一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法技术

本发明专利技术涉及地铁施工的技术领域，目的是提供一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法，属于地铁施工的技术领域，其中，一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪包括监测座，监测座上设置有自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器，监测座上还设置有中央处理器，自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器均与中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，中央处理器通过无线传输单元与上位机通信。本发明专利技术具有便于对基坑边坡变形进行实时监测、无需人工操作、提高了操作人员的安全性的优点。

A real-time monitor and method of foundation pit slope deformation based on Beidou Positioning

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法
本专利技术涉及地铁施工的
，具体涉及一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法。
技术介绍
水平变形监测是基坑及边坡、特别是深基坑和永久边坡支护工程的重要指标。在工程施工期间，随着基坑内土体的挖出，基坑支护结构两侧土体产生压力差，从而引起土体由基坑外侧向内侧的水平移动。通过水平变形监测，及时对监测数据进行分析处理，判断地层、支护结构的安全稳定性、判断基坑开挖施工对围护结构及周围环境的影响程度，能够控制施工安全以及降低基坑施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境和本身施工安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，提前采取预防措施，避免事故的发生。授权公告号为CN201210570336.2的中国专利公开了一种基坑及边坡支护水平变形监测方法，施工步骤是：(a)基坑未开挖前，在基坑周边监测点布设位置挖出沟槽或孔，呈水平向；(b)成槽或成孔后下入钢筋根据设置监测点的破裂面位置，确定监测点布设钢筋自由段的长度和固定端位置，自由段外侧穿隔离塑料管，隔离塑料管管孔内侧用胶带封死，钢筋外露一端绑扎或焊接钢尺，钢尺刻度面朝上；(c)钢筋另一端采用水泥浆形成锚固体，钢筋自由段塑料管外进行注浆加固形成注浆体，地表开槽作业用砼加固；(d)孔口插入硬质塑料管，硬质塑料管露出坡体混凝土面墙，硬质塑料管外用水泥浆固定；(e)通过直接读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面墙外钢筋长度的方法进行数据采集，根据数据变化计算基坑水平位移；(f)根据设计和规范要求的基坑深部变形监测坡面位置，并根据设计和规范要求的监测频率，在基坑中部、下部重复a-e条布设监测点并进行数据采集，开展监测工作。现有技术存在以下技术缺陷：上述监测方法需要人工读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面墙外钢筋长度的方法进行数据采集，一旦发生滑坡塌方就对操作人员的生命安全构成了威胁。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪及方法，具有便于对基坑边坡变形进行实时监测、无需人工操作、提高了操作人员的安全性的优点。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，包括以下步骤：S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2；S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3；S3:获取基坑边坡的目标点的三维位置信息，根据目标点的初始三维位置信息计算位移值，判断位移值是否大于位移最大阈值，若不是，执行S4，若是，执行S5；S4：测量基坑边缘的角度值，判断角度值是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1；S5：发送报警信息。优选的，所述步骤S3包括以下步骤：S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)；S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S4。优选的，所述步骤S4还包括以下步骤：S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，包括监测座，所述监测座上设置有自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器，所述监测座上还设置有中央处理器，所述自动测角仪、北斗定位器、警报器及多个图像传感器均与所述中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，所述中央处理器通过所述无线传输单元与上位机通信。通过采用上述技术方案，自动测角仪用于检测基坑边缘的倾斜角度信息，并发送至中央处理器，多个图像传感器均用于拍摄基坑的图像并发送至中央处理器，北斗定位器用于检测本监测仪的位置信息并发送至中央处理器。中央处理器接收了当前时刻的自动测角仪检测的基坑边缘的倾斜角度后，将当前时刻的倾斜角度与角度最大阈值进行比较，若当前时刻的倾斜角度与大于角度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。中央处理器接收了多个图像传感器拍摄的基坑图像后，使用灰度阈值分割的方式将基坑图像中的裂缝图像分离出来，并计算裂缝图像中裂缝的面积、裂缝的长度L及裂缝的宽度D，当裂缝图像中裂缝的面积大于中央处理器中预设的裂缝面积最大阈值或裂缝的长度L大于上位机内预设的长度最大阈值或裂缝的宽度D大于上位机内预存的宽度最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。将本监测仪安装在基站后，北斗定位器建立初始坐标数据发送至中央处理器，在监测过程中，北斗定位器发送实时坐标至中央处理器，中央处理器根据实时坐标和初始坐标计算位移差值，若位移差值大于中央处理器内预设的位移最大阈值时，中央处理器控制报警器报警并通过无线传输单元向上位机发送信息。优选的，所述图像传感器的数量为四个，所述监测座上开设有四个安装槽，四个所述安装槽分别位于所述监测座的四周，四个所述图像传感器分别安装在四个所述安装槽内。通过采用上述技术方案，使得本监测仪能同时从四个方向获取基坑图像。优选的，所述自动测角仪包括X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器，所述X轴红外测距传感器用于沿竖直向下的方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述Y轴红外测距传感器用于沿水平方向检测检测座与基坑边坡之间的距离，所述X轴红外测距传感器及Y轴红外测距传感器均与中央处理器电性连接。优选的，所述监测座上设置有太阳能电池板及蓄电池，所述太阳能电池板与蓄电池电性连接，所述蓄电池与自动测角仪、北斗定位器、警报器、中央处理器及多个图像传感器电性连接。通过采用上述技术方案，使得自动测角仪、北斗定位器、警报器、中央处理器及多个图像传感器均由太阳能电池板转化的电能供电，达到增大本监测仪在户外的实用性的效果。优选的，所述无线传输单元为GPRS无线传输单元。通过采用上述技术方案，GPRS无线传输单元无距离限制，达到增大本监测仪在户外的实用性的效果。优选的，还包括底座，所述底座上转动设置有支撑柱，所述支撑柱上固定设置有所述监测座，所述底座背离监测座的一侧设置有多个螺栓三叉支架，所述螺栓三叉支架包括中心柱及三根侧柱，所述中心柱的一端与底座固定连接，所述中心柱上开设有三个螺纹连接口，三个所述螺纹连接口围绕中心柱的轴线设置，三根侧柱分别通过三个螺纹接口与中心柱螺纹连接，三根侧柱远离中心柱的一端向下倾斜设置。通过采用上述技术方案，多个螺栓三叉支架的三根侧柱与基坑抵接，增大了本监测仪安装在基坑上的稳定形，达到在一定程度上减少本监测仪的侧翻情况的效果。优选的，所述底座上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2；S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3；S3:获取基坑边坡的目标点的三维位置信息，根据目标点的初始三维位置信息计算位移值，判断位移值是否大于位移最大阈值，若不是，执行S4，若是，执行S5；S4：测量基坑边缘的角度值，判断角度值是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1；S5：发送报警信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取基坑边坡的边缘图像，计算该边缘图像中裂缝的面积S、裂缝的宽度D及裂缝的长度L，执行S2；S2：判断边缘图像中裂缝的面积S是否大于面积最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的宽度D是否大于宽度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3，判断裂缝的长度L是否大于长度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S3；S3:获取基坑边坡的目标点的三维位置信息，根据目标点的初始三维位置信息计算位移值，判断位移值是否大于位移最大阈值，若不是，执行S4，若是，执行S5；S4：测量基坑边缘的角度值，判断角度值是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1；S5：发送报警信息。2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31：获取基坑边坡的目标点的三维位置信息(Xn，Yn，Zn)；S32：根据目标点的初始三维位置信息(Xo，Yo，Zo)计算位移值Δd，其中，S33：判断位移值Δd是否大于位移最大阈值若是，执行S5，若不是，执行S4。3.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括以下步骤：S41：以竖直向下方向为X轴，沿X轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d1，执行S42；S42：以水平方向为Y轴，沿Y轴测量目标点与基坑边坡之间的距离d2，执行S43；S43：计算基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα，其中，tanα＝d1/d2，执行S44；S44：根据基坑边缘的倾斜角度α的正切值tanα计算基坑边缘的倾斜角度α，其中α＝arctanα，执行S45；S45：测量基坑边缘的角度值α，判断基坑边缘的角度值α是否大于角度最大阈值，若是，执行S5，若不是，执行S1。4.一种基于北斗定位的基坑边坡变形实时监测仪，其特征在于：包括监测座(1)，所述监测座(1)上设置有自动测角仪(2)、北斗定位器(3)、警报器(4)及多个图像传感器(5)，所述监测座(1)上还设置有中央处理器，所述自动测角仪(2)、北斗定位器(3)、警报器(4)及多个图像传感器(5)均与所述中央处理器电性连接，还包括无线传输单元，所述中央处理器通过所述无线传输单元与上位机通信。5.根据权利要求4所述的一种基于北斗定位的...

【专利技术属性】
技术研发人员：包兴培，张雨晴，李丹，古翼铭，
申请(专利权)人：四川建筑职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川,51