三维位移标定架及测量系统的制作方法

本实用新型涉及岩土工程安全监测技术领域，具体而言，涉及三维位移标定架及测量系统。

背景技术：

由于岩土工程施工或地质灾害的原因，岩土体会出现一定的变形，当变形增大并超过预警值后，就会危及工程结构及周边环境的安全。因此，必须对岩土体及被保护对象实施安全监测，掌握监测对象的变形过程，以保障被保护对象的安全。

表面变形是岩土工程稳定性的重要指标，在工程实施的过程中，通过测量监测对象的三维位移，获得监测周期内监测点的位移总量及阶段性监测速率，通过与监测控制标准值比较，用来评价监测对象的安全性，以保证工程施工安全及日后的运行安全。

在岩土工程中，通常采用高精度全站仪(或经纬仪)测量监测对象的三维坐标，通过比较在不同监测时间同一坐标系中的三维坐标，就能得到监测对象的三维位移。随着成像技术和电子计算机技术的发展，近景摄影测量逐渐进入岩土工程监测领域，该技术主要根据平面像点坐标求解相应的空间立体坐标(平面坐标和高程)，通过建立像素坐标点和被摄物体相应坐标点之间相应的数学关系，进行坐标求解。

《建筑变形测量规范》JGJ8-2016对地基基础、边坡、基坑、管线、地下工程设施、城市基础设施等工程给出了不同的测量等级及精度指标，几乎涵盖岩土工程安全监测范围。

从已有研究报道中看，无论高精度全站仪(或经纬仪)技术或摄影测量技术在现场测量应用中的精度为mm级精度，若在降雨、雾霾、大风、烈日等复杂现场条件下其测量精度会更低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种三维位移标定架，其能辅助光学测量仪进行测量，提高光学测量仪的现场测量精度。

本实用新型提供一种技术方案：

一种三维位移标定架，包括承载板、立板和多个标定棒。所述立板固定连接于所述承载板，并且所述立板垂直于承载板。所述立板上设置有多条第一刻度和多条第二刻度。多条所述第一刻度平行于所述承载板设置，并间隔设置。多条所述第二刻度垂直于所述承载板设置，并间隔设置。多条所述第一刻度和多条所述第二刻度相互交叉呈网形。所述第一刻度和所述第二刻度相交叉点开设有与所述标定棒相适配的标定孔，所述标定孔垂直于所述立板贯穿所述立板。

进一步地，多条所述第一刻度等间距设置。

进一步地，多条所述第二刻度等间距设置。

进一步地，所述立板为两块，两块所述立板间隔设置于所述承载板上，并且两块所述立板相互平行。两块所述立板上的多个所述标定孔一一对应。

进一步地，所述立板的厚度为6mm，长度为315mm，宽度为300mm，两块所述立板之间的距离为100mm。所述承载板的厚度为15mm。

进一步地，所述标定棒上设置有多个刻度组，多个所述刻度组间隔设置，每个所述刻度组包括两条第三刻度，两条所述第三刻度之间的距离为6mm，所述第三刻度的深度为0.5mm。所述标定棒的长度为200mm。

进一步地，所述标定棒两端的端面中心开设有相互垂直的十字丝，所述十字丝的宽度为1mm，深度为2mm。

进一步地，所述标定孔的直径为10mm。所述标定棒的直径为10mm。

进一步地，所述第一刻度的宽度为1mm，深度为2mm。所述第二刻度的宽度为1mm，深度为2mm。

相比现有技术，本实用新型提供的三维位移标定架的有益效果是：

本实用新型提供的三维位移标定架能通过将三个标定棒分别通过三个标定孔插入至立板中，并且其中两个标定棒位于同一条第一刻度上，其中两个位于同一条第二刻度上，便能使得三个标定棒围成直角三角形。其中，能通过位于同一条第一刻度上的两个标定棒辅助测量第一方向上的校正系数；通过位于同一条第二刻度上的两个标定棒辅助测量第二方向上的校正系数；通过标定棒伸出立板的长度辅助测量第三方向上的校正系数。进而通过两两垂直的第一方向上、第二方向上和第三方向上的校正系数辅助光学测量仪精准的测量，提高光学测量仪现场测量的精确度。

本实用新型的另一目的在于提供一种测量系统，其能测量并计算出三维位移校正系数，便于通过该三维位移校正系数提高光学测量仪的现场测量精度。

本实用新型提供一种技术方案：

一种测量系统，包括三维位移标定架。所述三维位移标定架包括承载板、立板和多个标定棒。所述立板固定连接于所述承载板，并且所述立板垂直于承载板。所述立板上设置有多条第一刻度和多条第二刻度。多条所述第一刻度平行于所述承载板设置，并间隔设置。多条所述第二刻度垂直于所述承载板设置，并间隔设置。多条所述第一刻度和多条所述第二刻度相互交叉呈网形。所述第一刻度和所述第二刻度相交叉点开设有与所述标定棒相适配的标定孔，所述标定孔垂直于所述立板贯穿所述立板。

相比现有技术，本实用新型提供的三维位移校正系数测量方法的有益效果与上述提供的三维位移标定棒相对于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的第一实施例提供的三维位移标定架第一视角的结构示意图；

图2为本实用新型的第一实施例提供的三维位移标定架第二视角的结构示意图；

图3为本实用新型的第一实施例提供的三维位移标定架第三视角的结构示意图；

图4为本实用新型的第一实施例提供的标定棒的结构示意图；

图5为本实用新型的第二实施例提供的三维位移校正系数测量方法的流程图。

图标：10-三维位移标定架；100-承载板；200-立板；210-第一刻度；220-第二刻度；230-标定孔；300-标定棒；310-刻度组；311-第三刻度。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。第一实施例

请参阅图1，本实施例中提供了一种三维位移标定架10，其用于辅助光学测量仪(图未示)进行测量。其中，该三维位移标定架10能辅助光学测量仪进行测量，提高光学测量仪的现场测量精度。

其中，光学测量仪指代的是全站仪、经纬仪或者采用近景摄像测量技术的数码相机等基于光学成像原理进行测量的位移测量仪器。

需要说明的是，光学测量仪在岩土安全工程监测中用于监测岩土的变形，测量监测对象的三维位移。其中监测对象的三维位移能通过监测对象在相互垂直的三个方向中的位移量来体现，即能通过光学测量仪测量监测对象在相互垂直的第一方向上、第二方向上和第三方向上的位移量，以判断监测对象的安全状况。

在本实施例中，能通过三维位移标定架10对光学测量仪提供第一方向、第二方向和第三方向上的校正系数，以使得能通过校正系数修正光学测量仪对于监测对象测得的数据，进而提高光学测量仪对于监测对象测量的精度。

请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中，三维位移标定架10包括承载板100、立板200和多个标定棒300。

其中，立板200固定安装于承载板100上，并且立板200垂直于承载板100。以通过承载板100向立板200提供承载支撑作用，保证立板200的稳定。进一步地，立板200上设置有多条第一刻度210和多条第二刻度220，即立板200的其中一侧设置有多条第一刻度210和多条第二刻度220。多条第一刻度210平行于承载板100设置，并且多条第一刻度210之间间隔设置；另外，多条第二刻度220垂直于承载板100设置，并且多条第二刻度220间隔设置。其中，多条第一刻度210和多条第二刻度220相互交叉呈网形，并且第一刻度210和第二刻度220相互交叉点开设有标定孔230，标定孔230与标定棒300相适配，并且标定孔230垂直于立板200贯穿立板200。标定棒300则能穿过标定孔230以可拆卸地安装于立板200上。

需要说明的是，在本实施例中，每条第一刻度210上都设置对应的数值，每两条第一刻度210之间的距离即为两条第一刻度210分别对应的数值之差的绝对值；同理，每条第二刻度220上都设置有对应的数值，每两条第二刻度220之间的距离即为两条第二刻度220分别对应的数值之差的绝对值。

进一步地，在本实施例中，多条第一刻度210等间距设置，以使得多条第一刻度210之间的距离便于计算，并且便于第一刻度210在立板200上开设。即每条第一刻度210上对应的数值形成等差数列，例如，0、5、10、15、20……等。

应当理解，在其他实施例中，多条第一刻度210相互之间的距离可以不均匀，例如，多条第一刻度210分别对应的数值为0、1、2、5、10、12、15、16、20……等。

另外，在本实施例中，多条第二刻度220等间距设置，以使得多条第二刻度220之间的距离便于计算，并且便于第二刻度220在立板200上开设。即，每条第二刻度220上对应的数值形成等差数列，例如，-15、-10、-5、0、5、10、15……等。

应当理解，在其他实施例中，多条第二刻度220相互之间的距离也可以不均匀，例如，多条第二刻度220分别对应的数值为-10、-5、-2、-1、0、1、2、5、10、12……等。

同理，在标定棒300上设置有多个刻度组310，多个刻度组310间隔设置。另外，每个刻度组310均包括两条第三刻度311，两条第三刻度311间隔设置。在本实施例中，两个相邻的刻度组310之间的距离大于同一组刻度组310中两条第三刻度311之间的距离。其中，每条第三刻度311均对应设置一个数值。该数值即为第三刻度311至标定棒300其中一个端部的距离，同时也便于计算任意两条第三刻度311之间的距离。

其中，在本实施例中，能将标定棒300通过标定孔230插入至立板200中，并使的标定棒300凸出于立板200。具体地，将三个标定棒300插入至立板200中，并且使得其中两个标定棒300位于同一条第一刻度210上，使得其中两个标定棒300位于同一条第二刻度220上，便能使得三个标定棒300形成直角三角形。便能通过位于同一条第一刻度210上的两个标定棒300辅助光学测量仪第一方向上的测量，保证光学测量仪第一方向上测量的精准度；通过位于同一条第二刻度220上的两个标定棒300辅助光学测量仪第二方向上的测量，保证光学测量仪第二方向上测量的精装度；通过标定棒300伸出立板200的距离辅助光学测量仪第三方向的测量，保证光学测量仪第三方向上测量的精度。进而使得光学测量仪的现场测量精度得到提高。

另外，在本实施例中，立板200的数量为两块，两块立板200间隔设置于承载板100上。并且，两块立板200上的多个标定孔230分别一一对应，即能使得标定棒300依次穿过两个相对应的标定孔230时，同样能保证标定棒300垂直于立板200。通过两块立板200的设置，能保证标定棒300在穿入至两个标定孔230中时保证标定棒300的稳定，能避免标定棒300产生偏转而造成测量的不精准。

在本实施例中，立板200的厚度为6mm，长度为315mm，宽度为300mm，并且两个立板200之间的距离为100mm。另外，承载板100的宽度为100mm，厚度为15mm，长度为300mm。其中，两块立板200分别设置于承载板100宽度方向的两侧，并且与承载板100长度方向上的两个端面相平。同时，两块立板200均与承载板100的底面相平，以使得两块立板200安装于承载板100之后，使得两块立板200凸出于承载板100的部分形成300mm*300mm的正方形。另外，在本实施例中，立板200和承载板100通过螺钉固定的方式实现可拆卸连接，即螺钉从承载板100的宽度方向贯穿立板200并连接于承载板100，应当理解，在其他实施例中，也可以通过其他的方式实现立板200和承载板100的连接，例如，铆接或者卡接等。

另外，在本实施例中，标定孔230的内径为10mm，同理，标定棒300的直径为10mm，保证标定棒300和标定孔230的适配，进而使得标定棒300在插入至标定孔230中时能保证标定棒300的稳定。应当理解，在其他实施例中，也可以将标定孔230和标定棒300的尺寸设置为其他的数值，例如，2mm、5mm或者12mm等。即，可以将标定孔230的内径和标定棒300的直径设置为小于等于15mm。另外，在本实施例中，标定棒300的长度为200mm。

进一步地，在本实施例中，在同一个刻度组310中的两条第三刻度311之间的距离为6mm，即两条第三刻度311之间的距离等于立板200的厚度，以使得当标定棒300插入至标定孔230的内部时，能使得同一个刻度组310中的两条刻度分别与立板200的两个侧面相平，能便于标定棒300两端伸出立板200距离的测量。应当理解，在其他实施例中，立板200的厚度以及同一组刻度组310中两条第三刻度311之间的距离也可以设置为其他数值，例如5mm、4mm或者8mm等。

另外，在本实施例中，第一刻度210的宽度1mm、深度为2mm；第二刻度220的宽度为1mm、深度为2mm；第三刻度311的深度为0.5mm。另外，在本实施例中，标定棒300两端的端面上开设有相互垂直的十字丝，以便于光学测量仪在测量数据时对于标定棒300的定位。其中，十字丝的深度为2mm，并且十字丝的宽度为1mm。需要说明的是，其中，十字丝指代的是形成“十”字形状的两条丝，即标定棒300的端面上设置有两个相互垂直的十字丝，两个十字丝共同形成十字形，以便于通过两个十字丝形成的“十”字进行测量定位。

本实施例中提供的三维位移标定架10能通过将三个标定棒300分别通过三个标定孔230插入至立板200中，并且其中两个标定棒300位于同一条第一刻度210上，其中两个位于同一条第二刻度220上，便能使得三个标定棒300围成直角三角形。其中，能通过位于同一条第一刻度210上的两个标定棒300辅助测量第一方向上的校正系数；通过位于同一条第二刻度220上的两个标定棒300辅助测量第二方向上的校正系数；通过标定棒300伸出立板200的长度辅助测量第三方向上的校正系数。进而通过两两垂直的第一方向上、第二方向上和第三方向上的校正系数辅助光学测量仪精准的测量，提高光学测量仪现场测量的精确度。

第二实施例

请结合参阅图1、图4和图5，本实施例中提供了一种三维位移校正系数测量方法，其采用了光学测量仪和第一实施例中提供的三维位移标定架10。该三维位移校正系数测量方法能测量并计算出三维位移校正系数，便于通过该三维位移校正系数提高光学测量仪的现场测量精度。

其中，三维位移校正系数测量方法包括：

S101、将三个标定棒300分别插入三个标定孔230中。其中，三个标定孔230中，其中两个位于同一条第一刻度210上，其中两个位于同一条第二刻度220上。

通过上述的设置方式，能使得三个标定棒300围成直角三角形，并且使得其中两个位于同一条第一刻度210上的标定棒300能平行于承载板100，便于第一方向上的校正系数测量；其中位于同一条第二刻度220上的两个标定棒300的连线垂直于承载板100，即能便于第二方向的校正系数的测量。另外，在本实施例中，还需要将标定棒300凸出于立板200，以使得便于通过标定棒300凸出于立板200的长度测量第三方向上的校正系数。

S102、通过光学测量仪测量同一条第一刻度210上的两个标定棒300的距离，得到第一测量值。

S103、通过光学测量仪测量同一条第二刻度220上的两个标定棒300的距离，得到第二测量值。

S104、通过光学测量仪测量标定棒300伸出立板200的长度，得到第三测量值。

需要说明的是，步骤S104中，可以是测量其中一个标定棒300伸出立板200的长度，也可以是测量其中两个标定棒300伸出立板200的长度。在本实施例中，步骤S104包括：

测量三个标定棒300伸出立板200的长度并分别获得三个第三测量值。

另外，在本实施例中，步骤S102、步骤S103和步骤S104的顺序可以互换。

S105、计算位于同一条第一刻度210上的两个标定棒300的实际距离，得到第一基准值。

需要说明的是，位于同一条第一刻度210上的两个标定棒300的实际距离为，两个标定棒300所在的两条第二刻度220分别对应的值之差的绝对值。

S106、计算位于同一条第二刻度220上的两个标定棒300的实际距离，得到第二基准值。

需要说明的是，位于同一条第二刻度220上的两个标定棒300的实际距离为，两个标定棒300所在的两条第一刻度210分别对应的值之差的绝对值。

S107、计算标定棒300伸出立板200的实际距离，得到第三基准值。

需要说明的是，标定棒300伸出立板200的实际距离可以通过第三刻度311对应的值进行确定。

另外，对于标定棒300伸出立板200的实际距离的计算，可以是对于其中一个标定棒300进行计算，也可以是对于其中两个标定棒300进行计算。需要说明的是，在本实施例中，对三个标定棒300进行伸出立板200的实际距离进行计算，并得到三个第三基准值。

需要说明的是，步骤S105、步骤S106和步骤S107可以互换顺序。

S108、计算第一方向的校正系数、第二方向的校正系数和第三方向的校正系数。

其中，第一方向的校正系数的计算方式为，计算第一测量值和第一基准值的比值，即获得第一方向的校正系数。

第二方向的校正系数的计算方式为，计算第二测量值和第二基准值的比值，即获得第二方向的校正系数。

第三方向的校正系数的计算方式为，计算第三测量值和第三基准值的比值，即获得第三方向的校正系数。

需要说明的是，其中，对于第三方向的校正系数的计算方式具体为，计算相对应的第三测量值和第三基准值的比值，得到三个校正系数初值，计算三个校正系数初值的平均值，得到第三方向的校正系数。

通过上述计算得出的第一方向的校正系数、第二方向的校正系数以及第三方向的校正系数，能在通过光学测量仪对监测对象进行测量之后，通过第一方向的校正系数对监测对象第一方向的位移量进行修正，即能得到监测对象在第一方向上更为精准的位移量；同理，通过第二方向的校正系数对监测对象在第二方向的位移量进行修正，即能得到监测对象在第二方向上更为精准的位移量；另外，通过第三方向的校正系数对监测对象在第三方向的位移量进行修正，即能得到监测对象在第三方向上更为精准的位移量。便实现了提高光学测量仪现场测量精确度的目的。

需要说明的是，假设第一方向的校正系数通过第一测量值除以第一基准值获得，那么在对监测对象实际位移量的修正时，通过测量值除以第一方向的校正系数进行修正；反之，如果第一方向的校正系数通过第一基准值除以第一测量值获得，那么在对监测对象实际位移量的修正时，通过测量值乘以第一方向的校正系数进行修正。同理，第二方向的校正系数和第三方向的校正系数的修正方式和第一方向的校正系数的修正方式相同，在此不再赘述。

本实施例中提供的三维位移校正系数测量方法能采用光学测量仪和第一实施例中提供的三维位移标定架10测量光学测量仪在第一方向、第二方向和第三方向三个方向上的校正系数，并通过三个方向上的校正系数对光学测量仪的实际测量数据进行修正，便能提高光学测量仪的现场测量精度。

第三实施例

本实施例中提供了一种测量系统(图未示)，其用于辅助光学测量仪测量，并应用于岩土安全监测工程技术。该测量系统采用了第一实施例中提供的三维位移标定架10。并且，该测量系统能通过第二实施例中提供的三维位移校正系数测量方法进行校正系数的测量。该测量系统能提高光学测量仪的现场测量精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。