水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及方法，裝置包括殼體、圖像檢測(cè)裝置、擋板機(jī)構(gòu)、攝像頭、控制器和太陽(yáng)能電池板，所述殼體對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面分別設(shè)置有透光孔，圖像檢測(cè)裝置設(shè)置在殼體內(nèi)兩個(gè)透光孔之間，在兩個(gè)透光孔與圖像檢測(cè)裝置之間還分別設(shè)置有擋板機(jī)構(gòu)，攝像頭設(shè)置在圖像檢測(cè)裝置平行于激光通路的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，控制器設(shè)置在殼體內(nèi)，太陽(yáng)能電池板設(shè)置在殼體頂部。本發(fā)明提供的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，不僅產(chǎn)品成本低、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定，而且安裝方便、受地理環(huán)境影響大、維護(hù)成本低、實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明提供方法對(duì)水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，不僅算法簡(jiǎn)單，而且測(cè)量精度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水庫(kù)壩體檢測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]大壩作為重大水利工程的關(guān)鍵樞紐工程，其穩(wěn)定安全與否直接關(guān)系到整個(gè)水利工程其它輔助工程正常運(yùn)行，并直接影響和決定著重大水利工程整體的安全性與設(shè)計(jì)效益的發(fā)揮，更重要的是其穩(wěn)定性和安全直接關(guān)系下游區(qū)域人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境安全等。
[0003]混凝土壩和砌石壩建成蓄水水庫(kù)運(yùn)用后，在水壓力、泥沙壓力、浪壓力、揚(yáng)壓力以及溫度變化等作用下，壩體必然發(fā)生變形。壩體的變形與各種荷載作用和影響因素的變化具有相應(yīng)的規(guī)律性變化，并在允許的范圍之內(nèi)，這是正常的現(xiàn)象。然而，壩體的異常變形則往往是大壩破壞事故的先兆。如1959年法國(guó)馬爾巴塞拱壩失事前，拱座發(fā)生了異常變形，如果該壩在運(yùn)行期間進(jìn)行了系統(tǒng)的變形觀測(cè)，及時(shí)掌握拱座的變形情況，采取有效措施，是有可能避免垮壩失事的。因此，為保證混凝土壩和砌石壩的安全運(yùn)行，必須對(duì)壩體進(jìn)行變形觀測(cè)，以隨時(shí)掌握大壩在各種荷載作用和有關(guān)因素影響下變形是否正常?；炷翂魏推鍪瘔问芩畨毫Φ人椒较虻耐屏蛪蔚资芟蛏系膿P(yáng)壓力作用，有向下游滑動(dòng)和傾覆的趨勢(shì)，因此要進(jìn)行水平位移觀測(cè)?；炷梁推鍪鶎?gòu)椥泽w，在水平荷載作用下，壩體將發(fā)生撓度，因此還需要進(jìn)行撓度觀測(cè)。壩體受溫度影響和自重等荷載作用，將發(fā)生體積變化，地基亦將發(fā)生沉陷，需要進(jìn)行垂直位移(沉陷)觀測(cè)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在大壩上進(jìn)行大規(guī)模布置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0004]壩體位移監(jiān)測(cè)的主要分類(lèi)方法有:I)根據(jù)測(cè)點(diǎn)的位置，分為壩體表面和內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)；2)根據(jù)測(cè)量功能，分為水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)和三維位移監(jiān)測(cè)；3)根據(jù)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性，分為人工周期性監(jiān)測(cè)和在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。壩體表面位移監(jiān)測(cè)方法包括兩大類(lèi):I)根據(jù)基點(diǎn)高程和位置，使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電子測(cè)距儀或激光準(zhǔn)直儀、GPS、智能全站儀等來(lái)測(cè)量壩體表面標(biāo)點(diǎn)、覘標(biāo)處高程和位置變化，這種方式可以實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的三維位移數(shù)據(jù)測(cè)量；2)在壩體表面安裝或埋設(shè)一些監(jiān)測(cè)位移的儀器，這種方式通常只能測(cè)量測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)位移數(shù)據(jù)。壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)主要通過(guò)安裝埋設(shè)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常只能監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)位移數(shù)據(jù)(水平位移或垂直位移)。常用的位移監(jiān)測(cè)儀器有位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、傾斜儀、沉降儀、垂線坐標(biāo)儀、弓I張線儀、多點(diǎn)位移計(jì)和應(yīng)變計(jì)等。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外在線檢測(cè)研究情況如下。
[0006]1、水平位移在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
壩體水平位移監(jiān)測(cè)技術(shù)與表面變形監(jiān)測(cè)、壩體垂直位移監(jiān)測(cè)等進(jìn)行配套布置和相互驗(yàn)證。常用技術(shù)有測(cè)斜儀技術(shù)，引張線技術(shù)，正、倒垂線技術(shù)等。
[0007]1.1測(cè)斜儀技術(shù)
測(cè)斜儀技術(shù)主要用于測(cè)量壩體內(nèi)部水平位移，工作原理是測(cè)量測(cè)斜管軸線與鉛垂線之間的夾角變化量，從而計(jì)算出土層各點(diǎn)的水平位移大小。測(cè)斜儀有活動(dòng)測(cè)斜儀和固定測(cè)斜儀之分?；顒?dòng)測(cè)斜儀用于人工測(cè)量，固定測(cè)斜儀可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線測(cè)量。其測(cè)量方法是由若干固定式測(cè)斜儀按一定間距組成傳感器串，根據(jù)傳感器間距(標(biāo)距)和所測(cè)得傾角計(jì)算每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的測(cè)斜管段位移，形成測(cè)斜管的水平變形曲線。根據(jù)傳感器不同，固定測(cè)斜儀分為伺服加速度計(jì)式、電解質(zhì)式、電阻應(yīng)變片式等。該方法施工干擾較小、測(cè)量原理理論依據(jù)充分、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、可以在線監(jiān)測(cè)。測(cè)量孔深不大時(shí)測(cè)量精度滿足要求；但在孔深較大時(shí)，內(nèi)部布設(shè)傳感器較多，成本較高，同時(shí)測(cè)量精度受到影響。
[0008]1.2引張線技術(shù)
引張線式水平位移計(jì)是利用線膨脹系數(shù)很小的不銹鋼鋼絲將壩體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移傳遞到壩外的觀測(cè)房，通過(guò)測(cè)量鋼絲對(duì)固定標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)位移實(shí)現(xiàn)壩體內(nèi)部水平位移的觀測(cè)。通過(guò)導(dǎo)向滑輪，在其觀測(cè)房端加一固定砝碼或重錘，當(dāng)壩體內(nèi)水平測(cè)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)鋼絲移動(dòng)，在固定標(biāo)點(diǎn)處鋼絲的位移加上自身的位移即為壩體內(nèi)水平測(cè)點(diǎn)的位移量。該方法測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性好、精度高，并且測(cè)量結(jié)果不受大氣壓力和溫度等環(huán)境因素影響，不需要進(jìn)行大氣壓力補(bǔ)償和溫度修正，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。但該方法施工復(fù)雜、維護(hù)不便。引張線技術(shù)也可以用于監(jiān)測(cè)壩體表面水平位移，原理是采用一條不銹鋼鋼絲在兩端點(diǎn)處施加張力，使其在水平面的投影為直線從而測(cè)出被測(cè)點(diǎn)相對(duì)于該直線的偏距。同視準(zhǔn)線法相比，該法的基準(zhǔn)線是一條物理的直線。引張線法的特點(diǎn)是:受外界影響小，在大壩監(jiān)測(cè)中應(yīng)用普遍。其測(cè)量精度主要取決于讀數(shù)精度，采用線陣CCD傳感器的引張線測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)，其量程為幾厘米，精度優(yōu)于±0.1mm。但引張線的兩端一般要設(shè)有正倒垂線，以提供測(cè)量的基準(zhǔn)，客觀上增加了系統(tǒng)的安裝和維護(hù)使用成本。引張線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是雙向引張線，能夠同時(shí)觀測(cè)水平和垂直方向的位移，提高了觀測(cè)率。
[0009]1.3正、倒垂線技術(shù)
正、倒垂線既可以實(shí)現(xiàn)壩體表面水平位移監(jiān)測(cè)，又可實(shí)現(xiàn)土壩的撓度觀測(cè)。同時(shí)，該方法又經(jīng)常與激光準(zhǔn)直法、引張線法等其它方法配合使用。正垂線是一端固定于壩頂附近，另一端懸掛重錘，以便觀測(cè)壩體各點(diǎn)間及壩體相對(duì)于壩基的位移，以及壩體的撓度觀測(cè)。倒垂線是一端埋設(shè)在壩體基礎(chǔ)深層基巖處，另一端浮起，來(lái)測(cè)定壩體的絕對(duì)位移。該技術(shù)在大壩監(jiān)測(cè)中廣泛使用，并得到充分發(fā)展，采用線陣CCD傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)。
[0010]2壩體垂直位移在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
壩體垂直位移監(jiān)測(cè)與外部變形監(jiān)測(cè)、壩體水平位移監(jiān)測(cè)等進(jìn)行配套布置和相互驗(yàn)證。主要監(jiān)測(cè)方法有連通管法監(jiān)測(cè)技術(shù)(靜力水準(zhǔn)法)、水平固定式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)技術(shù)、振弦式沉降儀監(jiān)測(cè)技術(shù)等。
[0011]2.1連通管法在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
利用液體在連通管兩端口處于同一水平面的原理進(jìn)行觀測(cè)，壩體內(nèi)部垂直位移監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式是:在壩體內(nèi)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)部位設(shè)置沉降測(cè)頭，測(cè)頭內(nèi)安置一容器，配有進(jìn)水管、排水管和排氣管，三根管順坡引到壩體外觀測(cè)房，進(jìn)水管與觀測(cè)房?jī)?nèi)測(cè)量裝置(標(biāo)有刻度的玻璃管)相連通，通過(guò)連通平衡使得玻璃管中液面與測(cè)頭內(nèi)的容器液面處于同一水位高程。排水管是將測(cè)頭容器內(nèi)超過(guò)限定水位的多余液體排出，固定測(cè)頭容器內(nèi)水位，通過(guò)觀測(cè)房測(cè)量裝置上的玻璃管水位即可推算測(cè)頭高程。排氣管將容器與觀測(cè)房大氣相通，使得容器內(nèi)液面與玻璃管內(nèi)液面均為相同大氣壓的自由液面。該方法測(cè)量原理簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果直觀。用測(cè)量精度高的傳感器測(cè)量玻璃管中水柱高度，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。但也存在如下缺點(diǎn):土建施工工作量大，測(cè)點(diǎn)墩混凝土澆筑需養(yǎng)護(hù)時(shí)間，溝槽開(kāi)挖影響施工交通，施工干擾大，影響主體施工進(jìn)度；施工工藝要求較高，需對(duì)測(cè)頭和管道進(jìn)行必要的保護(hù)，管路須可靠連接；對(duì)液體有特殊要求，需采用排氣的蒸餾水，在寒冷地區(qū)需加防凍液；管內(nèi)環(huán)境適宜微生物的生存，必然產(chǎn)生影響管道暢通的物質(zhì)，導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)失效；觀測(cè)程序和維護(hù)措施復(fù)雜。靜力水準(zhǔn)儀也是監(jiān)測(cè)壩體表面垂直沉降的重要儀器，測(cè)量原理與連通管原理相同，根據(jù)起測(cè)基點(diǎn)的高程，通過(guò)連通管測(cè)得的高差，來(lái)引測(cè)標(biāo)點(diǎn)的高程。連通管由膠管、玻璃管及刻劃尺等組成。該法不受大氣折光的影響，很容易實(shí)現(xiàn)讀數(shù)及傳輸?shù)淖詣?dòng)化，測(cè)量精度優(yōu)于±0.1mm,在垂直位移監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用。靜力水準(zhǔn)儀因測(cè)量要求精度高、長(zhǎng)期測(cè)量穩(wěn)定可靠，用一般小量程壓力傳感器測(cè)量達(dá)不到此要求。
[0012]2.2水平固定式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)技術(shù)
在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)高程上水平布設(shè)測(cè)斜管，管內(nèi)放置由若干水平固定式測(cè)斜儀按一定間距組成的傳感器串，采用固定測(cè)斜儀傳感器測(cè)量垂直方向的傾角，根據(jù)傳感器間距(標(biāo)距)和所測(cè)得傾角計(jì)算該傳感器對(duì)應(yīng)的測(cè)斜管段位移，每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)管段位移的代數(shù)和形成的變形曲線即為測(cè)斜管的沉降變形曲線。該方法施工干擾較小，安裝方便快捷，測(cè)量原理理論依據(jù)充分，施工期即可進(jìn)行觀測(cè)，不需配套土建工程，容易實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，傳感器分辨率高，測(cè)量精度滿足要求，觀測(cè)結(jié)果為沉降曲線，符合壩體變形規(guī)律。但測(cè)量范圍小，容易發(fā)生不均勻沉陷或錯(cuò)位，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)影響較大，是否適應(yīng)大的沉降變形有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。
[0013]2.3振弦式沉降儀監(jiān)測(cè)技術(shù)
振弦式沉降儀固定在沉降盤(pán)上，通過(guò)通液管將蒸餾水(防凍液)輸入到沉降儀，形成蒸餾水(防凍液)水柱，水柱產(chǎn)生的壓力直接作用在傳感器的承壓模上，通過(guò)測(cè)量傳感器頻率的變化計(jì)算出壓力變化值，經(jīng)過(guò)換算可推知水柱的高度。測(cè)量水柱液面高程，可計(jì)算沉降盤(pán)高程。該方法測(cè)量原理簡(jiǎn)單，施工較為方便，施工期即可進(jìn)行觀測(cè)，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。但存在管路堵塞和防凍問(wèn)題，若水柱高度過(guò)高，測(cè)量精度達(dá)不到規(guī)范要求。絕對(duì)沉降觀測(cè)精度受水準(zhǔn)測(cè)量精度影響。
[0014]3三維位移在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
上述各種監(jiān)測(cè)方法是對(duì)變形點(diǎn)的水平位移和垂直位移分別施測(cè)，影響測(cè)量精度，增加施工難度和工作量，測(cè)量數(shù)據(jù)同時(shí)性不好。隨著測(cè)量?jī)x器和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)大量采用能實(shí)時(shí)連續(xù)觀測(cè)壩體表面變形點(diǎn)水平位移和垂直位移的測(cè)量技術(shù)，由于測(cè)量的是變形點(diǎn)的三維位移值，故稱(chēng)為〃三維位移監(jiān)測(cè)〃，主要技術(shù)有高精度智能全站儀技術(shù)和GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)等。
[0015]3.1智能全站儀技術(shù)
智能全站儀技術(shù)，就是利用所謂的測(cè)量機(jī)器人(MeasurementRobot，或稱(chēng)測(cè)地機(jī)器人Geo-robot)進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確找準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息。利用智能全站儀進(jìn)行尾礦壩的自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)，一般采取的監(jiān)測(cè)形式是:一臺(tái)智能全站儀與監(jiān)測(cè)點(diǎn)目標(biāo)(照準(zhǔn)棱鏡)及上位控制計(jì)算機(jī)形成的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)，其實(shí)質(zhì)為自動(dòng)極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。系統(tǒng)無(wú)需人工干預(yù)，可以全自動(dòng)地采集、傳輸與處理變形點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。利用因特網(wǎng)或其它局域網(wǎng)，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。該方式監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)成本低、管理維護(hù)簡(jiǎn)便、監(jiān)測(cè)精度高，監(jiān)測(cè)測(cè)距精度可達(dá)Imm左右。但缺點(diǎn)是系統(tǒng)布設(shè)受地形、氣候等條件的影響，不能完全實(shí)現(xiàn)通視測(cè)量，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，前期安裝成本相對(duì)較高。
[0016]3.2 GPS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)技術(shù)
我國(guó)已安裝的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，壩面位移測(cè)量很多都采用GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)和全自動(dòng)全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)都是通過(guò)壩面監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基點(diǎn)相對(duì)位置的對(duì)比，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移。但單一 GPS設(shè)備的監(jiān)測(cè)精度不能滿足尾礦壩安全管理的技術(shù)要求，需通過(guò)GPS實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)站的變形對(duì)比，可大大提高位移監(jiān)測(cè)精度，GPS位移監(jiān)測(cè)精度可達(dá)水平位移3mm、垂直位移5mm。應(yīng)用GPS進(jìn)行尾礦壩變形監(jiān)測(cè)具有很多優(yōu)點(diǎn):1)測(cè)站之間無(wú)需通視；2)可同時(shí)提控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移信息；3)全天候監(jiān)測(cè)；4)監(jiān)測(cè)精度高；5)操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。但GPS也有其不足之處:I)受衛(wèi)星狀況限制。例如，要求GPS天線與GPS衛(wèi)星之間必須通視，任何遮擋都將減少可用的衛(wèi)星數(shù)目，影響測(cè)量精度。2)受天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大。共用衛(wèi)星數(shù)少，常接收不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)，甚至不能初始化，也就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。3)數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱(chēng)距離小。出現(xiàn)上述情況時(shí)測(cè)量精度達(dá)不到標(biāo)稱(chēng)精度，無(wú)法滿足測(cè)量要求。
[0017]目前，我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域在監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)研制以及數(shù)據(jù)處理分析方法研究等方面均接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)用于水庫(kù)大壩的各種在線監(jiān)測(cè)儀器種類(lèi)繁多。然而，多年來(lái)，我國(guó)水庫(kù)壩位移監(jiān)測(cè)處在人工監(jiān)測(cè)階段，在線監(jiān)測(cè)只是近幾年才剛剛發(fā)展。就位移監(jiān)測(cè)設(shè)備本身而言，雖然種類(lèi)很多，但每種設(shè)備都有其不足之處，從精度、穩(wěn)定性、安裝工程量、維護(hù)、使用、價(jià)格等幾方面考察，能滿足各項(xiàng)要求的設(shè)備很少。壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)還只能使用傳統(tǒng)的單項(xiàng)位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，需要預(yù)先埋設(shè)或鉆孔安裝，施工不便，目前還沒(méi)有很好的替代方法；壩體表面位移使用的三維數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝方便、性能穩(wěn)定、精度高，但受地理環(huán)境影響大，安裝條件受到限制，而且此類(lèi)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率低、安裝成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種低成本、高精度、功能齊全的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
[0019]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，包括殼體、圖像檢測(cè)裝置、擋板機(jī)構(gòu)、攝像頭、控制器和太陽(yáng)能電池板，所述殼體為長(zhǎng)方體殼體，在長(zhǎng)方體殼體對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面分別設(shè)置有透光孔，所述圖像檢測(cè)裝置設(shè)置在殼體內(nèi)兩個(gè)透光孔之間，在兩個(gè)透光孔與圖像檢測(cè)裝置之間還分別設(shè)置有擋板機(jī)構(gòu)，所述攝像頭設(shè)置在圖像檢測(cè)裝置平行于激光通路的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述控制器設(shè)置在殼體內(nèi)，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)置在殼體頂部；
所述圖像檢測(cè)裝置包括圖像檢測(cè)裝置框架和激光攔截反光十字架，所述圖像檢測(cè)裝置框架設(shè)置有等間距平行分布的槽孔，所述激光攔截反光十字架設(shè)置在圖像檢測(cè)裝置框架的槽孔內(nèi)，激光攔截反光十字架所在平面與激光通路平行；其中，所述激光攔截反光十字架由兩個(gè)垂直的激光反光細(xì)條構(gòu)成； 所述擋板機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)擋板、擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述兩個(gè)擋板通過(guò)擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，所述擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，所述擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程末端設(shè)置有與控制器相連的限位開(kāi)關(guān)；
所述控制器分別與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、攝像頭和太陽(yáng)能電池板相連。
[0020]優(yōu)選地，所述控制器包括超低功耗單片機(jī)以及分別與單片機(jī)連接的太陽(yáng)能電池定時(shí)控制器、0V7670圖像傳感器、EEPROM存儲(chǔ)芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)量輸入電路和PWM脈沖輸出電路，所述0V7670圖像傳感器與攝像頭連接，所述開(kāi)關(guān)量輸入電路與限位開(kāi)關(guān)連接，所述PWM脈沖輸出電路通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路分別與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)連接。
[0021]優(yōu)選地，所述單片機(jī)采用STM8L系列單片機(jī)。
[0022]優(yōu)選地，所述控制器還包括無(wú)線射頻芯片，所述無(wú)線射頻芯片與單片機(jī)相連。
[0023]優(yōu)選地，所述透光孔為圓形孔、方形孔或者其它上下對(duì)稱(chēng)形狀的孔。
[0024]本發(fā)明還提供了一種水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，包括以下步驟:
1)將激光發(fā)射器設(shè)置在壩體的一端，使激光射向壩體的另一端；
2)在激光的線路上設(shè)置若干個(gè)等間距的基準(zhǔn)點(diǎn)，并在每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)處分別設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，所述基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置內(nèi)的激光攔截反光十字架的位置均不相同；
3)進(jìn)行初始化調(diào)試，在激光發(fā)射器發(fā)射激光時(shí)采集每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置的初始激光圖像并保存；
4)定期采集每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置的實(shí)時(shí)激光圖像；
5)將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷壩體是否發(fā)生水平位移和/或沉陷；
6)根據(jù)指令實(shí)時(shí)將壩體基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)給上位機(jī)。
[0025]優(yōu)選地，上述方法中所述步驟5)的具體過(guò)程為:將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比，如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置發(fā)生左右移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生水平位移；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置發(fā)生上下移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生沉陷；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置同時(shí)發(fā)生水平和上下移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生水平位移并沉陷；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置吻合，則判定壩體沒(méi)有發(fā)生水平位移和沉陷。
[0026]優(yōu)選地，上述方法中所述步驟5)的具體過(guò)程為:將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度和下半部分高度，如果上半部分高度和下半部分高度相等且與初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度也相等，則判定壩體沒(méi)有發(fā)生水平位移和沉陷；如果上半部分高度和下半部分高度相等且與初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度不相等，則判定壩體發(fā)生水平位移；如果上半部分高度和下半部分高度不相等且它們的高度和等于初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度的2倍，則判定壩體發(fā)生沉陷；如果上半部分高度和下半部分高度不相等或者上半部分和下半部分總和與初始激光圖像中的初始值(或上次值)不符，則判定壩體發(fā)生水平位移并沉陷。兩數(shù)值采用計(jì)算公式獲得。
[0027]優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟5)的具體過(guò)程為:
(1)根據(jù)式I計(jì)算壩體發(fā)生水平位移時(shí)的水平位移值X:

【權(quán)利要求】
1.水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，包括殼體、圖像檢測(cè)裝置、擋板機(jī)構(gòu)、攝像頭、控制器和太陽(yáng)能電池板，所述殼體為長(zhǎng)方體殼體，在長(zhǎng)方體殼體對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面分別設(shè)置有透光孔，所述圖像檢測(cè)裝置設(shè)置在殼體內(nèi)兩個(gè)透光孔之間，在兩個(gè)透光孔與圖像檢測(cè)裝置之間還分別設(shè)置有擋板機(jī)構(gòu)，所述攝像頭設(shè)置在圖像檢測(cè)裝置平行于激光通路的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述控制器設(shè)置在殼體內(nèi)，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)置在殼體頂部； 所述圖像檢測(cè)裝置包括圖像檢測(cè)裝置框架和激光攔截反光十字架，所述圖像檢測(cè)裝置框架設(shè)置有等間距平行分布的槽孔，所述激光攔截反光十字架設(shè)置在圖像檢測(cè)裝置框架的槽孔內(nèi)，激光攔截反光十字架所在平面與激光通路平行； 所述擋板機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)擋板、擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述兩個(gè)擋板通過(guò)擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，所述擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，所述擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程末端設(shè)置有與控制器相連的限位開(kāi)關(guān)； 所述控制器分別與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、攝像頭和太陽(yáng)能電池板相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，所述控制器包括超低功耗單片機(jī)以及分別與單片機(jī)連接的太陽(yáng)能電池定時(shí)控制器、0V7670圖像傳感器、EEPROM存儲(chǔ)芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)量輸入電路和PWM脈沖輸出電路，所述0V7670圖像傳感器與攝像頭連接，所述開(kāi)關(guān)量輸入電路與限位開(kāi)關(guān)連接，所述PWM脈沖輸出電路通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路分別與擋板伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擋板移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，所述單片機(jī)采用STM8L系列單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，所述控制器還包括無(wú)線射頻芯片，所述無(wú)線射頻芯片與單片機(jī)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征是，所述透光孔為圓形孔或方形孔。
6.水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，包括以下步驟: 1)將激光發(fā)射器設(shè)置在壩體的一端，使激光射向壩體的另一端； 2)在激光的線路上設(shè)置若干個(gè)等間距的基準(zhǔn)點(diǎn)，并在每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)處分別設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置，所述基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置內(nèi)的激光攔截反光十字架的位置均不相同； 3)進(jìn)行初始化調(diào)試，在激光發(fā)射器發(fā)射激光時(shí)采集每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置的初始激光圖像并保存； 4)定期采集每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置的實(shí)時(shí)激光圖像； 5)將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷壩體是否發(fā)生水平位移和/或沉陷； 6)根據(jù)指令實(shí)時(shí)將壩體基準(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)給上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟5)的具體過(guò)程為:將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比，如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置發(fā)生左右移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生水平位移；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置發(fā)生上下移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生沉陷；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置同時(shí)發(fā)生水平和上下移動(dòng)，則判定壩體發(fā)生水平位移并沉陷；如果實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架的位置對(duì)比初始激光圖像中激光攔截反光十字架的位置吻合，則判定壩體沒(méi)有發(fā)生水平位移和沉陷。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟5)的具體過(guò)程為:將實(shí)時(shí)激光圖像與初始激光圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度和下半部分高度，如果上半部分高度和下半部分高度相等且與初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度也相等，則判定壩體沒(méi)有發(fā)生水平位移和沉陷；如果上半部分高度和下半部分高度相等且與初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度不相等，則判定壩體發(fā)生水平位移；如果上半部分高度和下半部分高度不相等且它們的高度和等于初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度的2倍，則判定壩體發(fā)生沉陷；如果上半部分高度和下半部分高度不相等或者上半部分和下半部分總和與初始激光圖像中的初始值不符，則判定壩體發(fā)生水平位移并沉陷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟5)的具體過(guò)程為: (1)根據(jù)式I計(jì)算壩體發(fā)生水平位移時(shí)的水平位移值X:
式中，R激光平行光管通光口截面半徑，WHtl為初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度，WH1為實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度； (2)根據(jù)式2計(jì)算壩體發(fā)生沉陷時(shí)的沉陷值Y:
式中，WH0為初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度，WH2為實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度； (3)根據(jù)式3和式4計(jì)算壩體發(fā)生水平位移且沉陷時(shí)的水平位移值X和沉陷值Y:
式中，WHtl和WLtl為初始激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度和下半部分高度，WHx和WLx為實(shí)時(shí)激光圖像中激光攔截反光十字架上半部分高度和下半部分高度，X=L2,3......N。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述基準(zhǔn)點(diǎn)之間的間距為100米。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK104180759SQ201410450657
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】李聰, 孫顯利, 馬明文, 郭廣軍, 徐景起, 李陽(yáng), 黃英培 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)