一种深基坑开挖土方量的监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种深基坑开挖土方量的监测系统及方法，该系统包括探测单元、导轨伺服运动单元以及数据处理单元，导轨伺服运动单元与探测单元连接，探测单元连接至数据处理单元，探测单元用于采集深基坑任意位置的点云数据，导轨伺服运动单元具体为探测单元的载体，使探测单元沿深基坑支撑体系框架进行移动，数据处理单元根据探测单元采集的点云数据，通过构建数字高程模型，计算得到深基坑内已开挖土方量及开挖余量。与现有技术相比，本发明专利技术能够实时全面采集深基坑内任意位置的点云数据，且通过重建数字高程模型以及逻辑运算的方式，能够实时准确获取深基坑内不同分区的开挖土方量情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
一种深基坑开挖土方量的监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及深基坑工程
，尤其是涉及一种深基坑开挖土方量的监测系统及方法。

技术介绍

[0002]高层建筑以及穿山越河工程对深基坑工程技术的要求日益增加。基坑工程是地质岩土、结构及施工相互交叉的科学，且受到多种复杂因素相互影响，具有一定的风险性，尤其是深度大的深基坑工程，其开挖过程是工程成功的必要前提。
[0003]由于深基坑工程具有长、大、深的特点，一般采用分区分层开挖的方式，但施工过程中难以掌握目前每个不同的区域已开挖的土方量以及未开挖的部分，导致无法及时准确调配土方外运车辆，也无法在施工到相应设计高度时及时进场施工相应支护结构，容易造成人材机资源的分配和浪费问题，还会存在安全隐患以及工期超时问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种深基坑开挖土方量的监测系统及方法，以实时精准获取深基坑的开挖土方量，从而保证施工的智能化和有序化。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种深基坑开挖土方量的监测系统，包括探测单元、导轨伺服运动单元以及数据处理单元，所述导轨伺服运动单元与探测单元连接，所述探测单元连接至数据处理单元，所述探测单元用于采集深基坑任意位置的点云数据，所述导轨伺服运动单元具体为探测单元的载体，使探测单元沿深基坑支撑体系框架进行移动，所述数据处理单元根据探测单元采集的点云数据，通过构建数字高程模型，计算得到深基坑内已开挖土方量及开挖余量。
[0006]进一步地，所述探测单元包括激光雷达发射器、光接收机、处理芯片和无线发射装置，所述处理芯片分别与激光雷达发射器、光接收机和无线发射装置相连接，所述激光雷达发射器用于发射LD脉冲激光信号至深基坑内部，所述光接收机用于接收深基坑内土体反射的回波信号，所述处理芯片用于控制激光雷达发射器以及光接收机的工作状态，并将回波信号处理成点云数据，所述无线发射装置用于将点云数据传输给数据处理单元。
[0007]进一步地，所述导轨伺服运动单元包括载体云台、导轨、行走控制装置以及电源模块，所述载体云台安装在激光雷达发射器的底部，所述载体云台的底部设置有行走装置，所述行走装置安装在导轨上，所述导轨铺设在深基坑支撑体系框架上，所述行走装置分别与行走控制装置、电源模块相连接，由行走控制装置控制行走装置按照设定的行走路线发生移动、由电源模块提供电能给行走装置。
[0008]进一步地，所述载体云台通过转台安装在激光雷达发射器的底部，使得激光雷达发射器能够在载体云台上发生角度转动。
[0009]进一步地，所述导轨具体为槽型结构。
[0010]进一步地，所述数据处理单元包括信息接收装置和数据中心服务器，所述信息接收装置用于接收来自无线发射装置的点云数据，所述数据中心服务器根据点云数据构建对应的数字高程模型，并基于数字高程模型以及预先设定的深基坑需开挖土方量，计算得到深基坑内各分区已开挖土方量及开挖余量。
[0011]进一步地，所述数据中心服务器连接有用户端，以将深基坑内各分区已开挖土方量及开挖余量数据传输给用户端。
[0012]一种深基坑开挖土方量的监测方法，包括以下步骤：
[0013]S1、按照设定的行走路线，导轨伺服运动单元作为探测单元的载体，使探测单元沿深基坑支撑体系框架进行移动；
[0014]S2、在探测单元移动过程中，按照预设的数据采样间隔时间，探测单元依次采集深基坑不同位置的点云数据，并将采集的点云数据实时传输给数据处理单元，直至探测单元移动至行走路线的终点；
[0015]S3、数据处理单元根据实时接收的点云数据，实时构建出对应的数字高程模型，结合预先设定的深基坑需开挖土方量，计算得到当前深基坑内各分区已开挖土方量及开挖余量。
[0016]进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0017]S31、数据处理单元根据当前接收的所有点云数据，构建出对应的数字高程模型；
[0018]S32、基于构建的数字高程模型网格图，采用逻辑运算的方式，计算得到深基坑内各分区的已开挖土方量；
[0019]S33、根据深基坑内各分区的已开挖土方量和预先设定的深基坑需开挖土方量，计算得到深基坑内各分区的开挖余量。
[0020]进一步地，所述步骤S32中逻辑运算的过程具体为：利用网格上空间插值后的数据，以确定深基坑内各网格的起伏状态，分别求取各网格的体积差，根据深基坑内各分区的网格组成，将组成分区的网格对应的体积差进行求和计算，即得到该分区的已开挖土方量。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022]一、本专利技术通过设置探测单元、导轨伺服运动单元和数据处理单元，利用导轨伺服运动单元带动探测单元沿深基坑的支撑体系框架移动，使得探测单元能够采集到深基坑内不同位置的点云数据，利用数据处理单元构建数字高程模型并计算得到深基坑内各分区的已开挖土方量及开挖余量，以此实现精准获取深基坑开挖土方量的目的，使用户能够实时准确掌握深基坑内各分区已开挖的土方量和未开挖的部分，有利于后续进行及时准确的施工调度。
[0023]二、本专利技术基于点云数据构建得到数字高程模型的网格图，通过求取各个网格的体积差，即可得到由网格组成的分区的已开挖土方量，由此保证了深基坑开挖土方量监测的快速性和准确性，同时提高了监测的自动化程度。
[0024]三、本专利技术通过设定行走路线及数据采样间隔时间，保证了探测单元采集点云数据的可控性，此外，本专利技术将导轨铺设在深基坑支撑体系框架上，并通过转台连接激光雷达发射器以及载体云台，使得激光雷达发射器能够多角度发射信号，以此提高探测的全面性，提高后续深基坑数字高程模型的可靠性，从而保证深基坑开挖土方量监测的准确性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的系统结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的方法流程示意图；
[0027]图中标记说明：1、激光雷达发射器，2、光接收机，3、处理芯片，4、转台，5、无线发射装置，6、载体云台，7、导轨，8、深基坑支撑体系，9、行走控制装置，10、信息接收装置，11、数据中心服务器，12、用户端，13、电源模块，14、行走装置。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0029]实施例
[0030]一种深基坑开挖土方量的监测系统，包括探测单元、导轨伺服运动单元以及数据处理单元，其中，导轨伺服运动单元与探测单元连接，探测单元连接至数据处理单元，探测单元用于采集深基坑任意位置的点云数据，导轨伺服运动单元作为探测单元的载体，能够使探测单元沿深基坑支撑体系8框架进行移动，数据处理单元则根据探测单元采集的点云数据，通过构建数字高程模型，计算得到深基坑内已开挖土方量及开挖余量。
[0031]具体的，如图1所示，探测单元包括激光雷达发射器1、光接收机2、处理芯片3和无线发射装置5，激光雷达发射器1通过电源驱动电路后发出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深基坑开挖土方量的监测系统，其特征在于，包括探测单元、导轨伺服运动单元以及数据处理单元，所述导轨伺服运动单元与探测单元连接，所述探测单元连接至数据处理单元，所述探测单元用于采集深基坑任意位置的点云数据，所述导轨伺服运动单元具体为探测单元的载体，使探测单元沿深基坑支撑体系框架进行移动，所述数据处理单元根据探测单元采集的点云数据，通过构建数字高程模型，计算得到深基坑内已开挖土方量及开挖余量。2.根据权利要求1所述的一种深基坑开挖土方量的监测系统，其特征在于，所述探测单元包括激光雷达发射器(1)、光接收机(2)、处理芯片(3)和无线发射装置(5)，所述处理芯片(3)分别与激光雷达发射器(1)、光接收机(2)和无线发射装置(5)相连接，所述激光雷达发射器(1)用于发射LD脉冲激光信号至深基坑内部，所述光接收机(2)用于接收深基坑内土体反射的回波信号，所述处理芯片(3)用于控制激光雷达发射器(1)以及光接收机(2)的工作状态，并将回波信号处理成点云数据，所述无线发射装置(5)用于将点云数据传输给数据处理单元。3.根据权利要求2所述的一种深基坑开挖土方量的监测系统，其特征在于，所述导轨伺服运动单元包括载体云台(6)、导轨(7)、行走控制装置(9)以及电源模块(13)，所述载体云台(6)安装在激光雷达发射器(1)的底部，所述载体云台(6)的底部设置有行走装置(14)，所述行走装置(14)安装在导轨(7)上，所述导轨(7)铺设在深基坑支撑体系(8)框架上，所述行走装置(14)分别与行走控制装置(9)、电源模块(13)相连接，由行走控制装置(9)控制行走装置(14)按照设定的行走路线发生移动、由电源模块(13)提供电能给行走装置(14)。4.根据权利要求3所述的一种深基坑开挖土方量的监测系统，其特征在于，所述载体云台(6)通过转台(4)安装在激光雷达发射器(1)的底部，使得激光雷达发射器(1)能够在载体云台(6)上发生角度转动。5.根据权利要求3所述的一种深基坑开挖土方量的监测系统，其特征在于，所述导轨(7)具体为槽型结构。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建秀，吴凡，李胡博强，龙燕霞，刘笑天，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：