一种自动沉降监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自动沉降监测系统，由无人机子系统、激光测量子系统和毫米波雷达测量子系统构成。无人机子系统悬停在观测点正上方，激光测量子系统由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置位于基准点处，用于发射水平准直激光信号，激光接收装置固定在无人机上，用于测量无人机相对于基准点的高度；毫米波雷达测量子系统由毫米波雷达和无源反射器构成，毫米波雷达固定在无人机子系统上，无源反射器位于观测点处，用于测量无人机子系统相对于观测点的高度；从而可以测量出观测点相对于基准点的高度，进而可以测量出观测点的沉降位移量。

An Automatic Settlement Monitoring System

The invention discloses an automatic settlement monitoring system, which is composed of an unmanned aerial vehicle subsystem, a laser measurement subsystem and a millimeter wave radar measurement subsystem. The UAV subsystem is hovering over the observation point. The laser measurement subsystem consists of a laser transmitter and a laser receiver. The laser transmitter is located at the reference point and is used to transmit the horizontal collimated laser signal. The laser receiver is fixed on the UAV to measure the height of the UAV relative to the reference point. The millimeter wave radar measurement subsystem consists of millimeter wave radar and passive. The millimeter wave radar is fixed on the UAV subsystem, and the passive reflector is located at the observation point, which is used to measure the height of the UAV subsystem relative to the observation point, so that the height of the observation point relative to the reference point can be measured, and then the settlement displacement of the observation point can be measured.

【技术实现步骤摘要】
一种自动沉降监测系统
本专利技术属于防灾减灾
，涉及一种自动沉降监测系统。
技术介绍
随着城市化进程的不断加快，城市建设向地下发展，各类地下工程日益增多，周边地面与建筑将会产生沉降与位移，当沉降量累积到一定程度，会发生灾难性后果，造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失，因而对地面沉降进行实时在线监测具有十分重要的意义。水准仪是地面沉降监测的主要方法，但在使用中存在如下问题：需要埋设管道，监测范围有限，误差较大效率低下等。为此，众多科技工作者和工程技术人员研究了一系列的监测方法与技术，如GPS测量方法、干涉合成孔径雷达法、激光准直监测方法等，这些方法在沉降监测方面发挥了重要作用，但在实际使用过程中也遇到了一些问题。GPS测量方法根据GPS定位原理来测量安装在被测对象上的GPS接收机的位移量，这种测量方法存在的问题是：(1)受地形条件限制，GPS卫星信号存在遮挡，精度变差甚至失效；(2)垂直方向测量精度较低；(3)基准站点与观测站点之间需要通信链路。合成孔径雷达监测技术基于相位干涉测量，是一种新型的微波遥感技术，这种测量方法存在的问题是：(1)受轨道定位精度、大气折射、地形地物等影响，测量误差较大；(2)干涉雷达图像存在失相干问题，需要进行相位解缠等。激光准直监测方法是在监测桩上安装激光光源，其随沉降发生位移，测量装置中的光电探测器CCD上的光斑位置也随之发生变化，这种方法存在的问题是：(1)使用CCD成像，激光发射信号没有调制功能，系统抗干扰能力差；(2)在监测点处需要竖起监测桩，凸起的监测桩对行人及交通造成不利影响；(3)监测点处需要供电。与以上几种测量方法不同的是，本专利技术提出了一种新型的自动沉降监测方法，该方法综合运用了无人机高精度定位技术、激光位移测量技术、毫米波雷达精密测距技术，具有测量精度高、自动化程度高、使用方便等优点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种自动沉降监测系统，提供如下技术方案：本专利技术公开了一种自动沉降监测系统，由无人机子系统、激光测量子系统和毫米波雷达测量子系统构成。无人机子系统悬停在观测点正上方，激光测量子系统由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置位于基准点处，用于发射水平准直激光信号，激光接收装置固定在无人机上，用于测量无人机相对于基准点的高度；毫米波雷达测量子系统由毫米波雷达和无源反射器构成，毫米波雷达固定在无人机子系统上，无源反射器位于观测点处，用于测量无人机子系统相对于观测点的高度；从而可以测量出观测点相对于基准点的高度，进而可以测量出观测点的沉降位移量。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所提供的沉降监测系统测量精度高；(2)本专利技术所提供的沉降监测系统自动化程度高；(3)本专利技术所提供的沉降监测系统具有多点监测能力。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术的系统结构框图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术的系统结构框图，整个测量系统由无人机子系统1、激光测量子系统2和毫米波雷达测量子系统3构成；无人机子系统1悬停在观测点正上方；激光测量子系统2由激光发射装置21和激光接收装置22构成，激光发射装置21布设在高于基准点H0的位置，发射水平准直激光信号，激光接收装置22固定在无人机子系统1上，用于测量无人机子系统1相对于准直激光信号所确定的水平面的高度Di，从而可以确定无人机子系统1相对于基准点的高度Hi＝(H0+Di)；毫米波雷达测量子系统3由毫米波雷达31和无源反射器32构成，毫米波雷达31固定在无人机子系统1上，无源反射器32位于观测点处，用于测量无人机子系统1相对于观测点的高度Ri；从而可以计算出观测点相对于基准点的高度Yi＝(H0+Di-Ri)；记初次测量数据为Yi(0)，记第k次测量数据为Yi(k)，由此可测得观测点的沉降位移量为ΔYi(k)＝(Yi(k)-Yi(0))。在实际工程中，激光发射装置21由可水平旋转的支架、调制电路以及多路激光发射器构成，用于发射多路调制的水平准直激光信号；激光接收装置22由大面积的二维光电探测器(硅光电二极管阵列或者二维位置敏感探测器PSD)、驱动放大电路以及光斑位置计算电路构成，用于计算多个光斑在光电探测器上的位置。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求书所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动沉降监测系统，由无人机子系统(1)、激光测量子系统(2)和毫米波雷达测量子系统(3)构成；无人机子系统(1)悬停在观测点正上方；激光测量子系统(2)由激光发射装置(21)和激光接收装置(22)构成，激光发射装置(21)布设在高于基准点H0的位置，发射水平准直激光信号，激光接收装置(22)固定在无人机子系统(1)上，用于测量无人机子系统(1)相对于准直激光信号所确定的水平面的高度Di，从而可以确定无人机子系统(1)相对于基准点的高度Hi＝(H0+Di)；毫米波雷达测量子系统(3)由毫米波雷达(31)和无源反射器(32)构成，毫米波雷达(31)固定在无人机子系统(1)上，无源反射器(32)位于观测点处，用于测量无人机子系统(1)相对于观测点的高度Ri；从而可以计算出观测点相对于基准点的高度Yi＝(H0+Di‑Ri)；记初次测量数据为Yi(0)，记第k次测量数据为Yi(k)，由此可测得观测点的沉降位移量为ΔYi(k)＝(Yi(k)‑Yi(0))。

【技术特征摘要】
1.一种自动沉降监测系统，由无人机子系统(1)、激光测量子系统(2)和毫米波雷达测量子系统(3)构成；无人机子系统(1)悬停在观测点正上方；激光测量子系统(2)由激光发射装置(21)和激光接收装置(22)构成，激光发射装置(21)布设在高于基准点H0的位置，发射水平准直激光信号，激光接收装置(22)固定在无人机子系统(1)上，用于测量无人机子系统(1)相对于准直激光信号所确定的水平面的高度Di，从而可以确定无人机子系统(1)相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，万其昌，蔺鑫，张思麒，顾玲榛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50