对称闭合激光拱坝变形监测方法技术

本发明专利技术公开了一种对称闭合激光拱坝变形监测方法，该方法把一个拱形的大坝分成若干小直线段，分析各个小直线段之间的相对位移，通过一个已知端点得到整个拱形大坝的变形情况，通过数学模型运算，得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，而且利用对称分布的监测系统进行双向检测，达到自适应自校正的效果，实现高精度大型拱坝的六维参数自动化监测，此方法具有同时测量变形六维参数，结构简单、性价比高、易于自动化等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量监测方法，涉及一种拱坝的变形监测，特别涉及一种。
技术介绍
在现行的大坝安全监测方法中，使用的原理和方法也有很多，有采用激光准直来监测廊道和坝顶的垂直和水平位移；有采用引张线技术测量大坝的变化；精密水准仪等对大坝的关键和重要监测部位进行沉降监测；有采用真空中三点法激光测坝变形系统的来监测大坝的垂直和水平位移；有采用双金属管实现实时监测绝对垂直位移即沉降。上述现有的技术和方法基本上只能够对直坝进行检测，或者只能够对大坝的水平和垂直两个方向上的位移变形进行监测。满足不了大量的拱坝的自动安全监测和满足不了多维方向上的变形的监测。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是，其特征在于，包括下列步骤1)把拱形的大坝分成n段，n＝0，1，…i-1，i，i+1，i+2，…n，其中i为自然数，在各个直线段相交处建立坐标系，以坐标系的原点作为测点平台；并在每个测点平台上设置两对激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器安装在各个坐标系原点，分别向前后相邻段对称发射激光光束；激光发射器用于发射激光束，激光接收器用于接收大坝反应变形量的激光信号；激光发射器发出的激光束平行于Y轴方向，激光接收器垂直于Y轴，第一个测点平台的激光发射器发射的激光束由第二个测点平台的激光接收器负责接收；每个测点平台上的激光发射器和激光接收器与相邻的测点平台的激光接收器和激光发射器相对应；2)采用基点逐步传递，并构成进行双向检测，激光发射器发出的激光束从n＝0段顺序发送到n＝1段，…，i-1，i，i+1，i+2，…，直至n＝n段，由各段的激光接收器接收反应大坝变形量的激光信号，通过数学模型运算，得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，然后根据已知段n＝0的各个参数dx0，dy0，dz0，Lαx0，Lαz0算出n＝1段的各个参数dx1，dy1，dz1，Lαx1，Lαz1的值，依次类推，直到算出n段的各个参数dxn，dyn，dzn，Lαxn，Lαzn的值；另一对称激光系统从n＝n段反向发送顺序激光束，直至n＝0段，由各段的激光接收器接收反应大坝变形量的激光信号；根据已知段n＝n的各个参数dxn，dyn，dzn，Lαxn，Lαzn算出n＝n-1的各个参数dxn-1，dyn-1，dzn-1，Lαxn-1，Lαzn-1的值，依次类推，直到算出n＝0段的dx0，dy0，dz0，Lαx0，Lαz0的值，式中，dx、dy、dz为各个坐标原点的平移量，Lαx为绕x轴的转角与L的乘积，Lαz为绕z轴的转角与L的乘积；即可得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，实现大型拱坝的多维参数自动化监测。本专利技术采用基点逐步传递方法，利用激光逐级发射、逐级接收，把一个拱形的大坝分成若干小直线段，分析各个小直线段之间的关系，从而得到整个拱形大坝的变形情况，通过数学模型运算，得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，而且系统对称分布，可以进行双向检测，达到闭合计算，误差校正，实现大型拱坝的六维参数高精度自动化监测，此方法具有同时测量变形多维参数，结构简单、性价比高、易于自动化等特点。附图说明图1是本专利技术的原理图；图2是大坝的分段示意图； 图3是大坝每段坐标示意图；图4是测点平台的装置结构示意图；图5是本专利技术的方法数学关系推导图，其中5-1为两坐标的空间关系，图5-2和图5-3为两坐标在XY平面内的投影关系图；图6是本专利技术实施例的结构及其分段示意图；图7是图6中一个监测段装置的内部装置示意图；图8是激光发射器和激光接收器的工作原理和结构示意图。以下结合附图和专利技术人按上述方案完成的实施例以及本专利技术的工作原理对本专利技术作进一步的详细描述。具体实施例方式本专利技术的方法将拱坝按照一定的关系在同一水准面上把拱坝分n段，n＝0，1，…i-1，i，i+1，i+2，…n，其中i为自然数。在各个直线段相交处建立坐标系，以坐标系的圆点作为测点平台；并在每个测点平台上设置激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器安装在坐标系原点，激光发射器用于发射激光束，激光接收器用于接收大坝反应变形量的激光信号；用相应的数学模型推导出各个坐标系之间的关系，从而得到六维方向的参数。根据已知的端点的坐标，如图2中的“0”点和“n”点。通过传感器可以把激光从“0”点向“1”点发射激光，在“1”点设置位移传感器，接收“0”点到“1”点段内的激光信号同样对称分布，反向激光从“1”点出发，“0”设置反向激光接收器，从而根据“0”参数已知，可以测量“1”点的六维绝对变形量，根据基点逐步传递，再从“1”点向“2”点发射激光，在“2”点设置位移传感器，接收“1”点到“2”点段内的激光信号，反向激光接收器设置在“1”点，反向激光发射器设置在“2”点，根据“1”店的绝对变形，可以测量“2”点的六维变形量。坐标系的建立 按右手系，重力方向为Z轴负方向(图3所示)，X方向为拱形的径向，Y为垂直于X轴和Z轴平面的轴线，原点的坐标为测点平台，测点平台上放置激光发射器和激光接收器。主要的作用是发射激光，以及接收变形量相关的信号。测点平台的结构每个节点就是一个测点平台，结构如图4所示。正向x，z激光接收器接收前一测点平台的正向光束，输出信号为xi，zi；逆向X，Z激光接收器接收后一测点平台的逆向光束，输出信号为Xi，Zi；切向激光接收器输出信号为yi。即坐标系Xi-1Yi-1Zi-1与xi，yi，zi构成一对测点平台，xi，yi，zi为Xi-1Yi-1Zi-1坐标系沿坐标轴X方向平移距离L得到的新的坐标系。相邻两测台间距离为L，相邻两y轴间夹角为θ。设坐标原点的平移用dx，dy，dz表示，沿坐标轴正向位移为正，绕x轴的转角与L的乘积用Lαx表示，绕z轴的转角与L的乘积用Lαz表示。闭环监测系统在图1中，如果已知“0”点的Δx0和Δy0的值则可以建立相应的数学模型，推导出各个变形量Δxi和Δyi的值。推导计算方向为从“0”点到“n”点逐步传递，在“n”点可以测量到所需测量的变形量Δxn和Δyn。相反地，如果已知Δxn和Δyn的值，通过从“n”点到“0”点的逐步传递同样也可以得到0点所需测量的变形量Δx0和Δy0。可以从“0”点到“n”点传递关系，也可以从“n”点到“0”点传递关系的系统为闭环监测系统，从而实现闭合测量和误差校正。具体的数学关系推导原理可参考图5。图中的XYZ坐标指的是当前测点平台“i”点的坐标系，按右手系，重力方向为Z轴负方向(图2)，X方向为拱形的径向，Y为垂直于X轴和Z轴平面的轴线，原点的坐标为测点平台。其中的夹角θ表示的是当前测点“i”点的坐标系的Y轴与上一点测点“i-1”点的坐标系的Y轴方向的夹角。夹角θ在XY平面上，既前后两点的坐标系水平面内的绕Z轴的转角。计算公式。等号左侧为传感器感应值，xi＝dxi-1-dxicosθi-dyisinθi-Lαzi-1yi＝-dyi-1+dyicosθi-dxisinθizi＝dzi-1-dzi+Lαxi-1Xi-1＝-dxi-1+dxicosθi+dyisinθi+LαziZi-1＝-dzi-1+dzi-Lαxicosθi于是可建立递推形式的公式Lαxi=(Lα本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对称闭合激光拱坝变形监测方法，其特征在于，包括下列步骤：　　　　１）把拱形的大坝分成ｎ段，ｎ＝０，１，…，ｉ－１，ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…ｎ，其中ｉ为自然数，在各个直线段相交处建立坐标系，以坐标系的原点作为测点平台，并在每个测点平台上设置两对激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器安装在各个坐标原点，分别向前后相邻段对称发射和接收激光光束；激光发射器发出的激光束平行于Ｙ轴方向，激光接收器垂直于Ｙ轴，第一个测点平台的激光发射器发射的激光束由第二个测点平台的激光接收器负责接收；每个测点平台上的激光发射器和激光接收器与相邻的测点平台的激光接收器和激光发射器相对应；　　　　２）采用基点逐步传递，并构成进行双向检测，激光发射器发出的激光束从ｎ＝０段顺序发送到ｎ＝１段，…，ｉ－１，ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…，直至ｎ＝ｎ段，由各段的激光接收器接收反应大坝变形量的激光信号，通过数学模型运算，得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，然后根据已知段ｎ＝０的各个参数ｄｘ↓［０］，ｄｙ↓［０］，ｄｚ↓［０］，Ｌαｘ↓［０］，Ｌαｚ↓［０］算出ｎ＝１段的各个参数ｄｘ↓［１］，ｄｙ↓［１］，ｄｚ↓［１］，Ｌαｘ↓［１］，Ｌαｚ↓［１］的值，依次类推，直到算出ｎ段的各个参数ｄｘ↓［ｎ］，ｄｙ↓［ｎ］，ｄｚ↓［ｎ］，Ｌαｘ↓［ｎ］，Ｌαｚ↓［ｎ］的值；另一对称激光系统从ｎ＝ｎ段反向发送顺序激光束，直至ｎ＝０段，由各段的激光接收器接收反应大坝变形量的激光信号；根据已知段ｎ＝ｎ的各个参数ｄｘ↓［ｎ］，ｄｙ↓［ｎ］，ｄｚ↓［ｎ］，Ｌαｘ↓［ｎ］，Ｌαｚ↓［ｎ］算出ｎ＝ｎ－１的各个参数ｄｘ↓［ｎ－１］，ｄｙ↓［ｎ－１］，ｄｚ↓［ｎ－１］，Ｌαｘ↓［ｎ－１］，Ｌαｚ↓［ｎ－１］的值，依次类推，直到算出ｎ＝０段的ｄｘ↓［０］，ｄｙ↓［０］，ｄｚ↓［０］，Ｌαｘ↓［０］，Ｌαｚ↓［０］的值，式中，ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ为各个坐标原点的平移量，Ｌαｘ为绕ｘ轴的转角与Ｌ的乘积，Ｌαｚ为绕ｚ轴的转角与Ｌ的乘积；即可得到每段坝体的绝对位移和倾斜角度，实现大型拱坝的多维参数自动化监测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐开端，
申请(专利权)人：西安华腾光电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]