技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土木建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，涉及安全施工及運(yùn)營(yíng)中的沉降、水平位移、高程、水平距離測(cè)量，尤其是一種建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

沉降的準(zhǔn)確、即時(shí)測(cè)量是建筑結(jié)構(gòu)順利施工的重要保障。此外，在建筑運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，尤其是運(yùn)營(yíng)初期，沉降的準(zhǔn)確測(cè)量同樣是關(guān)乎建筑安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了能夠準(zhǔn)確反映出建筑物的準(zhǔn)確沉降情況，需要在建筑物的構(gòu)件內(nèi)設(shè)置均勻分布的沉降觀測(cè)點(diǎn)。目前比較老的技術(shù)是使用較多的是普通錨釘觀測(cè)點(diǎn)，多為外露式，容易生銹等，使用壽命短，返修率高，而且外形不好看。也有一些改進(jìn)技術(shù)，就是給觀測(cè)點(diǎn)增加保護(hù)殼，但是，現(xiàn)有建筑物講究外表的美觀，尤其是很多高檔住宅，對(duì)沉降觀測(cè)標(biāo)志的裝飾性提出了更高的要求。因此目前廣泛使用的安裝在外立面的舊式的普通錨釘觀測(cè)點(diǎn)已經(jīng)不能滿足很多工程外立面品質(zhì)要求。此外現(xiàn)有的設(shè)備功能比較單一，只能完成沉降、水平位移、水平角度、高程、距離中的一種或者少數(shù)集中，能夠獨(dú)立完成所有功能的設(shè)備未見(jiàn)報(bào)道。

目前設(shè)備測(cè)量仍然無(wú)法擺脫人力的限制，這不但增加測(cè)量的誤差，而且數(shù)據(jù)采集密度很低。

而且傳統(tǒng)的沉降觀測(cè)采用全站儀、水準(zhǔn)儀、傾角儀等設(shè)備，采用幾何水準(zhǔn)、精力水準(zhǔn)、垂直傳高和三角高程相結(jié)合的方法進(jìn)行，設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜，操作人員專業(yè)要求高且每次測(cè)量均需要至少兩名操作人員，這樣進(jìn)行建筑物沉降觀測(cè)花費(fèi)是非常不經(jīng)濟(jì)的。

中國(guó)專利ZL98224523.8公開(kāi)了一種便攜式多功能測(cè)量?jī)x，包括儀器架、激光架、鉛垂調(diào)整裝置、水平調(diào)整裝置、刻度盤、計(jì)算器、羅盤、鉛垂，激光器平行安置在儀器架上部，系線與鉛垂相連，水平調(diào)整裝置安置在儀器架底部。該裝置主要依靠螺旋，羅盤以及鉛垂來(lái)控制儀器架的水平和垂直；與機(jī)架相連的激光發(fā)射裝置的水平狀態(tài)，主要依賴機(jī)械制造過(guò)程中的控制，智能化程度不高，而且鉛垂等控制垂直存在著觀測(cè)誤差。

中國(guó)專利申請(qǐng)201110382820.8公開(kāi)了一種用于檢測(cè)建筑物沉降的管理系統(tǒng)及方法，采用幾何光學(xué)原理,利用脈沖激光束作為檢測(cè)信號(hào)源，在被檢測(cè)建筑物上安裝激光發(fā)射設(shè)備和激光接收設(shè)備，在另一不具備地理和空間變化隨意性的地點(diǎn)或者建筑物上安裝激光反射設(shè)備，安裝時(shí)將來(lái)自被檢測(cè)建筑物的激光束反射回安裝在被檢測(cè)建筑物的激光接收設(shè)備，并控制好光斑半徑和激光接收設(shè)備的采集窗口半徑后，即可對(duì)激光束進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)任何一方建筑物發(fā)生相對(duì)位移，位移便能被檢測(cè)到，然后通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸模塊傳輸?shù)娇刂乒芾砥脚_(tái)。沉降量和沉降速率是沉降測(cè)量里最為關(guān)心的，使用該裝置時(shí)，發(fā)生沉降現(xiàn)象，光線也發(fā)生偏移，但僅能確定是否偏移，不能測(cè)出精確的偏移量，也不能智能糾正建筑物的沉降，實(shí)用性和適用范圍都受到限制。

中國(guó)專利ZL201520744029.0公開(kāi)了一種激光測(cè)量建筑物沉降裝置包括帶刻度的平面鏡、激光發(fā)射器、水平固定于原始地面和沉降后地面上的平面鏡和豎直固定于被測(cè)建筑物外墻面上的平面鏡，激光發(fā)射器發(fā)射的激光入射角為α，帶刻度的平面鏡與地面的夾角為90°-α，其中，0°<α<90°，豎直固定于被測(cè)建筑物外墻面上的平面鏡固定于能接收到反射光線的位置。該裝置利用平面鏡反射原理，由于建筑的沉降量往往是較小的值，所以儀器的任何誤差都會(huì)對(duì)結(jié)果有一定影響。利用鏡面反射放大沉降量的同時(shí)也不斷放大和傳遞了誤差，保證放大效果就對(duì)于反射鏡面和激光發(fā)射器要求極高，會(huì)大大增加設(shè)備的費(fèi)用。因此其專利或者無(wú)法保證鏡面的工藝要求而實(shí)用性低，或者在提高了鏡面平整度后使設(shè)備非常昂貴。而且其需要保證兩次測(cè)量鏡面的角度和激光發(fā)射角度保持不變，這在施工和操作上很復(fù)雜。

中國(guó)專利申請(qǐng)201510093449.1公開(kāi)了一種用于建筑物施工及運(yùn)營(yíng)期沉降和收斂的在線監(jiān)測(cè)方法，在拱頂沉降點(diǎn)安裝反射板，可調(diào)節(jié)水平；拱腰處安裝激光位移傳感器I和激光位移傳感器II，沉降點(diǎn)下方豎直安裝激光位移傳感器III；其中拱腰處激光位移傳感器I向上射出激光并與豎直放置的激光位移傳感器III射出的激光相交于反射板上一點(diǎn)；拱腰處激光位移傳感器II水平射出激光與豎直放置激光位移傳感器III水平相交；記錄三角形AB邊，AC邊的長(zhǎng)；移走激光位移傳感器III，進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)；當(dāng)頂部沉降時(shí)，三角形AB邊長(zhǎng)度則變?yōu)锽D，通過(guò)相似三角形性質(zhì)定理，可得出CE長(zhǎng)度，沉降尺寸AE=AC-CE；拱腰收斂則通過(guò)激光位移傳感器II，測(cè)量BF長(zhǎng)度，當(dāng)BF長(zhǎng)度變化為BF’時(shí)，則收斂=BF-BF’。為了保證其相似三角形的可靠性以及激光光路的穩(wěn)定性，該裝置測(cè)量環(huán)境假定為隧道或其他拱形觀測(cè)物僅發(fā)生豎直以及側(cè)向方向上的位移，而建筑剖切面并沒(méi)有發(fā)生變形的情況，并不特別適用于常見(jiàn)的各類住宅、廠房等建筑物變形情況。

并且通過(guò)檢索在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同類的組合利用傾角傳感器、伺服電機(jī)、位移傳感器等先進(jìn)技術(shù)的專利，也沒(méi)有同類專利可以測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)的多種位移和位置參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的建筑物沉降測(cè)量結(jié)構(gòu)測(cè)量操作復(fù)雜、難以永久保存、成本高以及測(cè)量數(shù)據(jù)獲取麻煩、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不能連續(xù)測(cè)量、不能自動(dòng)化、不能遠(yuǎn)程控制的問(wèn)題，提供一種建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐久性強(qiáng)、精度高、自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更加智能，其監(jiān)測(cè)方法更加方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、能夠長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)、能夠連續(xù)測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括一豎直設(shè)置的固定樁體，固定樁體底部一側(cè)設(shè)置有與其固定連接的水平剛性底座，所述底座上通過(guò)豎向設(shè)置的伺服電機(jī)支撐有支撐臺(tái)，支撐臺(tái)上通過(guò)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)連接有橫向設(shè)置的望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡上設(shè)置有熱源感應(yīng)器、十字絲和激光測(cè)距器，與望遠(yuǎn)鏡的目鏡相對(duì)應(yīng)設(shè)置有一攝像頭；

所述支撐臺(tái)上設(shè)置有雙軸傾角傳感器，支撐臺(tái)底部設(shè)置有與其相接觸的千分表，千分表下部設(shè)置于強(qiáng)磁鐵上，強(qiáng)磁鐵固定于水平剛性底座上；

與望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)調(diào)焦鏡頭相對(duì)應(yīng)的設(shè)置有一豎向的標(biāo)尺，標(biāo)尺的頂部設(shè)置有熱源，標(biāo)尺底部固定于基準(zhǔn)球上，標(biāo)尺上還設(shè)置有感應(yīng)燈；

所述攝像頭、千分表、伺服電機(jī)、雙軸傾角傳感器、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、激光測(cè)距儀、自動(dòng)調(diào)焦鏡頭和熱源感應(yīng)器均通過(guò)數(shù)據(jù)線與信號(hào)采集控制器相連，信號(hào)采集控制器與數(shù)據(jù)處理終端相連。

所述固定樁體為混凝土柱，混凝土柱提供監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，并提供安裝設(shè)備的平臺(tái)。

所述伺服電機(jī)有三個(gè)，三個(gè)伺服電機(jī)分別通過(guò)球鉸與支撐臺(tái)底部相連，伺服電機(jī)用于升降支撐臺(tái)，球鉸配合豎向伺服電機(jī)靈活的升降支撐臺(tái)。

所述三個(gè)伺服電機(jī)成等腰三角形布置，且等腰三角形的高等于底邊長(zhǎng)度。

所述雙軸傾角傳感器的縱向投影處于三個(gè)伺服電機(jī)組成的等腰三角形的中心處。

所述望遠(yuǎn)鏡外部中間位置通過(guò)一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)連接于支撐臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)動(dòng)作能夠使望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)。

所述固定樁體和水平剛性底座組合后呈L形設(shè)置，處于剛性底座上部的伺服電機(jī)、支撐臺(tái)、千分表、強(qiáng)磁鐵、望遠(yuǎn)鏡、攝像頭和信號(hào)采集控制器被一個(gè)密封的透明罩罩住，即除了標(biāo)尺、熱源、基準(zhǔn)球、感應(yīng)燈和數(shù)據(jù)處理終端外，前述所有部件均在透明罩中，透明罩起到防風(fēng)、防雨和防護(hù)作用。

所述基準(zhǔn)球?yàn)橛操|(zhì)不銹鋼球，基準(zhǔn)球下部和鋼筋相連，鋼筋則由混凝土澆筑密封成螺旋體。

所述數(shù)據(jù)處理終端為手機(jī)或電腦。

利用建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括沉降監(jiān)測(cè)、水平角度及水平位移監(jiān)測(cè)和高程及水平距離監(jiān)測(cè)；

A.沉降監(jiān)測(cè)，步驟如下：

1）將建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝完畢，使望遠(yuǎn)鏡十字絲水平線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺上的0點(diǎn)處橫刻線，該位置稱為原位置，信號(hào)采集控制器會(huì)記下此時(shí)千分表數(shù)值m1；

2）一段時(shí)間過(guò)后，標(biāo)尺必然會(huì)隨著基準(zhǔn)球出現(xiàn)相同的沉降，假設(shè)沉降數(shù)值為Δ，假設(shè)此時(shí)望遠(yuǎn)鏡十字絲水平線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺中的01點(diǎn)水平刻線；

3）再次使望遠(yuǎn)鏡十字絲再次對(duì)準(zhǔn)0點(diǎn)處橫刻線，同理信號(hào)采集控制器會(huì)記下此時(shí)千分表數(shù)值m2；

4）沉降數(shù)值m2-m1會(huì)顯示在數(shù)據(jù)處理終端中，最后保存含時(shí)間的沉降數(shù)據(jù)；

B. 水平角度及水平位移監(jiān)測(cè)，步驟如下：

1）將建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝完畢，先使兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡相互對(duì)準(zhǔn)，利用激光測(cè)距儀測(cè)出兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡底部基準(zhǔn)點(diǎn)之間的水平距離ab，并將水平距離ab作為基準(zhǔn)線，a、b點(diǎn)分別為兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡底部相同位置的基準(zhǔn)點(diǎn)；

2）再次使兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡十字絲豎直線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺上的c點(diǎn)處豎刻線，該位置稱為原位置，信號(hào)采集控制器會(huì)記下此時(shí)ac、bc與水平距離ab的夾角θ1和θ2，此時(shí)便完成了水平角度的測(cè)量；

3）利用余弦定理，得到ac和bc的長(zhǎng)度，再利用三角函數(shù)則課得到ad和cd的長(zhǎng)度，d點(diǎn)為c點(diǎn)豎直向下與ab之間的垂直交點(diǎn)，若以a為原點(diǎn)，以ab的方向?yàn)閄正方向以a點(diǎn)向上建立坐標(biāo)系，那么c點(diǎn)的坐標(biāo)為（ad，dc）；

4）當(dāng)測(cè)點(diǎn)c的位置出現(xiàn)水平移動(dòng)，假設(shè)移動(dòng)到c1位置，同理，信號(hào)采集控制器會(huì)記下此時(shí)ac1、bc1與水平距離ab的夾角為θ1ˊ和θ2ˊ；

5）利用余弦定理，得到ac1和bc1的長(zhǎng)度，再利用三角函數(shù)則課得到ae和c1e的長(zhǎng)度，e點(diǎn)為c1點(diǎn)豎直向下與ab之間的垂直交點(diǎn)，若以a為原點(diǎn)，以ab的方向?yàn)閄正方向以a點(diǎn)向上建立坐標(biāo)系，那么 c1的坐標(biāo)為（ae，ec1）；

6）測(cè)點(diǎn)的位移為（ae-ad，ec1-dc），至此便完成了水平位移的測(cè)量；

C. 高程及水平距離監(jiān)測(cè)

假設(shè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺上的c點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，使望遠(yuǎn)鏡的十字絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)c，由雙軸傾角傳感器得到水平角度及水平位移監(jiān)測(cè)中的θ1，由激光測(cè)距儀得到ac的距離D，則高程H和水平距離L的算法如下：

H = D×sinθ1

L = D×cosθ1。

本發(fā)明的平臺(tái)控制原理為：

平臺(tái)控制系統(tǒng)主要用來(lái)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)的水平狀態(tài)，從而保證望遠(yuǎn)鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止時(shí)都能保證處于水平或者Y向傾斜（望遠(yuǎn)鏡一直沿Y向）狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程是系統(tǒng)準(zhǔn)確工作的前提條件。該系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)E、F、G，雙向傾角傳感器和終端組成，且EG和FG的距離相等，EF電機(jī)之間的距離為L(zhǎng)，G到EF的距離也為Ｌ。

水平面控制原理如下可以分成兩個(gè)部分來(lái)闡述：水平控制原理和Y向傾斜控制原理。

首先介紹水平控制原理。若望遠(yuǎn)鏡底部平臺(tái)處于傾斜狀態(tài)，測(cè)量的數(shù)據(jù)是不可采信的，此時(shí)需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行水平調(diào)整。假設(shè)平臺(tái)在X和Y向的傾角分別為θx和θy。此時(shí)E與F的高差為L(zhǎng)*cosθx，EF中點(diǎn)與Ｇ的高差為為L(zhǎng)*cosθｙ。先啟動(dòng)終端中E、F對(duì)應(yīng)的快、慢上或者快、慢下按鈕，使E下降0.5L*cosθx，同理也使F上升0.5L*cosθx。按鈕使用原則為先快后慢，直至θx和Δx同時(shí)為零，此時(shí)完成了X方向的調(diào)平。Y方向的調(diào)平過(guò)程如下。啟動(dòng)G對(duì)應(yīng)的快、慢下按鈕，使G下降L*cosθy。此時(shí)便完成了平臺(tái)X和Y兩個(gè)方向的傾角調(diào)整，平臺(tái)處于水平狀態(tài)。接下來(lái)通過(guò)觀察攝像頭中的“+”和標(biāo)尺中的目標(biāo)水平絲的豎向距離，調(diào)節(jié)終端中的同上或者同下按鈕，使“+”橫絲和目標(biāo)水平絲重合。

其次介紹Y向傾斜控制原理。若平臺(tái)在X和Y向的傾角分別為θx和θy，且要求的Y向傾角為θY。先進(jìn)行X向調(diào)平，方法同上。接著啟動(dòng)G對(duì)應(yīng)的快、慢下按鈕，使G上升（L*cosθY-L*cosθy）。此時(shí)便完成了Y向傾斜調(diào)整。接下來(lái)采用上述的方法進(jìn)行對(duì)絲，不再贅述。

轉(zhuǎn)向原理為：

望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的精確控制是多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)球和標(biāo)尺、望遠(yuǎn)鏡、轉(zhuǎn)向馬達(dá)（含轉(zhuǎn)角角度傳感器）、強(qiáng)磁鐵、熱源、熱源傳感器及終端組成。

轉(zhuǎn)向原理的第一種方法如下：假設(shè)望遠(yuǎn)鏡原來(lái)對(duì)準(zhǔn)位置一，現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)向位置二。首先通過(guò)終端啟動(dòng)標(biāo)尺上的熱源，接著開(kāi)啟望遠(yuǎn)鏡上的熱源感應(yīng)器搜索熱源，望遠(yuǎn)鏡就會(huì)轉(zhuǎn)向帶有熱源的標(biāo)尺方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

轉(zhuǎn)向原理的第二種方法如下：假設(shè)望遠(yuǎn)鏡原來(lái)對(duì)準(zhǔn)位置一，現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)向位置二。以此為例，介紹轉(zhuǎn)向原理如下：因?yàn)榘惭b設(shè)備時(shí)會(huì)事先測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的十字對(duì)絲中心與不同位置標(biāo)尺上同一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)連線的夾角θ，而且位一、二置不可能出現(xiàn)較大的位移；為此在望遠(yuǎn)鏡的十字對(duì)絲中心與不同位置標(biāo)尺上同一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)連線外側(cè)放置兩塊強(qiáng)磁鐵，如此一來(lái)，轉(zhuǎn)向位置二只需啟動(dòng)右轉(zhuǎn)，略大于θ，轉(zhuǎn)向馬達(dá)到右側(cè)磁鐵位置，然后通過(guò)對(duì)絲攝像頭再微調(diào)馬達(dá)的位置即可對(duì)準(zhǔn)位置二，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下點(diǎn)：

1.遠(yuǎn)程控制：本系統(tǒng)基本完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，提高了效率，并為長(zhǎng)期的沉降和水平位移觀測(cè)提供了便利；

2.精確提高十倍：理論上可以達(dá)到0.01mm級(jí)；

3.功能齊全：可以測(cè)沉降、水平角度、水平位移、高程；

4.數(shù)據(jù)采集更加靈活：本系統(tǒng)可在任意時(shí)間（包括夜間）進(jìn)行測(cè)量，這為更加準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)構(gòu)的沉降和水平位移提供保證；

5.成本經(jīng)濟(jì):本系統(tǒng)所采用的各部分技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，保證了成本的經(jīng)濟(jì)性；

6.便于推廣:由于設(shè)備成本簡(jiǎn)便、使用簡(jiǎn)便且可靈活布置，對(duì)環(huán)境的要求不苛刻，故此觀測(cè)裝置便于推廣；

7.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)科學(xué)合理、易于實(shí)現(xiàn)，有效保證了沉降觀測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性以及建筑的裝飾施工及美觀。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的終端接收控制系統(tǒng)的示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的平臺(tái)控制原理示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)向原理示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的沉降測(cè)試原理示意圖；

圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的位移測(cè)試原理示意圖；

圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水平位移測(cè)試原理示意圖；

其中，1、混凝土柱；2、攝像頭；3、導(dǎo)線；4、數(shù)據(jù)處理終端：5、網(wǎng)絡(luò)；6、信號(hào)采集控制器；7、望遠(yuǎn)鏡；8、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)；9、熱源感應(yīng)器；10、十字絲；11、千分表；12、強(qiáng)磁鐵；13、熱源；14、標(biāo)尺；15、激光測(cè)距儀；16、自動(dòng)調(diào)焦鏡頭；17、支撐臺(tái)；18、球鉸；19、感應(yīng)燈；20、伺服電機(jī)；21、玻璃罩；22、剛性底座；23、基準(zhǔn)球，24、望遠(yuǎn)鏡X軸、Y軸傾角顯示窗口；25、望遠(yuǎn)鏡X軸、Y軸方向高差顯示窗口、鏡頭偏角（水平方向）顯示窗口；26、對(duì)絲攝像頭窗口；27、鏡頭偏角窗口；28、沉降數(shù)值顯示窗口；29、快、慢上按鈕；30、快、慢下按鈕；31、快、慢同上按鈕；32、快、慢同下按鈕；33、快、慢左按鈕；34、快、慢右按鈕；35、一鍵找平按鈕；36、X、Y向找平按鈕；37、熱源按鈕；38、熱源搜索按鈕；39、測(cè)點(diǎn)及設(shè)備選擇按鈕；40、雙軸傾角傳感器；41.保存下載按鈕。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

圖1中各部件的功能如下：

混凝土柱1提供監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，并提供安裝設(shè)備的平臺(tái)；

攝像頭2：實(shí)時(shí)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡7中的鏡像；

導(dǎo)線3：實(shí)現(xiàn)攝像頭2、千分表11、豎向伺服電機(jī)20、雙軸傾角傳感器40、望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8、激光測(cè)距儀15、自動(dòng)調(diào)焦鏡頭16、熱源感應(yīng)器9中信號(hào)和信號(hào)采集控制器6之間的交互；

數(shù)據(jù)處理終端4：接收遠(yuǎn)程信號(hào)、發(fā)出指令、顯示各參數(shù)和圖像；

網(wǎng)絡(luò)5：實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集控制器及熱源和終端之間的信息交互；

信號(hào)采集控制器6：所有信號(hào)的傳輸處理中轉(zhuǎn)站；

望遠(yuǎn)鏡7：觀察觀測(cè)點(diǎn)；

旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8：旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡；

熱源感應(yīng)器9：感知并搜索熱源位置；

十字絲10：用于精確對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)目標(biāo)；

千分表11：測(cè)量沉降數(shù)值；

強(qiáng)磁鐵12：固定千分表；熱源13：產(chǎn)生熱量；

標(biāo)尺14：被觀測(cè)對(duì)象；

激光測(cè)距儀15：測(cè)量距離；

自動(dòng)調(diào)焦鏡頭16：使窗口目標(biāo)清晰；

支撐臺(tái)17：安放望遠(yuǎn)鏡；

球鉸18：配合豎向伺服電機(jī)靈活的升降支撐臺(tái)；

感應(yīng)燈19：晚上自動(dòng)開(kāi)啟提供照明；

伺服電機(jī)20：升降支撐臺(tái)；

玻璃罩21：防風(fēng)、防雨、防護(hù)；

剛性底座22：嵌入混凝土柱并提供安裝設(shè)備場(chǎng)所；

基準(zhǔn)球23：提供穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

如圖1所示，建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括一豎直設(shè)置的固定樁體，固定樁體為混凝土柱1，混凝土柱1提供監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，并提供安裝設(shè)備的平臺(tái)。

固定樁體底部一側(cè)設(shè)置有與其固定連接的水平剛性底座22，所述底座22上通過(guò)豎向設(shè)置的伺服電機(jī)10支撐有支撐臺(tái)17，支撐臺(tái)17上通過(guò)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8連接有橫向設(shè)置的望遠(yuǎn)鏡7，望遠(yuǎn)鏡7上設(shè)置有熱源感應(yīng)器9、十字絲10和激光測(cè)距器15，與望遠(yuǎn)鏡7的目鏡相對(duì)應(yīng)設(shè)置有一攝像頭2；

支撐臺(tái)17上設(shè)置有雙軸傾角傳感器，支撐臺(tái)17底部設(shè)置有與其相接觸的千分表11，千分表11下部設(shè)置于強(qiáng)磁鐵12上，強(qiáng)磁鐵11固定于水平剛性底座22上；

與望遠(yuǎn)鏡7的自動(dòng)調(diào)焦鏡頭16相對(duì)應(yīng)的設(shè)置有一豎向的標(biāo)尺14，標(biāo)尺14的頂部設(shè)置有熱源13，標(biāo)尺14底部固定于基準(zhǔn)球23上，標(biāo)尺14上還設(shè)置有感應(yīng)燈19；

攝像頭2、千分表11、伺服電機(jī)20、雙軸傾角傳感器、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8、激光測(cè)距儀15、自動(dòng)調(diào)焦鏡頭16和熱源感應(yīng)器9均通過(guò)導(dǎo)線3與信號(hào)采集控制器6相連，信號(hào)采集控制器6與數(shù)據(jù)處理終端4相連。

伺服電機(jī)20有三個(gè)，三個(gè)伺服電機(jī)分別通過(guò)球鉸18與支撐臺(tái)17底部相連，伺服電機(jī)20用于升降支撐臺(tái)17，球鉸18配合豎向伺服電機(jī)20靈活的升降支撐臺(tái)17。三個(gè)伺服電機(jī)20組成等腰三角形布置，且等腰三角形的高等于底邊長(zhǎng)度。

雙軸傾角傳感器的縱向投影處于三個(gè)伺服電機(jī)20組成的等腰三角形的中心處。

望遠(yuǎn)鏡7外部中間位置通過(guò)一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8連接于支撐臺(tái)17上，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8動(dòng)作能夠使望遠(yuǎn)鏡7旋轉(zhuǎn)。

固定樁體和水平剛性底座22組合后呈L形設(shè)置，處于剛性底座上部的伺服電機(jī)20、支撐臺(tái)17、千分表11、強(qiáng)磁鐵12、望遠(yuǎn)鏡7、攝像頭2和信號(hào)采集控制器6被一個(gè)密封的透明罩罩住，即除了標(biāo)尺、熱源、基準(zhǔn)球、感應(yīng)燈和數(shù)據(jù)處理終端外，前述所有部件均在透明罩中，透明罩為玻璃罩21，玻璃罩21起到防風(fēng)、防雨和防護(hù)作用。

基準(zhǔn)球23為硬質(zhì)不銹鋼球，基準(zhǔn)球下部和鋼筋相連，鋼筋則由混凝土澆筑密封成螺旋體。

如圖1所示，由于本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理復(fù)雜，主要由標(biāo)尺系統(tǒng)、終端接收控制系統(tǒng)、平臺(tái)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、采集及傳輸系統(tǒng)五部分組成。下面按照上述五個(gè)系統(tǒng)的順序依次介紹標(biāo)尺系統(tǒng)、終端接收控制系統(tǒng)、平臺(tái)控制原理、轉(zhuǎn)向原理、采集及傳輸原理，最后介紹該設(shè)備的整體工作原理。

1標(biāo)尺系統(tǒng)簡(jiǎn)介

穩(wěn)定而精確的標(biāo)尺系統(tǒng)是準(zhǔn)確測(cè)量的首要條件。因此，標(biāo)尺14在基準(zhǔn)球沒(méi)有沉降數(shù)值時(shí)，不能發(fā)生由于外界干擾而產(chǎn)生的“虛假豎向位移”

該系統(tǒng)由基準(zhǔn)球23、標(biāo)尺14和感應(yīng)燈19三部分組成。感應(yīng)燈19在夜晚自動(dòng)開(kāi)啟，以確保夜間的正常觀測(cè)?；鶞?zhǔn)球23為硬質(zhì)不銹鋼球，基準(zhǔn)球23下部和直徑為10mm的鋼筋相連，鋼筋則由混凝土澆筑密封成螺旋體。為盡可能的消除外界干擾，在不影響施工和運(yùn)營(yíng)的前提下混凝土塊盡可能大一些，尺寸為：直徑：100mm，高1000mm。

2終端接收控制系統(tǒng)

終端接收控制系統(tǒng)由終端設(shè)備和控制系統(tǒng)兩部分組成。該系統(tǒng)的作用是實(shí)時(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降和水平位移并保存和下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中終端設(shè)備可以為手機(jī)或者電腦。

數(shù)據(jù)處理終端的界面示意圖如圖2所示，主要組成及功能如下：

望遠(yuǎn)鏡X軸、Y軸傾角顯示窗口24：顯示望遠(yuǎn)鏡支撐平臺(tái)沿X軸、Y軸方向的傾角；

望遠(yuǎn)鏡X軸、Y軸方向高差顯示窗口、鏡頭偏角（水平方向）顯示窗口25：顯示望遠(yuǎn)鏡支撐平臺(tái)沿X軸、Y軸方向的高差；

對(duì)絲攝像頭窗口26：用于顯示望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺的對(duì)準(zhǔn)情況；

鏡頭偏角窗口27：顯示望遠(yuǎn)鏡在水平面內(nèi)的偏角；

沉降數(shù)值顯示窗口28：實(shí)時(shí)顯示沉降數(shù)值；

快、慢上按鈕29：分別獨(dú)自快速和慢速調(diào)節(jié)E、F、G伺服電機(jī)的上升運(yùn)動(dòng)；

快、慢下按鈕30：分別獨(dú)自快速和慢速調(diào)節(jié)E、F、G伺服電機(jī)的下降運(yùn)動(dòng)；

快、慢同上按鈕31：分別同時(shí)快速和慢速調(diào)節(jié)E、F、G伺服電機(jī)的上升運(yùn)動(dòng)；

快、慢同下按鈕32：分別同時(shí)快速和慢速調(diào)節(jié)E、F、G伺服電機(jī)的下降運(yùn)動(dòng)；

快、慢左按鈕33：快速和慢速調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡繞的左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

快、慢右按鈕34：快速和慢速調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡繞的右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

一鍵找平按鈕35：一鍵調(diào)整望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)水平；

X、Y向找平按鈕36：分別實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)X、Y向的找平；

熱源按鈕37：開(kāi)啟和關(guān)閉選定測(cè)點(diǎn)的熱源，為搜索提供幫助；

熱源搜索按鈕38：用于對(duì)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)；

測(cè)點(diǎn)及設(shè)備選擇按鈕39：選擇設(shè)備及其對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)編號(hào)。

保存下載按鈕41；用于保存及下載數(shù)據(jù)文件。

3平臺(tái)控制原理

平臺(tái)控制系統(tǒng)主要用來(lái)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)的水平狀態(tài)，從而保證望遠(yuǎn)鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止時(shí)都能保證處于水平或者Y向傾斜（望遠(yuǎn)鏡一直沿Y向）狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程是系統(tǒng)準(zhǔn)確工作的前提條件。該系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)E、F、G，雙向傾角傳感器和終端及系統(tǒng)組成，如圖3所示。且EG和FG的距離相等，EF電機(jī)之間的距離為L(zhǎng)，G到EF的距離也為Ｌ。

水平面控制原理如下可以分成兩個(gè)部分來(lái)闡述：水平控制原理和Y向傾斜控制原理。

首先介紹水平控制原理。若望遠(yuǎn)鏡底部平臺(tái)處于傾斜狀態(tài)，測(cè)量的數(shù)據(jù)是不可采信的，此時(shí)需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行水平調(diào)整。假設(shè)平臺(tái)在X和Y向的傾角分別為θx和θy。此時(shí)Ｅ與F的高差為L(zhǎng)*cosθx，EF中點(diǎn)與Ｇ的高差為為L(zhǎng)*cosθｙ。先啟動(dòng)終端系統(tǒng)中E、F對(duì)應(yīng)的快、慢上或者快、慢下按鈕，使E下降0.5L*cosθx，同理也使F上升0.5L*cosθx。按鈕使用原則為先快后慢，直至θx和Δx同時(shí)為零，此時(shí)完成了X方向的調(diào)平。Y方向的調(diào)平過(guò)程如下。啟動(dòng)G對(duì)應(yīng)的快、慢下按鈕，使G下降L*cosθy。此時(shí)便完成了平臺(tái)X和Y兩個(gè)方向的傾角調(diào)整，平臺(tái)處于水平狀態(tài)。接下來(lái)通過(guò)觀察攝像頭中的“+”和標(biāo)尺中的目標(biāo)水平絲的豎向距離，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的同上或者同下按鈕，使“+”橫絲和目標(biāo)水平絲重合。

其次介紹Y向傾斜控制原理。若平臺(tái)在X和Y向的傾角分別為θx和θy，且要求的Y向傾角為θY。先進(jìn)行X向調(diào)平，方法同上。接著啟動(dòng)G對(duì)應(yīng)的快、慢下按鈕，使G上升（L*cosθY-L*cosθy）。此時(shí)便完成了Y向傾斜調(diào)整。接下來(lái)采用上述的方法進(jìn)行對(duì)絲，不再贅述。

4轉(zhuǎn)向原理

望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的精確控制是多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)球23和標(biāo)尺14、望遠(yuǎn)鏡7、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8（含轉(zhuǎn)角角度傳感器）、強(qiáng)磁鐵12、熱源13、熱源傳感器9及終端組成，如圖4所示。

轉(zhuǎn)向原理的第一種方法如下：假設(shè)望遠(yuǎn)鏡7原來(lái)對(duì)準(zhǔn)位置一（圖4中左側(cè)位置），現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)向位置二（圖4中右側(cè)位置）。首先通過(guò)數(shù)據(jù)處理終端4啟動(dòng)標(biāo)尺上的熱源13，接著開(kāi)啟望遠(yuǎn)鏡7上的熱源感應(yīng)器9搜索熱源13，望遠(yuǎn)鏡7就會(huì)轉(zhuǎn)向帶有熱源13的標(biāo)尺方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

轉(zhuǎn)向原理的第二種方法如下：假設(shè)望遠(yuǎn)鏡7原來(lái)對(duì)準(zhǔn)位置一，現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)向位置二。以此為例，介紹轉(zhuǎn)向原理如下。因?yàn)榘惭b設(shè)備時(shí)會(huì)事先測(cè)量acb的夾角（假設(shè)為θ），而且a、b、c的位置又不可能出現(xiàn)較大的位移。為此在望遠(yuǎn)鏡7的ac和bc線外側(cè)放置兩塊強(qiáng)磁鐵12，如此一來(lái)，轉(zhuǎn)向位置二只需啟動(dòng)右轉(zhuǎn)（略大于θ）馬達(dá)到右側(cè)磁鐵12位置，然后通過(guò)對(duì)絲攝像頭再微調(diào)馬達(dá)的位置即可對(duì)準(zhǔn)位置二，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

5采集及傳輸原理

采集及傳輸原理如下：現(xiàn)場(chǎng)的千分表11、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8、豎向伺服電機(jī)20和攝像頭2通過(guò)導(dǎo)線3和信號(hào)采集控制器6相連，以便實(shí)現(xiàn)信號(hào)交互。信號(hào)采集控制器6通過(guò)網(wǎng)絡(luò)5和數(shù)據(jù)處理終端4相連，從而使全部數(shù)據(jù)和影像顯示在屏幕上。如要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遙控調(diào)節(jié)，只需在終端系統(tǒng)界面點(diǎn)擊相關(guān)按鈕即可，終端發(fā)出的指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫盘?hào)采集控制器再通過(guò)導(dǎo)線發(fā)送到各個(gè)具體設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)整。

5.6 建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法

建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法主要包括三個(gè)：其一為沉降監(jiān)測(cè)；其二為水平角度及水平位移監(jiān)測(cè)；其三為高程及水平距離監(jiān)測(cè)。

5.1沉降監(jiān)測(cè)

沉降監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介如下：如圖5所示，安裝設(shè)備之初利用上述的平臺(tái)控制原理和轉(zhuǎn)向原理，使望遠(yuǎn)鏡7的十字絲10水平線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺14上的0處橫刻線，該位置稱為原位置（豎向）（圖5中左側(cè)），系統(tǒng)會(huì)記下此時(shí)千分表數(shù)值m1。一段時(shí)間過(guò)后，標(biāo)尺14必然會(huì)隨著基準(zhǔn)球23出現(xiàn)相同的沉降（假設(shè)沉降數(shù)值為Δ），假設(shè)此時(shí)望遠(yuǎn)鏡7的十字絲10水平線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺14中的01水平刻線，再次利用平臺(tái)控制原理使望遠(yuǎn)鏡十字絲10再次對(duì)準(zhǔn)0處橫刻線，該位置稱為后位置（豎向）（圖5中右側(cè)）同理系統(tǒng)會(huì)記下此時(shí)千分表數(shù)值m2。沉降數(shù)值（m2-m1）會(huì)顯示在終端系統(tǒng)的沉降窗口中。最后保存含時(shí)間的沉降數(shù)據(jù)。

5.2水平角度及水平位移監(jiān)測(cè)

測(cè)某測(cè)點(diǎn)的水平位移需要兩臺(tái)設(shè)備，測(cè)量水平角度需要一臺(tái)設(shè)備，鑒于水平位移和水平角度的測(cè)量有相關(guān)之處，所以這里一起闡述。

監(jiān)測(cè)如下：如圖6所示，利用平臺(tái)控制原理和轉(zhuǎn)向原理，先使兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡7相互對(duì)準(zhǔn)，利用激光測(cè)距儀15測(cè)出ab的水平距離，并將ab作為基準(zhǔn)線。再次利用轉(zhuǎn)向原理，使兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡十字絲10豎直線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺14上的c處豎刻線，該位置稱為原位置，系統(tǒng)會(huì)記下此時(shí)兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡7與ab的夾角θ1和θ2。此時(shí)便完成了水平角度的測(cè)量（即完成了水平角度的測(cè)試原理）。當(dāng)然，測(cè)水平角度只需一臺(tái)設(shè)備和兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（a和b）就夠了。這里用兩臺(tái)是為了測(cè)量水平位移的需要。

接下來(lái)，利用余弦定理可以得到ac和bc的長(zhǎng)度，再利用三角函數(shù)則可得到ad和cd的長(zhǎng)度。若以a為原點(diǎn)，以ab的方向?yàn)閄正方向以a點(diǎn)向上建立坐標(biāo)系，那么c點(diǎn)的坐標(biāo)為（ad，dc）。

當(dāng)測(cè)點(diǎn)c的位置出現(xiàn)水平移動(dòng)，假設(shè)移動(dòng)到c1位置，同理可以得到此時(shí)對(duì)應(yīng)的θ1ˊ和θ2ˊ。同理還可得到c1的坐標(biāo)（ae，ec1）。

因此，測(cè)點(diǎn)的位移為（ae-ad，ec1-dc），至此便完成了水平位移的測(cè)量。

5.3高程及水平距離監(jiān)測(cè)

如圖7所示，如需對(duì)c點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，利用平臺(tái)控制原理和轉(zhuǎn)向原理，使望遠(yuǎn)鏡的十字絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)c，由Y向傾角傳感器可以得到θ1，由激光測(cè)距儀可以得到ac的距離D，則高程H和水平距離的算法如下：

H = D×sin(θ1)

L = D×cos(θ1)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。