隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著交通事業(yè)的進(jìn)步，地下隧道設(shè)施已成為城市交通體系的重要組成部分。隨著城市交通規(guī)模的擴(kuò)展，地下隧道設(shè)施所處環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，有的隧道設(shè)施上方存在山體或大型建筑構(gòu)件，甚至還有可能在隧道上方或下方存在其他隧道，山體或大型建筑構(gòu)件下方的區(qū)域以及隧道之間的重疊區(qū)域都屬于高危區(qū)域，容易發(fā)生沉降、塌陷、位移等災(zāi)害，為了防災(zāi)避險(xiǎn)，有必要對(duì)高危區(qū)域內(nèi)的隧道進(jìn)行全天候不間斷的監(jiān)測(cè)；現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用高精度的測(cè)量機(jī)器人來(lái)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)；存在的問(wèn)題是:由于測(cè)量機(jī)器人價(jià)格高昂，實(shí)際工程中，一般僅在范圍較小的重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)測(cè)量機(jī)器人，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)區(qū)域有限，并且由于測(cè)量機(jī)器人結(jié)構(gòu)精密、技術(shù)復(fù)雜，后期的維護(hù)保養(yǎng)成本也十分驚人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其創(chuàng)新在于:所述隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)斷面掃描裝置、一個(gè)定位裝置、基準(zhǔn)點(diǎn)、控制單元和多個(gè)反射棱鏡組成；隧道內(nèi)的高危區(qū)域形成監(jiān)測(cè)區(qū)，在監(jiān)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，沿隧道延伸方向，設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，單個(gè)監(jiān)測(cè)斷面與對(duì)應(yīng)位置處的隧道橫斷面重合，監(jiān)測(cè)斷面與隧道內(nèi)壁的交線形成監(jiān)測(cè)線，在每條監(jiān)測(cè)線上選取多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處均設(shè)置一反射棱鏡；每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面處均設(shè)置有一斷面掃描裝置，斷面掃描裝置位于監(jiān)測(cè)線上，斷面掃描裝置能作一維掃描，斷面掃描裝置的掃描平面與監(jiān)測(cè)斷面重合，每個(gè)斷面掃描裝置的基座上均設(shè)置有一反射棱鏡；基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置于監(jiān)測(cè)區(qū)范圍外，基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)置有反射棱鏡；定位裝置設(shè)置于監(jiān)測(cè)區(qū)中部的隧道內(nèi)壁上，定位裝置能作二維掃描；斷面掃描裝置和定位裝置均采用收發(fā)一體式激光探測(cè)器；所述斷面掃描裝置和定位裝置均與控制單元電氣連接。
[0004]為了解決測(cè)量機(jī)器人成本高昂、難以大范圍布設(shè)的問(wèn)題，本發(fā)明采用成本較低的收發(fā)一體式激光探測(cè)器來(lái)搭建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于成本大幅縮減，使得本發(fā)明的隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以大范圍布設(shè)、甚至是對(duì)隧道進(jìn)行全范圍布設(shè)，同時(shí)，基于成熟度較高的收發(fā)一體式激光探測(cè)器技術(shù)，監(jiān)測(cè)的精確性和可靠性都能得到保障，再輔以本發(fā)明的控制方法，使得采用本發(fā)明方案的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以取得較好的監(jiān)測(cè)效果，而且得益于監(jiān)測(cè)范圍的擴(kuò)展，監(jiān)測(cè)的全面性更佳。
[0005]優(yōu)選地，所述多個(gè)斷面掃描裝置位于同一直線上。
[0006]基于前述方案，本發(fā)明還公開了一種隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制方法，所涉及的硬件如前所述，其創(chuàng)新在于:
隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建好后，將隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各種裝置與隧道的相對(duì)位置繪制成電子地圖，所述電子地圖存儲(chǔ)在控制單元中；隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，先按步驟(I)至(3)的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)操作:
(O驅(qū)動(dòng)定位裝置對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)與定位裝置的相對(duì)位置進(jìn)行初始定位:當(dāng)定位裝置收到基準(zhǔn)點(diǎn)處的反射棱鏡反射回的激光信號(hào)時(shí)，控制單元對(duì)定位裝置的激光發(fā)射方向進(jìn)行記錄，同時(shí)，控制單元還記錄下定位裝置與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離；本步驟中，記錄到的定位裝置的激光發(fā)射方向記為方向A ;定位裝置與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離記為距離A ；
(2)驅(qū)動(dòng)定位裝置對(duì)多個(gè)斷面掃描裝置進(jìn)行初始定位:當(dāng)定位裝置收到某一斷面掃描裝置處的反射棱鏡反射回的激光信號(hào)時(shí)，控制單元對(duì)定位裝置的激光發(fā)射方向進(jìn)行記錄，同時(shí)，控制單元還記錄下定位裝置與斷面掃描裝置之間的距離；本步驟中，記錄到的定位裝置的激光發(fā)射方向記為方向B，多個(gè)斷面掃描裝置分別對(duì)應(yīng)多個(gè)方向B ;定位裝置與斷面掃描裝置之間的距離記為距離B，多個(gè)斷面掃描裝置分別對(duì)應(yīng)多個(gè)距離B ;
(3)驅(qū)動(dòng)斷面掃描裝置對(duì)各自對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)斷面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行逐一掃描:當(dāng)斷面掃描裝置接收到某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的反射棱鏡反射回的激光信號(hào)時(shí)，控制單元對(duì)斷面掃描裝置的激光發(fā)射方向進(jìn)行記錄，同時(shí)，控制單元還記錄下斷面掃描裝置與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離；本步驟中，記錄到的斷面掃描裝置的激光發(fā)射方向記為方向C，多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)多個(gè)方向C ;斷面掃描裝置與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離記為距離C，多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)多個(gè)距離C ;
學(xué)習(xí)操作結(jié)束后，隧道變形遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按如下步驟進(jìn)行后續(xù)操作:
A)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)與定位裝置的相對(duì)位置進(jìn)行重新定位:重新定位時(shí)，將定位裝置的激光發(fā)射角度調(diào)節(jié)至方向A，定位裝置調(diào)節(jié)到位后，控制定位裝置向外發(fā)射激光信號(hào)；
若定位裝置收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則獲取定位裝置與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的當(dāng)前距離，并計(jì)算當(dāng)前距離與距離A的差值:若差值為O，則直接進(jìn)入步驟B)，若差值不為O，則將差值發(fā)送給后方技術(shù)人員后，進(jìn)入步驟B);具體實(shí)施時(shí)，可為前述差值設(shè)定一安全閾值，若差值在安全閾值范圍內(nèi)，則認(rèn)為基準(zhǔn)點(diǎn)與定位裝置的相對(duì)位置未發(fā)生變化，直接繼續(xù)后續(xù)操作，若差值超越安全閾值范圍，則認(rèn)為基準(zhǔn)點(diǎn)與定位裝置的相對(duì)位置已發(fā)生變化，此時(shí)，除了繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)操作外，還需將差值發(fā)送給后方技術(shù)人員進(jìn)行相應(yīng)分析處理；
若定位裝置沒(méi)有收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則進(jìn)入步驟D);
B)對(duì)多個(gè)斷面掃描裝置進(jìn)行重新定位:傳動(dòng)定位裝置，使定位裝置的激光發(fā)射角度逐次在多個(gè)方向B條件下駐停一段時(shí)間；
定位裝置駐停時(shí)，控制定位裝置向外發(fā)射激光信號(hào):若駐停期間內(nèi)，定位裝置收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則獲取定位裝置與相應(yīng)斷面掃描裝置之間的當(dāng)前距離，然后傳動(dòng)定位裝置繼續(xù)向下一駐停位置移動(dòng)；若駐停期間內(nèi)，定位裝置沒(méi)有收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則將當(dāng)前方向B所對(duì)應(yīng)的斷面掃描裝置標(biāo)記為待診斷裝置，并傳動(dòng)定位裝置繼續(xù)向下一駐停位置移動(dòng)；
待定位裝置對(duì)所有斷面掃描裝置都進(jìn)行了一次重新定位后，若不存在待診斷裝置，則進(jìn)入步驟C);若存在待診斷裝置，則進(jìn)入步驟E);
C)控制單元將獲取到的當(dāng)前距離與對(duì)應(yīng)的距離B進(jìn)行比較:若所有當(dāng)前距離均與各自對(duì)應(yīng)的距離B的數(shù)值相等，則本次操作結(jié)束，等待后續(xù)的檢測(cè)窗口期到來(lái)；若當(dāng)前距離中的任一者與對(duì)應(yīng)的距離B的數(shù)值不相等，則進(jìn)入步驟F);與步驟A)中設(shè)定安全閾值的方式相似地，實(shí)際操作中，為距離B設(shè)定相應(yīng)的閾值。
[0007]D)控制定位裝置周期性地向基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)射激光信號(hào):
若連續(xù)若干個(gè)周期后，定位裝置仍無(wú)法收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則控制單元向后方技術(shù)人員發(fā)送定位裝置故障信號(hào)，并進(jìn)入步驟B);
若在設(shè)定的周期結(jié)束之前，定位裝置收到了相應(yīng)的反射信號(hào)，則控制單元向后方技術(shù)人員發(fā)送故障已排除信號(hào)，同時(shí)，獲取定位裝置與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的當(dāng)前距離，并計(jì)算當(dāng)前距離與距離A的差值:若差值為O，則直接進(jìn)入步驟B)，若差值不為O，則將差值發(fā)送給后方技術(shù)人員后，進(jìn)入步驟B);
E)驅(qū)動(dòng)定位裝置對(duì)待診斷裝置逐一進(jìn)行定位診斷操作:
傳動(dòng)定位裝置，使定位裝置的激光發(fā)射角度逐次在各個(gè)待診斷裝置所對(duì)應(yīng)的方向B條件下駐停一段時(shí)間，定位裝置的激光發(fā)射角度在某一待診斷裝置所對(duì)應(yīng)的方向B駐停時(shí)，控制定位裝置向外發(fā)射多次激光信號(hào):若發(fā)射次數(shù)達(dá)到設(shè)定的數(shù)值后，仍沒(méi)有收到相應(yīng)的反射信號(hào)，則控制單元將當(dāng)前對(duì)應(yīng)的待診斷裝置標(biāo)記為故障，然后傳動(dòng)定位裝置繼續(xù)向后續(xù)的待診斷裝置所對(duì)應(yīng)的方向B移動(dòng)；若發(fā)射次數(shù)達(dá)到設(shè)定的數(shù)值之前，收到了相應(yīng)的反射信號(hào)，則獲取定位裝置與相應(yīng)待診斷裝置之間的當(dāng)前距離，然后傳動(dòng)定位裝置繼續(xù)向后續(xù)的待診斷裝置所對(duì)應(yīng)的方向B移