基于图像传感器的隧道位移监测系统技术方案

一种基于图像传感器的隧道位移监测系统，属非接触式隧道周边位移测试技术。包括，激光发射装置：由激光器和安装底座组成，固定于隧道内或洞口位置；接收装置：固定于隧道内测试点，由激光靶、图像传感器、镜头以及安装底座组成；测试点位置同时设置另一激光发射装置并指向下一接收装置；激光发射装置控制箱：与激光发射装置连接，控制信号经数据传输总线传出；接收装置采集箱：与接收装置连接，输出信号经数据传输总线传出，处理采集到的位移图像数据；现场采集终端：接收数据传输总线传出的信号。它具有测定简便、精度高的优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及隧道位移自动监测系统，特别是用于监测隧道施工或运营中隧道位移的一种简便、非接触、精度高的自动化隧道变形监测系统。。
技术介绍
我国是一个多山的国家，由于坡度限制、环境保护及城市环境需要，隧道广泛应用于高速公路、铁路、地铁建设中。在隧道施工过程中，对隧道围岩、支护衬砌结构所处的力场及其稳定状态进行监控量测，被认为是保障施工安全、优化隧道设计、指导施工的主要方法，在隧道施工中具有十分重要的作用，是新奥法施工的重要内容之一；在隧道运营过程中，持续的隧道结构变形监测是隧道运营安全的重要保障。隧道位移监测的传统项目是拱顶下沉和周边收敛。一般采用收敛计进行接触式测量，尽管收敛计本身读数精度很高，但实测精度受设备安置等各种因素有较大影响。这种方法受限于隧道周边上各点之间的相对距离，且只能求得一点相对另一点的位移，隧道不对称变形和纵向位移，采用传统方法就测不出来。巴赛特收敛系统是一种隧道剖面收敛自动测量系统，它由多个杆件单元(一个长的和一个短的组合成为一对杆件单元)首尾互相铰接安装在待测剖面四周，构成一个测量环，杆件单元内置一种特制的高精度电解质倾角传感器，每对长短臂的一个铰接点通过固定件与洞壁相固定，另一个铰接点是浮动的。当洞壁发生变形时，必定使变形区内的几个固定点产生(空间)位移，也带动相关的长短臂活动，即长短臂产生角度变化。这时分别安装在长、短臂上的倾角传感器就可测出这种微小的角度变化。通过测试过程中的计算结果分别与首次测量数据比较可获隧道轮廓动态变化状况。本测试方法在接触式测量方法中效果较好，但系统设置费用较高，难以广泛应用。非接触方式测量隧道周边位移有采用测点埋设反光标靶，通过电子全站仪测出测点三维坐标，通过不同批次测试三维坐标值可计算得出测点收敛值。非接触方式测量隧道周边位移还有利用光纤维组成测试界面，对应设置光敏-->二极管测试阵列，通过激光光斑在光纤维界面变化测得隧道周边位移值。该方法精度受限于光纤维直径和排列精度，且测试量程不大。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于隧道施工或营运中隧道位移的一种简便、非接触、精度高的基于图像传感器的隧道位移监测系统。本技术的目的是这样实现的：一种基于图像传感器的隧道位移监测系统，其特征是：包括，激光发射装置：由激光器和安装底座组成，固定于隧道内或洞口位置；接收装置：固定于隧道内测试点，由激光靶、图像传感器、镜头以及安装底座组成；测试点位置同时设置另一激光发射装置并指向下一接收装置；激光发射装置控制箱：与激光发射装置连接，控制信号经数据传输总线传出；接收装置采集箱：与接收装置连接，输出信号经数据传输总线传出；现场采集终端：接收数据传输总线传出的信号，处理采集到的位移图像数据。上述隧道内的同一断面的拱顶和两个拱腰分别设置一套激光发射装置和接收装置。本系统通过激光、图像传感器接收靶构成测试部件，通过现场采集仪进行数据采集，经由现场数据总线连接多个采集仪与洞口采集中心交换数据，洞口采集中心数据支持本地分析查看和通过网络发布至数据服务器，构成网络化自动测试系统。本专利技术测试量程可以根据需要调整，系统分辨率随着图像传感器分辨率提高还可以提高。本技术的有益效果是：1、本系统属于非接触式隧道周边位移测试方案。2、本系统测试精度高，适当提高的图像传感器分辨率，可以提高系统分辨率。3、激光发射装置和接收装置均通过了可调安装底座安装在隧道内，可以方便地对激光的发射和接收来进行定位。4、隧道周边位移监测实时，准确，简便。监测结果直接在现场采集终端的电脑上显示。附图说明-->图1是本系统设备在隧道立面上的布置示意图；图2是本系统在隧道上布置的立体示意图；图3是图2所示激光发射装置和接收装置(均带可调安装底座)的立体图；图4是图3所示激光发射装置另一视角方向的立体图；图5是图4中除去U形槽后的立体图；图6是图5中除去压板和压紧螺钉后的立体图；图7是图4中U形槽及其上安装的轴的立体图；图8是图3所示接收装置的可调安装底座(另一视角方向)的立体图。具体实施方式图1图2示出，本系统的设备组成如下：激光发射装置1：由激光器和安装底座组成，固定于隧道内或洞口位置；接收装置2：固定于隧道内测试点，由激光靶、图像传感器、镜头以及安装底座组成；测试点位置同时设置另一激光发射装置11并指向下一接收装置22；激光发射装置控制箱3：与激光发射装置连接，控制信号经数据传输总线传出；接收装置采集箱4：与接收装置连接，输出信号经数据传输总线传出；现场采集终端5：接收数据传输总线传出的信号，处理采集到的位移图像数据。隧道内的同一断面的拱顶和两个拱腰分别设置一套激光发射装置1和接收装置2。图1中，矩形框为隧道立面，其左面为掌子面，右面为隧道出口。激光发射装置的可调安装底座见图3～7，其结构为：激光器1a下部固定有一杆1b，杆1b与铰座1c构成球铰连接，紧定螺钉1f设置在铰座上，铰座1c下部的支柱1i铰接在底座1j的条形槽内，铰座1c的后部设置有压紧螺钉1d，铰座1c的前部设置有压板1e。底座1j可转动地安装在轴1k上，即可在轴上偏转，可由定位螺钉1h对其紧定，在U形槽1g上固定。这样，激光头(即激光发射器)经球铰可在底座1j上作360度偏转，同时，还可在底座上前、后(图6中Y方向)偏转。整个安装底座可由U形槽底部的安装块1m(其上开有螺孔)，经膨胀螺栓安装固定在隧道的拱面上。接收装置安装底座由偏转方向呈90°设置的两组U形板上、下固联构成，每组U形板结构为：两块U形板2a、2b开口相向，二者叠合部经螺栓2e铰接，螺钉2f固定位于内侧的U形板2b上、伸出并卡在位于外侧的U形板2a的半圆形条孔之上。图8中，下部左面位置示出：形板2c和“L”形板2d经螺栓2g铰接，螺钉2h压接在“L”形板2d的-->半圆形条孔之上，对二者起紧定作用，下部左、右两组形板2c和“L”形板2d可以看作是一组与上部结构相同的U形板。接收装置可沿X方向和Y方向偏转，以与激光发射器对位。系统设备安装：1、接收装置的埋设：按照接收装置底座上预留安装孔的尺寸、位置，利用冲击钻在隧道初期支护上打孔至适宜深度，然后安装、调整，使其在纵向保持水平，最后固定。激光发射装置的埋设；2、利用冲击钻在隧道初期支护上打孔(大致与发射装置在同一高度)到适当深度，然后安装激光发射器，调整激光发射杆使激光束照到接收装置屏面上的适宜位置，最后固定激光头；3、调整激光光斑使其落在接收装置屏面上的适宜位置；4、安装激光发射装置保护罩；5、测点传输线安装布置沿隧道壁固定，总线沿隧道动力电缆线铺设到洞外。本系统在遵赤公路坛厂隧道进行应用测试检验。现场测试结果如下：1)、ZK27+465断面测点安装时距离掌子面45m左右(现距隧道掌子面约60m左右)，安装每测点大约花半小时左右，安装快捷、方便，对施工干扰小。2)、隧道施工对数据采集影响不大，采集的数据真实、可靠。3)、隧道自动监测系统数据自动采集终端系统工作稳定，测试数据精度较高(正常监测情况下，精度：理论值0.3mm(空气质量较好)，现场实际0.5mm(受施工粉尘影响、施工机械振动等)。4)、不同测试手段数据比较(1)、利用隧道自动监测系统进行测试(ZK27+490断面)X方向(水平方向)一个月变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像传感器的隧道位移监测系统，其特征是：包括，　激光发射装置（１）：由激光器和安装底座组成，固定于隧道内或洞口位置；　接收装置（２）：固定于隧道内测试点，由激光靶、图像传感器、镜头以及安装底座组成；测试点位置同时设置另一激光发射装置（１１）并指向下一接收装置（２２）；　激光发射装置控制箱（３）：与激光发射装置连接，控制信号经数据传输总线传出；　接收装置采集箱（４）：与接收装置连接，输出信号经数据传输总线传出；　现场采集终端：接收数据传输总线传出的信号，处理采集到的位移图像数据。

【技术特征摘要】
1、一种基于图像传感器的隧道位移监测系统，其特征是：包括，激光发射装置(1)：由激光器和安装底座组成，固定于隧道内或洞口位置；接收装置(2)：固定于隧道内测试点，由激光靶、图像传感器、镜头以及安装底座组成；测试点位置同时设置另一激光发射装置(11)并指向下一接收装置(22)；激光发射装置控制箱(3)：与激光发射装置连接，控制信号经数据传输总线传出；接收装置采集箱(4)：与接收装置连接，输出信号经数据传输总线传出；现场采集终端：接收数据传输总线传出的信号，处理采集到的位移图像数据。2、根据权利要求1所述基于图像传感器的隧道位移监测系统，其特征是：所述隧道内的同一断面的拱顶和两个拱腰分别设置一套激光发射装置(1)和接收装置(2)。3、根据权利要求1或2所述基于图像传感器的隧道位移监测系统，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖凯，陈礼伟，范荣，詹显军，
申请(专利权)人：中铁西南科学研究院有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]