構(gòu)沉降變形的水平偏差值和垂直偏差值，實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)沉降變形的數(shù)據(jù)處理功能。
文檔編號(hào)G01C5/00GK102661737SQ20121017405
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者朱雁飛, 楊宏燕, 秦立祥, 裴烈烽 申請(qǐng)人:上海隧道工程股份有限公司