土体沉降实时监测装置及其监测方法与流程

本发明涉及建筑施工领域，尤指一种土体沉降实时监测装置及其监测方法。

背景技术

从市场上来看，我国正在成为世界上掘进机需求量最大的国家，从技术上来看，盾构掘进机代表了隧道掘进装备的发展方向，巨大的市场需求与我国相对滞后的盾构掘进机技术之间的矛盾已经凸显。同时，由于盾构机施工是一个高风险的行业，必须保证产品质量稳定性、高可靠性，才能保证工程的顺利完成。土体沉降信息是对地下施工的质量及安全有很重要的的指导意义，现有土体测量技术从手段上大多是人工测量的，人工测量导致测量精度不高，同时由于人的因素导致每次测量的存在无规律的误差。现有土体测量技术从时间分布上都是离散的，而离散的非实时的测量对施工的指导意义有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种土体沉降实时监测装置及其监测方法，解决现有技术中的测量方法误差大且非实时的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明公开了一种路面沉降实时监测装置的监测方法，包括如下步骤：

在地面打监测孔，在所述地面上沿着所述监测孔的边缘设置孔标记；

提供管体，将所述管体插设于所述监测孔内，在所述管体的顶部设置管标记；

对所述管体的管标记和所述监测孔的孔标记进行实时拍摄以形成图像数据；

依据拍摄时的设定高度、设定角度以及设定间距对所述图像数据进行计算，以得出所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标，并对所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。

本发明土体沉降实时监测装置的监测方法的进一步改进在于，还包括采用第一标记材料沿着所述监测孔的边缘标记形成所述孔标记。

本发明土体沉降实时监测装置的监测方法的进一步改进在于，还包括采用第二标记材料在所述管体的顶部标记形成所述管标记。

本发明还提供一种土体沉降实时监测装置，包括：

设于地面的监测孔，所述监测孔的边缘设有孔标记；

插设于所述监测孔的管体，所述管体的顶部设有管标记；

支设于所述地面上、且设于距所述监测孔设定间距处的支架；

依距地面设定高度固定于所述支架的摄像机，以设定角度对所述孔标记和所述管标记进行拍摄；以及

与所述摄像机连接的控制器，接收所述摄像机拍摄的图像数据，根据所述图像数据、所述设定间距、所述设定高度以及所述设定角度，计算得出所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标，并对所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。

本发明土体沉降实时监测装置的进一步改进在于，所述控制器包括：

用于接收所述图像数据的接收模块；以及

连接于所述接收模块的计算模块，所述计算模块用于根据所述图像数据、所述设定间距、所述设定高度以及所述设定角度，计算得出所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标。

本发明土体沉降实时监测装置的进一步改进在于，采用第一标记材料沿着所述监测孔的边缘标记形成所述孔标记。

本发明土体沉降实时监测装置的进一步改进在于，采用第二标记材料在所述管体的顶部标记形成所述管标记。

本发明土体沉降实时监测装置的进一步改进在于，所述管体的顶部低于所述地面。

本发明土体沉降实时监测装置的进一步改进在于，所述摄像机和所述控制器之间无线连接。

本发明土体沉降实时监测装置及其监测方法的有益效果：

本发明通过在待测量地面打一孔，将管体插设于孔内，在地面上孔边缘处作孔标记，作为地面沉降的情况的参照物。将管体的顶部作管标记，作为地下土层沉降的情况的参照物。依据拍摄时的设定高度、设定角度以及设定间距对图像数据进行计算以得出所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标，并对所述孔标记范围内选定点的坐标和所述管标记范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。本发明使土体沉降测量的准确度更高，实时性更好。

附图说明

图1为本发明土体沉降实时监测装置的在地面打孔的示意图。

图2为本发明土体沉降实时监测装置的将管体插设于孔的示意图。

图3为图2中a的俯视图。

图4为本发明土体沉降实时监测装置的安装支架和摄像机的示意图。

图5为本发明土体沉降实时监测装置的安装支架、摄像机和拍摄的图像连接而成的三角形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，显示了本发明土体沉降实时监测装置的在地面打孔的示意图。图2为本发明土体沉降实时监测装置的将管体插设于孔的示意图。图3为图2中a的俯视图。图4为本发明土体沉降实时监测装置的安装支架和摄像机的示意图。图5为本发明土体沉降实时监测装置的安装支架、摄像机和拍摄的图像连接而成的三角形。结合图1至图5所示，本发明土体沉降实时监测装置包括：设于地面10的监测孔20，监测孔20的边缘设有孔标记21；插设于监测孔20的管体30，管体30的顶部设有管标记31；支设于地面10上、且设于距监测孔20设定间距处的支架40；依距地面设定高度固定于支架40的摄像机50，以设定角度对孔标记21和管标记31进行拍摄；以及与摄像机连接的控制器，接收摄像机50拍摄的图像数据，根据图像数据、设定间距、设定高度以及设定角度，计算得出孔标记21范围内选定点的坐标和管标记31范围内选定点的坐标，并对孔标记21范围内选定点的坐标和管标记31范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。

作为本发明土体沉降实时监测装置的一较佳实施方式，在地下工程进行施工时，实时检测的土体沉降信息是对施工的质量及安全有很重要的的指导意义。而土体沉降包括地下土层沉降的情况和地面沉降的情况。结合图1和图2所示，在地面10打一监测孔20，将管体30插设于监测孔20中，这样管体30的顶部的沉降情况与监测孔20底部的沉降情况一致，通过观察管体30的顶部的沉降情况即可得到地下土层沉降的情况。该判断方式直观方便。监测孔20和管体30的设置位置根据实际需要测量的位置而定。

作为本发明土体沉降实时监测装置的一较佳实施方式，结合图1至图4所示，采用第一标记材料沿着监测孔20的边缘标记形成孔标记21。通过孔标记21作为地面的一参照点，后续可通过摄像机50实时拍摄孔标记21处的图像，来代表地面沉降的情况。采用参照点方便观察，操作简单，效率高。在本实施例中，孔标记21范围内选定点可以是孔标记21范围内的任意一点，较佳地，以孔标记21的圆心为选定点。

作为本发明土体沉降实时监测装置的一较佳实施方式，采用第二标记材料在管体30的顶部标记形成管标记31。管标记31作为地下土层的一参照点。在本实施例中，管标记31范围内选定点可以是管标记31范围内的任意一点，较佳地，以管标记31的圆心为选定点。

通过摄像机50实时拍摄管标记31处的图像，来代表地下土层沉降的情况，从而将难以观察的地下土层的沉降情况转移到地面处，从而方便将管标记31和地面处的孔标记21一起拍摄，方便后续将管标记31和孔标记21在相同的时间间隔内进行比较。同时简化了操作程序，提高了施工效率。

作为本发明土体沉降实时监测装置的一较佳实施方式，管体30的顶部低于地面10的高度，从而管体30不会凸伸出地面10，保护了管体30，防止管体30凸伸于地面10容易被破坏或被迫位置下移等的问题而影响测量的准确度。

作为本发明土体沉降实时监测装置的一较佳实施方式，摄像机50和控制器之间无线连接。本发明还包括连接于控制器的电源。在本实施例中，不本发明使用西门子的无线工业总线作为远程通讯手段，使用蓄电池作为系统的供电电源，把采集的情况传输到中央控制系统内，对在进行地下施工时土体的沉降情况做实时的监控。

发明还公开了一种路面沉降实时监测装置的监测方法，包括如下步骤：

在地面10打监测孔20，在地面10上沿着监测孔20的边缘设置孔标记21；

提供管体30，将管体30插设于监测孔20内，在管体30的顶部设置管标记31；

对管体30的管标记31和监测孔20的孔标记21进行实时拍摄以形成图像数据；

依据拍摄时的设定高度、设定角度以及设定间距对图像数据进行计算以得出孔标记21范围内选定点的坐标和管标记31范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。

具体地，先以摄像头安装点b作为坐标原点，通过摄像头照射图形，使用图像识别技术进行分析，先分辨出图形的边界，通过边界比对选取边界上若干个对比度有代表性的特征点，通过特征点的连接得到一个圆，计算得到图像的相对于摄像头安装点b的坐标，求出孔标记21和管标记31范围内任一点的坐标c到b点的距离l以及夹角a。再以摄像头安装架的路面支点a为坐标原点(0,0)，摄像头安装在b点，已知线段ab长度为h，线段bc长度为l以及夹角a，通过公式可以计算出线段ac的长度，公式为得到线段ac的长度后可以根据方程组

xc²+yc²＝lac²

xc²+(yc-h)²＝l²解出c点坐标(xc，yc)，通过c点坐标(xc，yc)的动态变化即可求得沉降状态。

采用控制器分析计算摄像机拍摄的各个时期的图像，将计算出来的该时期孔标记21的高度和该时期管标记31的c点坐标(xc，yc)分别与对应的基准高度进行比较，从而得到地面沉降的情况和地下土层沉降的情况。

本发明土体沉降实时监测装置及其监测方法的有益效果为：

本发明通过在待测量地面打一孔，将管体插设于孔内，在地面上孔边缘处作孔标记，作为地面沉降的情况的参照物。将管体的顶部作管标记，作为地下土层沉降的情况的参照物。依据拍摄时的设定高度、设定角度以及设定间距对图像数据进行计算以得出孔标记范围内选定点的坐标和管标记范围内选定点的坐标，并对孔标记范围内选定点的坐标和管标记范围内选定点的坐标进行实时监控以实现对土体沉降的实时监测。本发明使土体沉降测量的准确度更高，实时性更好。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。