一种路基表面沉降远程多点监测系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种路基表面沉降远程多点监测系统与方法，属于光学和几何位置测量领域。该系统包括中央处理单元和基准光源装置为源节点、多个位于被测点带光源的路基表面沉降远程监测装置为节点的链状结构。该方法采用每个监测装置测得前一个装置的相对沉降，累计得到该装置相对基准光源装置的相对沉降，再将基准光源装置溯源到国家水准点，得到被测点的绝对沉降。精度要求高时，可增加可溯源的误差补偿装置构成闭环测量，对累积误差进行修正。本发明专利技术测量时无需机械位移，耗电量低，适于野外无交流供电的环境；通过链状结构，实现远距离观测点溯源，易于建立统一测量基准；通过闭环方式，对测量中的累积误差进行修正，提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量和几何位置测量
，涉及一种路基表面沉降远程多点 监测系统与方法。
技术介绍
路基沉降测量在轨道安全检测及监测中起着重要作用。目前用于测量道路路基 沉降观测装置主要有水杯沉降仪、沉降板测量装置、剖面沉降仪、PVC管沉降仪、磁环沉降仪 等。以上现有技术普遍存在以下三个主要缺点第一依靠人工测量或纪录，测量效率低，检 测精度低；第二选择基准点时，稳定性和低成本不能兼得；第三测量不能远程监控，也不能 进行自动测量。《一种利用激光远程测量路基沉降的装置与方法》(专利号ZL200810222753.1)。 该专利技术使用激光自动测量路基的沉降，并将测量数值通过无线通信网络传送到中央处理单 元，从而实现对观察点路基沉降的远程监测。但该装置与方法仍然存在以下问题基于成像原理，测量前需要人工标定成像倍率，而实际施工过程中，精确测量成像 物距有一定难度，得到的成像倍率与实际成像倍率存在一定的偏差，影响测量结果；目标与 测量装置一对一测量，测量成本偏高；光源强度不可调、光电器件的动态范围较小，难以消 除杂散光，制约着该装置的适用范围。《一种自适应扫描路基沉降远程监测装置与方法》(申请号200810222753.1)。该 专利技术自动标定成像倍率、自动调制探测器或调节探测目标消除杂散光对测量的影响、通过 扫描利用一个探测器测量多个目标，实现可溯源且有统一标准的路基沉降远程自动测量。 但该装置与方法仍然存在以下问题电动旋转台耗电量较大，不宜在无交流电供电条件下使用，且扫描装置成本较高， 大量布点存在困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对目前已专利技术的路基沉降测量装置及方法中存在的缺陷，提 出一种新的路基表面沉降远程多点监测系统与方法。为实现上述的专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案一种路基表面沉降远程多点监测系统，由基准光源装置、多个带光源的路基表面 沉降远程监测装置和中央处理单元组成，基准光源装置和带光源的路基表面沉降远程监测 装置共用同一个中央处理单元，中央处理单元以有线或无线方式与其进行连接；其特征在 于本专利技术的多点监测系统包括位于路基沉降变形区以外的一个基准光源装置作为源节 点、多个带光源的路基表面沉降远程监测装置作为节点的链状结构；其中基准光源装置由光源和固定观察桩组成，光源安装在固定观察桩上，固定观 察桩埋设在路基沉降变形区以外，不发生沉降或者其沉降量小于被测点沉降量百分之五的 地点；带光源的路基表面沉降远程监测装置由带光源的沉降测量单元和沉降检测桩组成，带光源的沉降测量单元安装在沉降检测桩上，沉降检测桩埋设在待测点处。带光源的沉降测量单元包括窗口玻璃、成像透镜、光电位置探测器、信号处理电 路、电源模块、通信模块、安装盒；所述窗口玻璃与成像透镜嵌入安装盒前壁，且窗口玻璃 光轴与成像透镜光轴重合；所述光电位置探测器固定于信号处理电路上；所述信号处理电 路、电源模块、通信模块都固定于安装盒内；所述信号处理电路分别与电源模块、通信模块 连接；带光源的沉降测量单元还包括第三点光源、第四点光源；所述第三点光源、第四点光 源垂直相距Di嵌入安装盒后壁；所述信号处理电路分别与电源模块、通信模块、第三点光 源、第四点光源连接。一种路基表面沉降远程多点监测方法一，其特征在于所述方法包括以下步骤步骤一，安装在路基沉降观测路段附近不发生沉降或者其沉降量小于被测点沉 降量百分之五的地点的地方设置基准光源装置，在该路段以链状结构设置多个带光源的路 基表面沉降远程监测装置；调整与基准光源装置最近的带光源的路基表面沉降远程监测装 置，使基准光源装置的第一点光源、第二点光源透过成像透镜在光电位置探测器上成像时， 成像关系满足近轴条件；调整其他带光源的路基表面沉降远程监测装置，使与其对应的前 一个监测装置的第三点光源和第四点光源透过该装置的成像透镜在光电位置探测器上成 像时，成像关系满足近轴条件；步骤二，溯源用全站仪或其他高精度仪器测量基准光源与邻近国家水准点的高 度差，得到基准光源的绝对高度SHtl ；步骤三，标定与基准光源装置最近的带光源的沉降测量单元I工测得基准光源装 置的第一点光源、第二点光源像点的初始位置sn、S12 ；已知第一点光源与第二点光源相距 D1，得放大率A1 = (S11-S12VD1 ；其他带光源的沉降测量单元I i测得与之对应的前一沉降测 点单元的第三点光源、第四点光源像点的初始位置Sn、Si2 ；已知第三点光源、第四点光源距 离 Di,得放大率 Ai = (Sn-Si2VDi ；步骤四，测量与基准光源装置最近的带光源的沉降测量单元I工测得基准光源装 置的第一点光源、第二点光源像点的实时位置S' 11或3' 12;由放大率A1可得第一点光源 或第二点光源相对带光源的沉降测量单元I工的实时高度差Ii11 = A1* (S' n-Sn)或h12 = A1- (S' 12_S12)，其中hn = h12 ；其他带光源的沉降测量单元I i测得与之对应的前一个监 测装置的第三点光源、第四点光源像点的实时位置S' 或5' i2;由放大率&可得第三点 光源或第四点光源相对带光源的沉降测量单元I i的实时高度差hn = Ai- (S' U-Sil)或 Iii2 = A (S' i2-Si2)，其中 Iiil = hi2 ；步骤五，计算沉降基准光源作为基准点，第i个带光源的沉降测量单元I i相对 于基准点的沉降代或代=Σ^2。J^PJ^P在对测量精度要求高的情况下，所述系统还包括设置在沉降变形区外的多个误差 补偿装置；所述误差补偿装置包括固定观察桩和误差补偿单元；所述每一个误差补偿单元 以链状结构中的不同的带光源的沉降测量单元的第三点光源、第四点光源作为测量目标； 所述光源、一个误差补偿单元以及之间的链状结构中包括的多个带光源的沉降测量单元构 成一个闭环测量回路；误差补偿单元与闭环测量回路数量相等。采用误差补偿装置所获得 的测量精度误差小于多个带光源的沉降测量单元的累积误差。误差补偿单元包括窗口玻6璃、成像透镜、光电位置探测器、信号处理电路、电源模块、通信模块、安装盒；所述窗口玻璃 与成像透镜嵌入安装盒前壁，且窗口玻璃光轴与成像透镜光轴重合；所述光电位置探测器 固定于信号处理电路上；所述信号处理电路、电源模块、通信模块都固定于安装盒内，且信 号处理电路分别与电源模块、通信模块连接。采用误差补偿装置后的路基表面沉降远程多点监测方法，其特征在于所述方法包 括以下步骤步骤一，安装在路基沉降观测路段附近不发生沉降或者其沉降量小于被测点沉 降量百分之五的地点设置基准光源装置与多个误差补偿装置，在该路段以链状结构设置多 个带光源的路基表面沉降远程监测装置；调整与基准光源装置最近的带光源的路基表面沉 降远程监测装置，使基准光源装置的第一点光源、第二点光源透过成像透镜在光电位置探 测器上成像时，成像关系满足近轴条件；调整误差补偿装置，使与其对应的监测装置的第三 点光源、第四点光源透过该装置的成像透镜在光电位置探测器上成像时，成像关系满足近 轴条件；调整其他带光源的路基表面沉降远程监测装置，使与其对应的第三点光源、第四点 光源透过该装置的成像透镜在光电位置探测器上成像时，成像关系满足近轴条件；步骤二，溯源用全站仪或其他高精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种路基表面沉降远程多点监测系统，由基准光源装置、多个带光源的路基表面沉降远程监测装置和中央处理单元组成，基准光源装置和带光源的路基表面沉降远程监测装置共用同一个中央处理单元，中央处理单元以有线或无线方式与其进行连接；其特征在于本发明的多点监测系统包括位于路基沉降变形区以外的一个基准光源装置作为源节点、多个带光源的路基表面沉降远程监测装置作为节点的链状结构；其中基准光源装置由基准光源(Ⅳ)和固定观察桩(Ⅴ)组成，基准光源(Ⅳ)安装在固定观察桩(Ⅴ)上，固定观察桩(Ⅴ)埋设在路基沉降变形区以外，不发生沉降或者其沉降量小于被测点沉降量百分之五的地点；带光源的路基表面沉降远程监测装置由带光源的沉降测量单元(Ⅰ)和沉降检测桩(Ⅱ)组成，带光源的沉降测量单元(Ⅰ)安装在沉降检测桩(Ⅱ)上，沉降检测桩(Ⅱ)埋设在待测点处。2.根据权利要求1所述的一种路基表面沉降远程多点监测系统，其特征在于带光源 的沉降测量单元(I )包括窗口玻璃(1)、成像透镜(2)、光电位置探测器(3)、信号处理电 路(4)、电源模块(5)、通信模块(6)、安装盒(9)；所述窗口玻璃⑴与成像透镜(2)嵌入安 装盒(9)前壁，且窗口玻璃(1)光轴与成像透镜(2)光轴重合；所述光电位置探测器(3)固 定于信号处理电路(4)上；所述信号处理电路(4)、电源模块(5)、通信模块(6)都固定于安 装盒(9)内；所述信号处理电路(4)分别与电源模块(5)、通信模块(6)连接，带光源的沉 降测量单元(I )还包括第三点光源(7)、第四点光源(8)；所述第三点光源(7)、第四点光 源(8)垂直相距Di嵌入安装盒(9)后壁；所述信号处理电路(4)还分别与第三点光源(7)、 第四点光源⑶连接。3.根据权利要求1或2所述的一种路基表面沉降远程多点监测系统，其特征在于在 对测量精度要求高的情况下，所述系统还包括设置在沉降变形区外的多个误差补偿装置； 所述误差补偿装置包括固定观察桩(V / )和误差补偿单元(VT )；所述每一个误差补 偿单元(VIk)以链状结构中的不同的带光源的沉降测量单元(I i)的第三点光源(7)、第 四点光源(8)作为测量目标；所述基准光源(IV)、一个误差补偿单元(VIk)以及之间的链 状结构中包括的多个带光源的沉降测量单元(I》、(I 2)、……，(I 0构成一个闭环测 量回路；误差补偿单元与闭环测量回路数量相等。4.根据权利要求3所述的一种路基表面沉降远程多点监测系统，其特征在于所述对 测量精度要求高的情况为测量精度小于多个带光源的沉降测量单元的累积误差。5.基于权利要求1或2所述一种路基表面沉降远程多点监测系统的一种路基表面沉降 远程多点监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤步骤一，安装在路基沉降观测路段附近不发生沉降的地方设置基准光源装置，在该路 段以链状结构设置多个带光源的路基表面沉降远程监测装置；调整与基准光源装置最近的 带光源的路基表面沉降远程监测装置(I ^，使基准光源装置的第一点光源(13)、第二点 光源(14)透过沉降远程监测装置(I D的成像透镜(2)在光电位置探测器(3)上成像 时，成像关系满足近轴条件；调整其他带光源的路基表面沉降远程监测装置(I 2、I 3、…、 I ”…)，使与其对应的前一个监测装置的第三点光源(7)、第四点光源(8)透过该装置的 成像透镜(2)在光电位置探测器(3)上成像时，成像关系满足近轴条件；步骤二，溯源用全站仪或其他高精度仪器测量基准光源(IV)与邻近国家水准点的高度差，得到基准光源(IV )的绝对高度SHtl ；步骤三，标定与基准光源装置最近的带光源的沉降测量单元(I D测得基准光源装 置的第一点光源(13)、第二点光源(14)像点的初始位置Sn、S12 ；已知第一点光源(13)与 第二点光源(14)相距D1，得放大率A1 = (Sn-S12VD1 ；其他带光源的沉降测量单元(I D 测得与之对应的前一沉降测点单元(I η)的第三点光源(7)、第四点光源⑶像点的初始 位置Sn、Si2 ；已知第三点光源(7)、第四点光源(8)相距Di,得放大率& = (Sn-Si2VDi ；步骤四，测量与基准光源装置最近的带光源的沉降测量单元(I D测得基准光源装 置的第一点光源(13)、第二点光源(14)像点的实时位置S' 11或5' 12;由放大率、可得 第一点光源(13)或第二点光源(14)相对带光源的沉降测量单元(I D的实时高度差hn = A1 · (S' n-Sn)或h12 = A1 · (S' 12_S12)，其中hn = h...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯其波，杨婧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
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