一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法，包括以下步骤：S1：选定待监测地下工程的监测起点，并进行分段；S2：进行数据采集；S3：对每段井道的数据进行处理，得到每段井道的沉降位置及沉降量大小；S4：在沉降位置的井道处部署分布式光纤，并对该处进行注浆操作，获取各个井道断面中沉降部位的各个点位的形变量；S5：在形变量达到设定阈值的井道处部署微芯桩，获取结构瞬时形变情况。本发明专利技术涉及到一种基于移动式三维激光扫描技术、分布式光纤技术以及微芯桩测量技术的地下工程安全监测的方法，获取关于地下工程结构的形变信息，实现了从整体到局部与局部到精准的地下工程安全监测方法。准的地下工程安全监测方法。准的地下工程安全监测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法


[0001]本专利技术属于地下工程监测
，具体涉及一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法。

技术介绍

[0002]随着我国矿井和煤矿等地下工程行业的快速发展，地下工程活动的发展得到了大幅度的提升，然而安全问题仍然是目前地下工程所防范的重中之重。
[0003]地下工程安全监测手段有很多，例如三维激光扫描技术、三角激光测距技术、InSAR技术和分布式光纤技术等。但现有的监测技术尚不能满足现阶段地下工程安全监测的高效、高精度需求，全站仪需配合反射棱镜或反射标靶进行单点监测获取地下工程结构断面，采集密度低、速度慢；近景摄影技术可以快速获取地下工程结构三维模型，但是该技术需要良好的光照环境，因此在地下工程环境中往往不适用；分布式光纤技术可以评估隧道和矿井等地下工程结构的安全健康状况，但是若单一使用分布式光纤技术，需要在地下工程表面布满分布式光纤，成果较高且费时费力。
[0004]因此，本专利技术结合移动式三维激光扫描仪、分布式光纤和微芯桩三种技术对地下工程表面进行全面监测。三维激光扫描仪可以精确获取被测物体表面的数据信息，该方法具有速度高、效率快、采集方式安全且全天时全天候等特点。分布式光纤技术目前发展较为成熟，已广泛应用于岩土和隧道结构等安全监测评估。该方法无需在隧道和矿井表面布满光纤，只需针对性在部分区域部署分布式光纤。微芯桩可以准确地识别监测隧道和矿井等地下工程结构部位的瞬时崩塌情况，即当隧道和矿井等地下工程表面的某些部位发生速度较快且形变量较大的区域，普通的监测技术无法快速识别出瞬时崩塌情况，而微芯桩可以快速识别该部位的瞬时崩塌情况。因此，将移动式三维激光扫描仪、分布式光纤和微芯桩三种技术结合，可以有效地对地下工程结构进行全方位、针对性的监测，从而达到高效快速监测的目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决地下工程安全监测的问题，提出了一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法包括以下步骤：
[0007]S1：选定待监测地下工程的监测起点，并进行分段；
[0008]S2：从监测起点开始，对待监测地下工程的每段井道进行数据采集；
[0009]S3：对每段井道的数据进行处理，得到每段井道的沉降位置及沉降量大小；
[0010]S4：在沉降位置的井道处部署分布式光纤，并对该处进行注浆操作，获取各个井道断面中沉降部位的各个点位的形变量；
[0011]S5：在形变量达到设定阈值的井道处部署微芯桩，获取待监测地下工程的结构瞬
时形变情况，完成地下工程的监测。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术涉及到一种基于移动式三维激光扫描技术、分布式光纤技术以及微芯桩测量技术的地下安全监测工程的方法。该方法主要将移动式三维激光扫描仪、分布式光纤和微芯桩相结合，获取关于地下工程结构的形变信息，实现了从整体到局部与局部到精准的地下工程安全监测方法。本专利技术主要解决了传统的地下工程结构沉降监测手段过于单一、精度低且不能及时监测出地下工程结构的形变沉降情况等问题，避免了无法及时监测地下工程结构的形变情况，保证安全灾害事故不发生，实现了对地下工程的实时全方位覆盖监测。该方法对预防煤矿、矿井和引水隧洞等地下工程安全事故的发生有着十分重要的意义。
[0013]进一步地，步骤S2包括以下子步骤：
[0014]S21：从监测起点开始，利用三维激光扫描仪的激光发射器发射激光脉冲信号，并利用激光接收器接收激光脉冲信号，得到每段井道三维激光扫描仪和目标监测点p之间的第一距离值L1；
[0015]S22：利用角度编码器测量三维激光扫描仪的激光发射器的水平角度α和纵向角度β；
[0016]S23：根据第一距离值L1、水平角度α和纵向角度β计算每段井道目标监测点p的空间位置P1。
[0017]上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，选定移动式三维激光扫描仪的监测起点，将三维激光扫描仪器固定在轨道小车上，该系统集成GNSS导航系统、三维激光扫描仪、多传感器同步控制单元、计算机处理系统以及电源供电装置等设备，该技术打破了传统的单点测量、采集模式，具有高效率、安全、非接触式测量等优点，可以快速获取地下工程结构表面三维点云数据。三维激光扫描仪系统中的激光发射传感器发射激光脉冲信号，当激光脉冲信号发射到地下工程结构表面时会发生反射并沿着相同路径返回接收器。
[0018]进一步地，步骤S23中，目标监测点p的空间位置P1(X1，Y1，Z1)的计算公式为：
[0019][0020]其中，X1表示空间位置P1的横坐标，Y1表示空间位置P1的纵坐标，Z1表示空间位置P1的竖坐标，L1表示三维激光扫描仪和目标监测点p的第一距离值，α表示三维激光扫描仪的激光发射器的水平角度，β表示三维激光扫描仪的激光发射器的纵向角度。
[0021]进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0022]S31：对每段井道的数据依次进行坐标转换、点云数据去噪和点云拼接，得到拼接后的点云数据；
[0023]S32：利用三维激光扫描仪，对拼接后的点云数据进行结构断面提取，得到每段井道的沉降位置及沉降量大小。
[0024]上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，坐标转换即移动式三维激光扫描仪将获取的每段井道的三维点云空间信息按照时间与空间进行整合后，引入控制点坐标进行空间坐标转换，使得激光点云数据统一在一个坐标系下；点云数据去噪目的去除部分非点云数据的杂质，移动式三维激光扫描仪在移动式测量过程中，由于在测量过程中无关闲杂
人员、设备以及空气中的粉尘会出现在收集到的点云数据中，从而对点云数据处理产生一定的误差，因此需要对采集的点云数据进行去噪处理；点云拼接是将三维激光扫描仪采集到的地下工程结构表面不同部位的点云数据采用拼接算法进行拼接，将采集到的各个区、段的结构表面的三维点云数据进行拼接，最终得到一个完整的地下工程三维空间点云影像信息。
[0025]进一步地，步骤S32包括以下子步骤：
[0026]S321：利用三维激光扫描仪沿着待监测地下工程断截面扫描一周，将拼接后的点云数据拟合为一个椭圆，完成结构断面提取；
[0027]S322：根据结构断面的提取结果，计算每段井道的沉降位置及沉降量大小。
[0028]上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，数据处理的关键技术在于结构断面提取，断面提取主要是将拼接后的点云数据沿结构顶部中心线展开，根据地下工程结构从顶部分别沿两边拱脚方向依次计算各个点位的三维空间位置信息，结合移动式三维激光扫描仪的中心位置，截取结构断面，从而拟合断面的椭圆信息。
[0029]进一步地，步骤S322中，利用三维激光扫描仪测量每段井道三维激光扫描仪和目标监测点p的第二距离值L2，并根据第二距离值L2计算沉降位置P2(X2，Y2，Z2)及沉降量大小Q，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选定待监测地下工程的监测起点，并进行分段；S2：从监测起点开始，对待监测地下工程的每段井道进行数据采集；S3：对每段井道的数据进行处理，得到每段井道的沉降位置及沉降量大小；S4：在沉降位置的井道处部署分布式光纤，并对该处进行注浆操作，获取各个井道断面中沉降部位的各个点位的形变量；S5：在形变量达到设定阈值的井道处部署微芯桩，获取待监测地下工程的结构瞬时形变情况，完成地下工程的监测。2.根据权利要求1所述的基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21：从监测起点开始，利用三维激光扫描仪的激光发射器发射激光脉冲信号，并利用激光接收器接收激光脉冲信号，得到每段井道三维激光扫描仪和目标监测点p之间的第一距离值L1；S22：利用角度编码器测量三维激光扫描仪的激光发射器的水平角度α和纵向角度β；S23：根据第一距离值L1、水平角度α和纵向角度β计算每段井道目标监测点p的空间位置P1。3.根据权利要求2所述的基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法，其特征在于，所述步骤S23中，目标监测点p的空间位置P1(X1，Y1，Z1)的计算公式为：其中，X1表示空间位置P1的横坐标，Y1表示空间位置P1的纵坐标，Z1表示空间位置P1的竖坐标，L1表示三维激光扫描仪和目标监测点p的第一距离值，α表示三维激光扫描仪的激光发射器的水平角度，β表示三维激光扫描仪的激光发射器的纵向角度。4.根据权利要求1所述的基于多源非接触式观测技术的地下工程安全监测方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：S31：对每段井道的数据依次进行坐标转换、点云数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷添杰，
申请(专利权)人：雷添杰，
类型：发明
国别省市：