一种多功能高速公路变形监测基站及其工作方法与流程

本发明属于路段变形监测技术领域，具体地说是一种多功能高速公路变形监测基站及其工作方法。

背景技术：

路基作为公路工程重要的结构组成部分，对行车安全起着十分重要的作用，而公路路基沉降一直是影响公路路基质量的重要问题，在我国北方季节冻区，由于冬季气温低，会导致高速公路冻胀融沉变形，甚至可超过几十厘米，造成道路极大损害，因而及时获取道路变形信息，对于道路维护和养护至关重要。目前对于道路变形的监控措施主要采用水准测量，即使用水准测量仪进行人工测量，这种方法存在以下不足：只能监测站点数据，无法获取大面积道路变形信息；人工监测方法费时耗力，无法实时获取信息。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种多功能高速公路变形监测基站及其工作方法，可实现对道路变形量的实时监控，高效可靠，节省人力。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种多功能高速公路变形监测基站，包括角散射器、转向支架、黑盒、太阳能电池板、固定桩和天线，所述转向支架上端与角散射器外板铰接相连，下端与黑盒面板铰接相连，所述黑盒内集成gps定位器、与太阳能电池板匹配的蓄电池、数据存储器、信号收发射器，所述太阳能电池板为整个监测基站提供电能，并与蓄电池相连，所述黑盒底部设有固定桩，所述天线与信号收发射器相连。

在上述技术方案中，太阳能电池板有较高的发电效率，并且有相应的蓄电池与其匹配，保证监测基站能够在夜晚或连续阴天的天气情况下依然有存储电力，保证正常工作。数据存储器用于将监测的路面变形数据进行储存，在特殊情况下如信号收发射器发生故障，不能及时将该基站的数据实时传输到监控总部，依然可以通过人工现场读取储存器中的监控数据。

在上述技术方案中，所述转向支架为三个独立的液压伸缩杆，液压伸缩杆与转向支架控制模块相连，转向支架控制模块中配有相应的程序实现控制。

在上述技术方案中，所述太阳能电池板上设有全方位光感应器，太阳能电池板端部设有转轴，转轴与驱动电机相连，所述全方位光感应器由投光器、受光器、接收感应器组成，投光器通过透镜将光线聚焦，传输至受光器的透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到的光线讯号转变成电信号，电信号进一步控制驱动电机，带动太阳能电池板转动。

在上述技术方案中，该监测基站与监控总部通过无线通讯连接。

本发明还提供一种上述的多功能高速公路变形监测基站的工作方法，包括以下步骤：

（1）在监测路段布置多个监测基站，实时监测各基站道路变形；

（2）gps定位器采用太阳能电池板供能，自动解算监测基站坐标，将当前解算的坐标值与以往坐标值对比，即可得到监测基站位置的变形情况，从而获取形变数据，将采集的形变数据利用数据存储器进行存储，如果变形超过阈值则触发报警系统；

（3）雷达卫星过境时，获取该地区的雷达干涉影像，利用角散射器形成的永久散射体配准干涉影像，即确保干涉影像中同一区域对应相同的地理位置；根据干涉测量原理，解算不同时段的地形高程信息，从而提取地形形变信息，将其与gps定位器测量的形变数据进行比对，得到更加准确地道路变形数据；

（4）雷达卫星过境时，角散射器根据卫星方位调整转向支架，使其散射面板正对卫星，形成永久散射体，该永久散射体的作用是作为雷达干涉影像的参考点，用于将当前的雷达干涉影像与上次干涉影像对比，得到该地区各个点位高程信息变化值；

（5）信号收发射器通过天线将监测基站采集的数据或者路面变形过大触发的报警信号实时传输到监控总部，监控总部通过接收的各监测基站的采集数据，结合雷达干涉测量技术，实现对整个路段变形的监测。

在上述技术方案中，步骤（4）中转向支架的调整过程如下：

第一步，在转向支架控制模块中存储有全球星历数据，根据gps定位器确定的监测基站的三维坐标，转向支架控制模块自动筛选在此过境的所有卫星信息，包括过境时间以及过境角度；

第二步，根据筛选的卫星过境时间及过境角度，转向支架控制模块对转向支架的液压伸缩杆进行实时控制，调整角散射器的角度，使其正对卫星形成永久散射体。

由于不同卫星过境发射的电磁波方向不同，所以角散射器通过调整下方的三个液压伸缩杆实现角散射器在一定角度范围内的转动，保证电磁波散射强度。

本发明的有益效果：

本发明旨在解决传统人工监测公路路面变形耗时费力，无法及时获取信息的问题，通过在监控路段设置若干无人监测基站，实时监测各基站道路变形，结合雷达干涉测量技术，可实现对该路段的全天候实时无人监控。同时，监测基站采用太阳能电池板供能，非故障问题不需要人力操作维修。本发明对提高监控数据信息的及时性及有效性，提高公路行驶安全具有重要意义。

附图说明

图1为本发明监控基站的组成示意图。

图2为本发明监控基站中转向支架的调整流程图。

其中：1、角散射器；2、转向支架；3、太阳能电池板；4、黑盒（内部集成gps定位器、蓄电池、数据存储器、信号收发射器）；5、固定桩；6、公路；7、天线；8、监控总部；9、卫星。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种多功能高速公路变形监测基站，包括角散射器1、转向支架2、黑盒4、太阳能电池板3、固定桩5和天线7，所述转向支架2上端与角散射器1外板铰接相连，下端与黑盒4面板铰接相连，所述黑盒4内集成gps定位器、与太阳能电池板匹配的蓄电池、数据存储器、信号收发射器，所述太阳能电池板3为整个监测基站提供电能，并与蓄电池相连，所述黑盒4底部设有固定桩，所述天线7与信号收发射器相连。

在上述实施例中，所述转向支架2为三个独立的液压伸缩杆，液压伸缩杆与转向支架控制模块相连，通过相应的程序实现控制。

在上述实施例中，太阳能电池板3为整个监测基站提供电能，太阳能电池板通可以根据太阳方位实时调整角度，提高发电效率。所述太阳能电池板3上设有全方位光感应器，或由多个感应器组合而成的全方位感应器，比较各方位的光强，太阳能电池板跟着最强的那个方位旋转。太阳能电池板端部设有转轴，转轴与驱动电机相连，所述全方位光感应器由投光器、受光器、接收感应器组成，投光器通过透镜将光线聚焦，传输至受光器的透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到的光线讯号转变成电信号，电信号进一步控制驱动电机，带动太阳能电池板转动。

在上述实施例中，该监测基站与监控总部通过无线通讯连接，实时传输监测数据信息，也可以实现监控总部8对监测基站的实时控制。

本发明实施例还提供一种上述的多功能高速公路变形监测基站的工作方法，包括以下步骤：

（1）在监测路段布置多个监测基站，实时监测各基站道路变形；

（2）gps定位器采用太阳能电池板供能，自动解算监测基站坐标，将当前解算的坐标值与以往坐标值对比，即可得到监测基站位置的变形情况，从而获取形变数据，将采集的形变数据利用数据存储器进行存储，如果变形超过阈值则触发报警系统；

（3）雷达卫星过境时，获取该地区的雷达干涉影像，利用角散射器形成的永久散射体配准干涉影像，即确保干涉影像中同一区域对应相同的地理位置；根据干涉测量原理，解算不同时段的地形高程信息，从而提取地形形变信息，将其与gps定位器测量的形变数据进行比对，得到更加准确地道路变形数据；

（4）雷达卫星过境时，角散射器根据卫星方位调整转向支架，使其散射面板正对卫星，形成永久散射体，该永久散射体的作用是作为雷达干涉影像的参考点，用于将当前的雷达干涉影像与上次干涉影像对比，得到该地区各个点位高程信息变化值；

（5）信号收发射器通过天线将监测基站采集的数据或者路面变形过大触发的报警信号实时传输到监控总部，监控总部通过接收的各监测基站的采集数据，结合雷达干涉测量技术，实现对整个路段变形的监测。

在上述实施例中，如图2所示，步骤（4）中转向支架的调整过程如下：

第一步，在转向支架控制模块中存储有全球星历数据，根据gps定位器确定的监测基站的三维坐标，转向支架控制模块自动筛选在此过境的所有卫星信息，包括过境时间以及过境角度；

第二步，根据筛选的卫星过境时间及过境角度，转向支架控制模块对转向支架的液压伸缩杆进行实时控制，调整角散射器的角度，使其正对卫星形成永久散射体。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本发明的上述实例仅仅为清楚说明本发明所作的举例，而非本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。