一种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置及方法与流程

本发明属于构筑物裂缝监测技术领域，具体涉及一种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置及方法，适用于地下采矿、基坑开挖和地下水位降低等引起的房屋、围墙和其他构筑物的裂缝监测。

背景技术：

地下采矿、基坑开挖和地下水抽取等人类工程活动，往往会不可避免的会导致周边房屋、围墙和其他构筑的开裂破坏，造成重大的经济损失，随着我国采矿不断地向地下深部延伸，城市轨道交通和地下空间开发建设的兴起，所引起的构筑物开裂问题也越来越严重，对构筑裂缝宽度及扩展情况进行监测，能为构筑物的安全性评估提供依据。

而传统的裂缝监测方法主要分为两种：一是埋设位移传感器，通过传感器来监测裂缝宽度的扩展情况；二是在裂缝两侧钉上两个水泥钉，通过游标卡尺测量水泥钉之间的距离来对裂缝进行监测。以上两种方法都存在较大的不足之处：（1）使用传感器进行监测，需要在每条裂缝位置都埋设传感器，并通过电缆将传感器与数据接收中心连接，有多少条裂缝就需要埋设多少个传感器，传感器无法重复使用，导致监测成本昂贵，且在工程现场，埋设的传感器和电缆容易被人为的破坏；（2）使用水泥钉加游标卡尺进行监测，水泥钉容易生锈破坏，使得监测中断，并且每次监测，游标卡尺都要卡在水泥钉上进行人工测量，长期下去，水泥钉容易松动，导致监测数据不准；（3）以上两种方法都只能监测裂缝在某一个时间段内的宽度扩展情况，无法监测裂缝的实际宽度，而在实际构筑物安全性评估中，裂缝的实际宽度比裂缝的扩展情况更为重要；（4）以上两种方法都只能监测裂缝在某一处的宽度变化，如传感器监测只能监测传感器位置的宽度变化，水泥钉加游标卡尺监测只能监测水泥钉连线之间的裂缝宽度扩展情况，而无法反应裂缝实际宽度随裂缝长度方向上的变化情况。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有裂缝监测方法存在的监测成本高、监测数据不准确，且无法反应裂缝实际宽度随裂缝长度方向上的变化情况的问题。

为此，本发明提供了一种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置，包括壳体，所述壳体一侧壁边缘设有横向对齐线和纵向对齐线，且该侧壁上设有激光扫描器，所述激光扫描器的出光口处具有中心对齐线，所述横向对齐线与所述中心对齐线平行，所述壳体上还设有激光水平位移计和按键控制组件，所述壳体内部设有供电电源和处理器，所述激光扫描器和激光水平位移计的信号输入端均与所述按键控制组件连接，所述激光扫描器和激光水平位移计的信号输出端均与处理器连接，所述激光扫描器、激光水平位移计、按键控制组件和处理器均与所述供电电源电联通。

进一步的，所述壳体上设有显示器，所述显示器与所述处理器的信号输出端连接。

进一步的，所述壳体为t型结构，包括测量部和手持部，其高度为15～20cm，长度为10～18cm，宽度为10～15cm，所述激光扫描器和激光水平位移计位于测量部的外侧壁上，所述按键控制组件和显示器位于测量部上表面。

进一步的，所述壳体上还设有使其沿纵向对齐线延伸方向移动的滚轮，所述滚轮位于激光扫描器和激光水平位移计所在的侧壁上，所述滚轮的直径为0.4～0.8cm；所述滚轮有两个，分别对称布置于所述激光扫描器的两侧。

进一步的，所述按键控制组件包括按键模块和控制模块，所述按键模块包括用于选择不同测量模式的测量切换键，所述测量切换键的输出信号传递给控制模块，控制模块接收测量切换键的信号后控制对应测量模式下的激光扫描器和激光水平位移计工作状态。

进一步的，所述按键模块还包括用于对不同裂缝进行编号的编号按键。

进一步的，所述供电电源为锂电池，所述壳体端部设有用于给锂电池充电的usb接口。

进一步的，所述壳体内还设有用于存储测量数据的存储卡，所述存储卡与所述处理器的信号输出端连接。

另外，本发明还提供了一种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测方法，包括如下步骤：

1)在构筑物表面裂缝宽度位置和长度方向分别标记横向标记线和纵向标记线；

2)采用上述的基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置，将激光扫描器贴近裂缝表面，横向对齐线与构筑物表面的横向标记线对齐，纵向对齐线与构筑物表面的纵向标记线对齐，同时使中心对齐线刚好与构筑物表面裂缝测量起始点位置重合；

3)当测量构筑物表面某一处裂缝宽度时，通过按键控制组件输出控制信号给激光扫描器，激光扫描器开始测量并记录裂缝宽度数据，同时将裂缝宽度数据传输至处理器处理；

4)当测量构筑物表面某一处裂缝宽度沿长度方向上变化情况时，通过按键控制组件输出控制信号给激光扫描器和激光水平位移计，激光扫描器开始测量并记录裂缝宽度数据，同时沿构筑物表面标记的纵向标记线缓慢移动裂缝监测装置，激光水平位移计测量并记录移动距离，通过激光扫描器测量的裂缝宽度数据和激光水平位移计测量的裂缝长度数据传输至处理器整合处理后，即可得到裂缝宽度随长度方向的变化情况。

进一步的，所述激光扫描器和激光水平位移计测量的数据经处理器整合处理后传输至存储卡保存。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的这种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置结构简单，无需埋设传感器，通过激光扫描器和激光水平位移计即可同时测量裂缝的实际宽度、宽度扩展情况以及宽度沿长度方向变化情况，操作方便，监测成本低廉，便于携带，且测点不容易被人为破坏，很好地解决了传统裂缝测量方法的弊端，具有广泛的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置的主视图；

图2是本发明基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置的左视图；

图3是本发明基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置的俯视图；

图4是本发明基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置的俯视局部放大图。

附图标记说明：1、壳体；2、开关按钮；3、纵向对齐线；4、中心对齐线；5横向对齐线；6、激光扫描器；7、激光水平位移计；8、滚轮；9、按键控制组件；10、显示器；11、供电电源；12、usb接口；13、存储卡。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置，包括壳体1，所述壳体1一侧壁边缘设有横向对齐线5和纵向对齐线3，且该侧壁上设有激光扫描器6，激光扫描器6用于测量裂缝宽度，所述激光扫描器6的出光口处具有中心对齐线4，所述横向对齐线5与所述中心对齐线4平行，横向对齐线5和纵向对齐线3用于确定每次测量时的位置，使每次测量定位准确，便于与上次测量数据做对比分析；所述壳体1上还设有激光水平位移计7和按键控制组件9，所述壳体1内部设有供电电源11和处理器（图中未标示），供电电源11用于给壳体1上的电器元件供电，所述激光扫描器6和激光水平位移计7的信号输入端均与所述按键控制组件9连接，通过按键控制组件9输出信号控制激光扫描器6和激光水平位移计7的工作状态，同时，所述激光扫描器6和激光水平位移计7的信号输出端均与处理器连接，处理器处理激光扫描器6和激光水平位移计7测量的数据信号，处理后的数据可传输进行显示或存储，所述激光扫描器6、激光水平位移计7、按键控制组件9和处理器均与所述供电电源11电联通。进一步优化的，所述壳体1上设有显示器10，所述显示器10与所述处理器的信号输出端连接，处理器处理的激光扫描器6和激光水平位移计7测量数据通过显示器10实时直观的显示。

采用本实施例的监测装置进行裂缝监测的具体过程如下：

首先，在构筑物表面裂缝宽度位置和长度方向分别标记横向标记线和纵向标记线，横向标记线具体位置根据监测装置的横向对齐线5与中心对齐线4之间距离进行确定，即该横向标记线与监测装置的横向对齐线5对齐时，可使得中心对齐线4刚好与构筑物表面裂缝测量起始点位置重合，且该横向标记线沿裂缝宽度方向横跨构筑物表面裂缝；纵向标记线在构筑物表面裂缝测量起始点两侧，沿裂缝的长度方向延伸即可。

进行测量工作时，将激光扫描器6的出光口贴近裂缝表面，横向对齐线5与构筑物表面的横向标记线对齐，纵向对齐线3与构筑物表面的纵向标记线对齐，同时使中心对齐线4刚好与构筑物表面裂缝测量起始点位置重合。

当需要精确测量构筑物表面某一处裂缝宽度时，监测装置不移动，通过按键控制组件9输出控制信号，只开启激光扫描器6，同时按下开关按钮2，激光扫描器6开始测量并记录此处裂缝宽度数据，并将裂缝宽度数据通过处理器处理后传输至显示器10上实时显示。

而对同一裂缝的同一位置处不同时间段测量的裂缝宽度数据做对比分析，还可得到该裂缝的扩展情况。

另外，当需要测量构筑物表面某一处裂缝宽度沿长度方向上变化情况时，通过按键控制组件9输出控制信号，同时开启激光扫描器6和激光水平位移计7，按下开关按钮2，激光扫描器6开始测量并记录裂缝宽度数据，同时沿构筑物表面标记的纵向标记线缓慢移动裂缝监测装置，激光水平位移计7测量并记录移动距离，通过激光扫描器6测量的裂缝宽度数据和激光水平位移计7测量的裂缝长度数据传输至处理器整合处理，处理器具体整合过程是以激光水平位移计7测量的裂缝长度数据为横坐标，以及裂缝长度数据处对应测量的裂缝宽度数据为纵坐标，生成裂缝宽度随长度方向的变化曲线，处理器将整合后的曲线信息在显示器10上实时显示，从而能够直观看到裂缝宽度随长度方向的变化情况。此处处理器对数据的这种整合技术为现有技术，具体软件处理过程不再赘述。

细化的实施方式，所述壳体1为t型结构，包括测量部和手持部，其高度为15～20cm，长度为10～18cm，宽度为10～15cm，所述激光扫描器6和激光水平位移计7位于测量部的外侧壁上，所述按键控制组件9和显示器10位于测量部上表面，该监测装置结构简单，体积小，便于携带。

所述按键控制组件9包括按键模块和控制模块，所述按键模块包括用于选择不同测量模式的测量切换键，本实施例中测量模式为单点测量和全线测量两种模式，分别对应某一处的裂缝宽度测量和裂缝宽度沿长度方向上的变化测量，选择测量模式后，所述测量切换键的输出信号传递给控制模块，控制模块接收测量切换键的信号后控制对应测量模式下的激光扫描器6和激光水平位移计7工作状态，即单点测量模式时，控制模块控制激光扫描器6工作，全线测量模式时，控制模块控制激光扫描器6和激光水平位移计7均工作。优化的，所述按键模块还包括用于对不同裂缝进行编号的编号按键，方便后期数据处理和对比分析，该编号按键可以是英文字母和数字。

本实施例中优化的所述供电电源11采用锂电池，可反复充电使用；进一步的，所述壳体1端部设有用于给锂电池充电的usb接口12，通过usb接口12直接给锂电池充电，无需更换锂电池，操作方便，节约成本；同时该usb接口12还可与处理器连接，通过usb接口12外接电脑，进行测量数据传输。所述显示器10采用液晶显示屏，宽度为4～7cm，长度为10～15cm，可采用市场上成熟的4.3～6.5英寸的屏幕，通过显示器10能够直观地看到裂缝宽度大小以及裂缝宽度随长度变化曲线。

为了减小激光扫描器6沿裂缝长度方向移动时的摩擦，优化的，所述壳体1上还设有使其沿纵向对齐线3延伸方向移动的滚轮8，所述滚轮8位于激光扫描器6和激光水平位移计7所在的侧壁上，所述滚轮8的直径为0.4～0.8cm。进一步的，为了保证激光扫描器6在移动过程中的稳定性，所述滚轮8有两个，分别对称布置于所述激光扫描器6的两侧，测量时，沿长度方向移动装置速度应尽量平缓，保证测量数据的准确性。

进一步的，所述壳体1内还设有用于存储测量数据的存储卡13，所述存储卡13与所述处理器的信号输出端连接，测量结束后，经处理器处理后的裂缝宽度数据以及裂缝宽度随长度方向变化曲线自动保存至存储卡13中，便于后续可用电脑读取存储卡13中的数据，进行数据的再次整理分析。

综上所述，本发明提供的这种基于激光扫描的构筑物表面裂缝监测装置，不仅可以监测裂缝的扩展情况，还可以直接测量裂缝实际的宽度以及裂缝宽度沿长度方向的变化，以克服现有裂缝监测方法中的不足，同时具有造价低廉、携带方便、操作简单、不易被人为破坏而导致监测中断的特点，能够广泛应用于人类工程活动所引起的构筑物裂缝监测，甚至可以推广到其他领域。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。