一种基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法制造方法及图纸

本申请提供了一种基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法，该监测装置包括至少一个监测单元和外部计算单元，该监测单元包括：激光发射单元，其包括多个激光发射器以用于发射激光以及接收反射激光；以及激光反射单元，其包括反射板，该反射板由至少一个八连通模板组成，在使用状态下，该激光反射单元与该激光发射单元平行相对地设置于该采动裂缝的两侧；其中，该外部计算单元与该激光反射单元通信连接以接收来自激光发射单元的数据并进行计算。该监测装置通过利用激光测距和无线传输技术，结合通过八连通模板的反射单元确定反射点位置，从而确定采动裂缝的三维尺寸变化。从而确定采动裂缝的三维尺寸变化。从而确定采动裂缝的三维尺寸变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及矿区地表监测及激光测距
，并且更具体地，涉及一种基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法。

技术介绍

[0002]地表采动裂缝是煤矿区常见的一种开采损害现象，尤其开采深厚比较小的矿区更为明显，然而其破坏程度也更加严重。常见的采动裂缝引起的损害有道路破断阻滞交通、建(构)筑结构错断倒塌、输电线路或埋地管线拉压破坏、土地开裂影响耕作或植被生长，甚至加剧水土流失、地表水体漏失影响人们生产生活等，对人们的生存和自然生态环境造成破坏，给人们的生命财产造成损失。因此，采动裂缝已成为矿山开采中的重要研究内容之一。
[0003]目前地表采动裂缝主要采用现场实测方式进行研究，常见的方法为钢尺或卷尺量距，这种方法当测距较大或地形起伏变化较大时，需要多人配合进行测量，费时费力；近年来也有采用机械装置测量的方法，如专利CN201420594768.1和专利CN201220196161.9，但需要人工读取数据，另一种为激光测距，采用激光脉冲或激光相位干涉的方法，记录从发射脉冲到接收到目标反射的脉冲之间距离。激光测距快速、准确，为了携带方便、不增加额外成本投入，有人专利技术了激光测距手机，如专利CN201710261248.7和专利CN201020639150.4。但无论是目前的现场人工测量、机械装置测距或者便携式激光测距，都难以兼顾便携、大尺寸观测和实时全自动观测的需求。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法，利用激光测距和无线传输技术，实现了对大尺寸裂缝的高精度观测，避免裂缝落差或移动不确定而引起的观测数据不完整，并可自动实时采集数据和成图。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于激光测距的采动裂缝监测装置，其包括至少一个监测单元和外部计算单元，该监测单元包括：激光发射单元，其包括多个激光发射器以用于发射激光以及接收反射激光；以及激光反射单元，其包括反射板，该反射板由至少一个八连通模板组成，在使用状态下，该激光反射单元与该激光发射单元平行相对地设置于该采动裂缝的两侧；其中，该外部计算单元与该激光反射单元通信连接以接收来自激光发射单元的数据并进行计算。通过该方面的监测装置，其通过利用激光测距和无线传输技术，结合通过八连通模板的反射单元确定反射点位置，从而确定采动裂缝的三维尺寸变化。
[0006]在第一方面的一个实施方式中，该激光发射单元还包括发射单元主体、控制主板、数据传输天线和电源模块，多个该激光发射器、该控制主板、该数据传输天线和该电源模块均设置在该发射单元主体上。
[0007]在第一方面的一个实施方式中，该激光反射单元包括反射单元主体，该反射板固定设置在该反射单元主体上且其由至少一个该八连通模板按照矩阵形式邻接组成，该八连通模板包括9个具有不同反射率的反射块，该反射单元能够反射来自该激光反射单元的激
光。通过该实施方式，利用激光发射器接收来自八连通模板上的具有不同反射率的反射单元的回波信息确定反射点在八连通模板的位置，从而确定裂缝的三维尺寸变化。
[0008]在第一方面的一个实施方式中，该反射块为正方形，其边长构造为大于或等于该激光发射单元和该激光反射单元在相邻两次测量时刻之间错动距离的一半。
[0009]在第一方面的一个实施方式中，该激光发射单元包括5个激光发射器，其在该发射单元主体上呈“X”形分布。通过该实施方式，能够保证在裂缝的各种运动形式下，均有激光器能够接收到来自激光反射单元的回波信息。
[0010]在第一方面的一个实施方式中，该采动裂缝监测装置还包括无线数据传输中继站，其用于将该至少一个监测单元和该外部计算单元通信连接。通过该实施方式，使得在较大尺寸的采动裂缝两侧的多个监测单元的数据都能够被收集，确保对采动裂缝监测的全面性。
[0011]在第一方面的一个实施方式中，该激光发射单元还包括用于支撑该发射单元主体的发射单元支架，该激光反射单元还包括用于支撑该反射单元主体的反射单元支架。通过该实施方式，便于将监测单元针对采动裂缝设置。
[0012]在第一方面的一个实施方式中，该电源模块为蓄电池和/或太阳能光伏板。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面及其任一实施方式的采动裂缝监测装置检测采动裂缝的方法，该方法包括如下步骤：步骤1、在采动裂缝两侧布置该至少一个监测单元，每个该激光发射单元和该激光反射单元平行相对地位于该采动裂缝的两侧；步骤2、在第一时刻，该至少一个激光发射器向该反射板发射激光，并接收由该反射板反射回来的反射激光；步骤3、根据该反射激光确定在该第一时刻的反射点坐标，然后向该外部计算单元发送第一反射信息；步骤4、在第二时刻，重复步骤2和3，向该外部计算单元发送第二反射信息；以及步骤5、根据该第一反射信息和该第二反射信息确定该采动裂缝的三维尺度变化。
[0014]在第二方面的一个实施方式中，该第一反射信息或者该第二反射信息包括回波时间以及该反射板中的反射点坐标。通过该实施方式，能够由此确定裂缝在第一时刻和第二时刻之间的宽度变化、高度变化以及垂直于宽度方向的水平错动距离等。
[0015]在第二方面的一个实施方式中，该三维尺度变化包括宽度差、高度差以及垂直于宽度方向的水平错动距离。
[0016]在第二方面的一个实施方式中，该宽度差由以下公式计算：
[0017][0018]其中，D
i
为第i时刻该激光发射单元和该激光反射单元之间的距离，i为正整数，ΔD为第i时刻和第i-1时刻之间的宽度差，t
i
为第i时刻的回波时间，c为光速。
[0019]在第二方面的一个实施方式中，该高度差为第二时刻和第一时刻的反射点坐标的纵坐标值之差与反射单元边长之积；该水平错动距离为第二时刻和第一时刻的反射点坐标的横坐标值之差与反射单元边长之积。
[0020]本专利技术提供的基于激光测距的采动裂缝监测装置及方法，相较于现有技术，利用激光测距和无线传输技术，实现了对大尺寸裂缝的高精度监测，避免裂缝落差或移动的不
确定性引起的监测数据不完整，满足拉伸和压缩裂缝同时可测及实时全自动采集数据与成图的需求，能够适应复杂地形、可靠性好且可进行三维测量；另外，该装置无须人工读取数据，避免了人为因素带来的误差，可在PC端实时直观显示裂缝发育曲线，提高监测效率。
[0021]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
附图说明
[0022]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0023]图1显示了根据本专利技术实施例的监测装置相对于采动裂缝设置的示意图；
[0024]图2显示了根据本专利技术实施例的激光发射单元的结构示意图；
[0025]图3显示了根据本专利技术实施例的激光反射单元的结构示意图；
[0026]图4显示了根据本专利技术实施例的采动裂缝三维变化量坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距的采动裂缝监测装置，其特征在于，包括至少一个监测单元和外部计算单元，所述监测单元包括：激光发射单元，其包括多个激光发射器以用于发射激光以及接收反射激光；以及激光反射单元，其包括反射板，所述反射板由至少一个八连通模板组成，在使用状态下，所述激光反射单元与所述激光发射单元平行相对地设置于所述采动裂缝的两侧；其中，所述外部计算单元与所述激光反射单元通信连接以接收来自激光发射单元的数据并进行计算。2.根据权利要求1所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述激光发射单元还包括发射单元主体、控制主板、数据传输天线和电源模块，多个所述激光发射器、所述控制主板、所述数据传输天线和所述电源模块均设置在所述发射单元主体上。3.根据权利要求2所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述激光反射单元包括反射单元主体，所述反射板固定设置在所述反射单元主体上且其由至少一个所述八连通模板按照矩阵形式邻接组成，所述八连通模板包括9个具有不同反射率的反射块，所述反射单元能够反射来自所述激光反射单元的激光。4.根据权利要求3所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述反射块为正方形，其边长构造为大于或等于所述激光发射单元和所述激光反射单元在相邻两次测量时刻之间错动距离的一半。5.根据权利要求2至4中任一项所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述激光发射单元包括5个激光发射器，其在所述发射单元主体上呈“X”形分布。6.根据权利要求1至4中任一项所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述采动裂缝监测装置还包括无线数据传输中继站，其用于将所述至少一个监测单元和所述外部计算单元通信连接。7.根据权利要求3或4所述的采动裂缝监测装置，其特征在于，所述激光发射单元还包括用于支撑所述发射单元主体的发射单元支架，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊廷，李全生，张凯，宋立兵，师晓波，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：