变形监测方法、系统、终端及存储介质

技术领域

本申请涉及基础设施施工领域，特别是涉及变形监测方法、系统、终端及存储介质。

背景技术

顶管工作井是顶管施工中很重要的一部分；随着市政基础设施规模越来越大，顶管施工工作井直径越来越大；大型工作井一般采用地下连续墙结构实现，近年来开始采用VSM工法预制拼装完成，工作井井口通常为圆形或者方形。

顶管工作井结构安全，尤其是顶管作业出发井结构安全是施工安全管控的重要环节，因此施工时一直按基坑施工管理规范进行变形监测，目前主要采用人工监测。

自动化监测是社会发展的趋势，因此在顶管工作井变形监测时，也开始尝试自动化监测方法；在现有自动化监测方法中，通常使用固定式测斜仪对地下连续墙结构的墙体实行深层水平位移进行自动化监测，对周边土体地下水位与工作井内的支撑轴力也采用自动化监测；尽管实施困难和安装维护麻烦，对工作井的不均匀沉降目前可以采用静力水准仪完成；但对工作井顶部水平位移监测仍然缺乏自动化监测手段，通常工作井井口的不均匀沉降与水平位移监测采用全站仪人工完成，如果采用自动云台与全站仪的自动化监测方法，成本太高。

顶管施工全过程中工作井结构安全，尤其是破除洞门、拆除内支撑和顶管全力推顶时的结构安全进行实时监测十分必要；为了完成结构安全最重要的地下连续墙结构墙体深层水平位移的准确监测，必须完成监测孔口位移的准确校正，因此需要完成工作井井口不均匀沉降与水平位移监测自动化监测。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供变形监测方法、系统、终端及存储介质，用于解决现有技术中工作井井口不均匀沉降与水平、垂直位移监测不够智能化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种变形监测系统，包括：至少两个光入射单元，设于被监测对象上的不同监测点；至少两个光出射单元，设于可监测区域内的参考点；所述参考点与各所述监测点之间通视且高度相符；控制单元，连接所述光出射单元和光入射单元；所述控制单元控制各所述光出射单元分别向对应的光入射单元发射激光光束，并根据所述光入射单元接收到的光斑位置变化得到各所述监测点与参考点之间的相对位移变化，据以计算得到所述监测点之间的不均匀沉降及水平位移。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述监测点之间的不均匀沉降的监测过程包括：分别获取各监测点相对于参考点在垂直方向上的相对位移变化测量值，据此计算各监测点之间的位移变化差值；根据所述位移变化差值与预设阈值的比较判断所述监测点之间是否产生不均匀沉降。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述监测点之间的水平位移的监测过程包括：获取各监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值；根据所述水平方向上的相对位移变化测量值及激光光束入射角，计算各监测点相对于对应的激光光束在轴向及切向的距离变化。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述各监测点相对于对应的激光光束在轴向的距离变化为：监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值与激光光束入射角的余角的余弦值之间的乘积。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述各监测点相对于对应的激光光束在切向的距离变化为：监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值与激光光束入射角的余角的正弦值之间的乘积。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述参考点设有刚性安装台，所述刚性安装台的平台区域供设置所述光出射单元。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述可监测区域为与所述被监测对象相距至少2倍于被监测对象深度值的区域。

于本申请的第一方面的一些实施例中，各所述监测点的位置临近所述被监测对象的墙体深层水平位移监测点。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种变形监测方法，包括：向设于可监测区域内的参考点的至少两个光出射单元发送指令，以令其向设于被监测对象上的不同监测点的至少两个光入射单元发射激光光束；根据所述光入射单元接收到的光斑位置变化计算各所述监测点与参考点之间的相对位移变化，据以计算得到所述监测点之间的不均匀沉降及水平位移。

于本申请的第二方面的一些实施例中，所述监测点之间的不均匀沉降的监测方式包括：分别获取各监测点相对于参考点在垂直方向上的相对位移变化测量值，据此计算各监测点之间的位移变化差值；根据所述位移变化差值与预设阈值的比较判断所述监测点之间是否产生不均匀沉降。

于本申请的第二方面的一些实施例中，所述监测点之间的水平位移的监测过程包括：获取各监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值；根据所述水平方向上的相对位移变化测量值及激光光束入射角，计算各监测点相对于对应的激光光束在轴向及切向的距离变化。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述变形监测方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述变形监测方法。

如上所述，本申请的变形监测方法、系统、终端及存储介质，具有以下有益效果：通过布设参考点和监测点，并利用参考点的激光发射端向监测点的激光接收端发送激光光束，通过光斑位置的变化来探测监测点与参考点之间的相对位移变化，进一步计算监测点之间的不均匀沉降及水平位移。通过本发明的技术方案，可实现工作井顶部水平位移及不均匀沉降的自动化监测，不再依赖于人工监测，不仅能提升监测精度和频率还大大降低了监测成本。

附图说明

图1显示为本申请一实施例中的一种变形监测系统的结构示意图。

图2显示为本申请一实施例中的一种变形监测系统的应用场景示意图。

图3显示为本申请一实施例中的一种变形监测方法的流程示意图。

图4显示为本申请一实施例中的一种变形监测装置的原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，展示了本发明实施例中的一种变形监测系统的结构示意图。本实施例提供的变形监测系统包括至少两个光入射单元11、至少两个光出射单元12及控制单元13，控制单元13连接所述光入射单元11和光出射单元12；所述光入射单元11设于被监测对象上的不同监测点；所述光出射单元12设于可监测区域内的参考点；所述参考点与各所述监测点之间通视且高度相符。所述控制单元13控制所述光出射单元12分别向对应的光入射单元11发射激光，并根据所述光入射单元11接收到的光斑位置变化得到各所述监测点与参考点之间的相对位移变化，据以监测所述监测点之间的不均匀沉降及水平位移。

在一些示例中，所述光出射单元12和光入射单元11分别是激光二维位移计的发射端和接收端，接收端的接收面与发射端的激光轴线高度基本一致。发射端发出激光光束，并在光接收端的接收面形成光斑。

在一些示例中，所述控制单元13可采用ARM(Advanced RISC Machines)控制器、FPGA(Field Programmable GateArray)控制器、SoC(System on Chip)控制器、DSP(Digital Signal Processing)控制器或者MCU(Micorcontroller Unit)控制器等；也可采用式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能手环、智能手表、智能头盔、智能电视、个人数字助理(Personal DigitalAssistant，简称PDA)等个人电脑。

需说明的是，本实施例提供的变形监测系统可应用于各种类型的工程设备，例如顶管工作井、基坑或者水库坝体等。为便于理解，下文将结合图2以顶管工作进作为变形监测系统的其中一个应用场景图进行详尽的解释说明。

如图2所示，展示了本发明实施例中的一种变形监测系统的应用场景示意图。本实施例中的被监测对象是顶管工作井，顶管施工是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中并将土方运走的施工方式。

在本实施例中，在距离顶管工作井深度2倍以外的稳定区域内设置一个参考点O，在参考点制作一个刚性安装台，所述刚性安装台设有平台，用于安装至少两台激光二维位移计发射端，分别为激光发射机1和激光发射机2。

在顶管工作井井口围檩两侧设置两个监测点，分别为监测点A和监测点B，与参考点O通视；监测点A和监测点B用于安装两个激光二维位移计接收端，分别为激光接收机1和激光接收机2。各激光二维位移计发射端的激光轴线与各激光二维位移计接收端的接收面高度基本一致，从而在后续的计算中可忽略高度变化带来的影响。

优选的，监测点A和监测点B的位置临近墙体深层水平位移监测点，所述临近例如可以通过设定预设距离来判断。深层水平位移主要用于大地运动，如可能产生在不稳固的边坡(滑坡)或挖土工程周围土体位移等监测，也可以用来监测软土地基处理，堤坝，芯墙稳定性，钻孔设置的偏差,打桩引起的土体位移,以及回填筑堤和地下工程的土体沉陷,也可用于沿海、江边重力存放物场的土层变化等；因此，临近墙体深层水平位移监测点，可使深层水平位移变形监测结果更精准。

在一些示例中，可人工标定或引入一些现有的测量技术来标定参考点O与监测点A、B之间的距离和角度，以用作位移监测计算的基础值，这些基础值记录在控制单元中，也能利用与控制单元的交互保存于激光二维计接收端。在本实施例中，记录参考点O与监测点A之间的距离为L1，与监测点B之间的距离为L2。本方案实施中为了减少计算工作量，基准参考点与监测点高度基本一致，高差带来的计算误差忽略不计。

在安装时调整激光接收机的接收面与激光发射端激光束入射角度，人工测量后记录入射角度，其中令激光接收机1的接收面与激光发射机1的激光光束入射角为α1，激光接收机2的接收面与激光发射机2的激光光束入射角为α2。

进一步地，在控制单元的控制下，令两台激光发射机同时发射激光，以使两台激光接收机接收对应的激光光斑，并根据光斑位置变化计算出监测点A、B与参考点O之间的相对位移变化，据以监测所述监测点A与监测点B之间的不均匀沉降及水平位移。

在一些示例中，所述监测点A与监测点B之间的不均匀沉降的监测过程包括：分别获取监测点A、监测点B相对于参考点O在垂直方向上的相对位移变化测量值，计算二者之间的位移变化差值，根据所述位移变化差值判断监测点A、监测点B之间是否存在不均匀沉降。

具体而言，监测点A相对于参考点O在垂直方向上的相对位移变化测量值为Ya，监测点B相对于参考点O在垂直方向上的相对位移变化测量值为Yb；若为正值则表示该监测点下降，若为负值则表示该监测点上升。因此两个监测点在垂直方向上的位移变化差值ΔY＝Ya-Yb；根据位移变化差值ΔY来判断顶管工作井上监测点A与监测点B之间是否存在不均匀沉降，例如将位移变化差值ΔY与预设值阈值做比较，若超过预设阈值则表示两个监测点之间存在不均匀沉降；否则表示两个监测点之间不存在不均匀沉降。

需说明的是，不均匀沉降是一种通常出现于堆填土地的现象，是反映土木结构基础的变性特征的重要指标。产生不均匀沉降的主要原因在于泥受压增加，如加建建构物，泥中水分流出，过度抽取地下水等。建构物的地基若产生不均匀沉降的现象，会危及建构物的安全，小则令建构物倾斜，大则影响建构物的结构。

在一些示例中，所述监测点A与监测点B之间的水平位移的监测过程包括：获取各监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值；根据所述相对位移变化测量值及激光光束入射角计算各所述监测点相对于激光光束在轴向及切向的距离变化。

具体而言，监测点A相对于参考点O在水平方向的相对位移变化测量值为Da，监测点B相对于参考点O在水平方向的相对位移变化测量值为Db。监测点A相对于激光光束①在轴向的距离变化为ΔZa，相对于激光光束在切向的距离变化为ΔXa；监测点B相对于激光光束②在轴向的距离变化为ΔZb，相对于激光光束在切向的距离变化为ΔXb。对于轴向的距离变化ΔZa、ΔZb，正值表示靠近，负值表示远离；对于切向的距离变化ΔXa、ΔXb，正值表示向内，负值表示向外。

进一步地，根据所述相对位移变化测量值及激光光束入射角计算各所述监测点相对于激光光束在轴向及切向的距离变化。在本示例中，激光接收机1的接收面与激光发射机1的激光光束入射角为α1，激光接收机2的接收面与激光发射机2的激光光束入射角为α2。

监测点A相对于激光光束①在轴向的距离变化及在切向的距离变化如下：

ΔZa＝Da*cos(90°-α1)；公式1)

ΔXa＝Da*sin(90°-α1)；公式2)

监测点B相对于激光光束②在轴向的距离变化及在切向的距离变化如下：

ΔZb＝Db*cos(90°-α2)；公式3)

ΔXb＝Db*sin(90°-α2)；公式4)

因此，ΔZa和ΔXa的计算结果就是监测点A处的井口水平位移，ΔZb和ΔXb的计算结果就是监测点B处的井口水平位移。

需说明的是，由于激光束存在入射角度α1与α2，而参考点O与监测点A之间的距离为L1、参考点O与监测点B之间的距离为L2，二者的数值远远大于监测点A相对于参考点O在水平方向的相对位移变化测量值Da、监测点B相对于参考点O在水平方向的相对位移变化测量值Db、监测点A相对于参考点O在垂直方向上的相对位移变化测量值Ya及监测点B相对于参考点O在垂直方向上的相对位移变化测量值Yb，数值上相差至少3个数量级，因此在计算时可以忽略监测点水平位移和垂直位移对计算结果带来的计算误差。

在一些示例中，控制单元设定监测频率，根据所述监测频率执行参考点和各监测点之间的水平位移与垂直位移监测，根据监测结果计算出两个监测点之间相对水平位移和垂直位移变化。上述计算可在终端侧或服务器侧实施，例如由本地控制单元(如手机、平台计算机或平板电脑等)，也可由控制单元上传云端后由云服务器计算，本实施例不作限定。

在一些示例中，通过构建直角坐标系，将各监测点相对于参考点在水平方向及垂直方向上的相对位移变化测量值，以及据此计算得到的垂直方向的位移变化差值、各监测点相对于激光光束在轴向和切向的距离变化值，于直角坐标系中图示。这样，显示直观清晰，容易理解，且更便于与用户交互，例如用户可在参考点与监测点中任意选择两点，表示两点之间的相对位移变化。

如图3所示，展示了本发明实施例中的一种变形监测方法的流程示意图。值得说明的是，本实施例中的变形监测方法应用于上述实施例变形监测系统中的控制单元。本实施例中的变形监测方法包括如下各步骤。

步骤S31：向设于可监测区域内的参考点的至少两个光出射单元发送指令，以令其向设于被监测对象上的不同监测点的至少两个光入射单元发射激光光束。

步骤S32：根据所述光入射单元接收到的光斑位置变化计算各所述监测点与参考点之间的相对位移变，据以计算得到所述监测点之间的不均匀沉降及水平位移。

在一些示例中，所述监测点之间的不均匀沉降的监测过程包括：分别获取各监测点相对于参考点在垂直方向上的相对位移变化测量值，据此计算各监测点之间的位移变化差值；根据所述位移变化差值与预设阈值的比较判断所述监测点之间是否产生不均匀沉降。

在一些示例中，所述监测点之间的水平位移的监测过程包括：获取各监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值；根据所述水平方向上的相对位移变化测量值及激光光束入射角，计算各监测点相对于对应的激光光束在轴向及切向的距离变化。

进一步地，所述各监测点相对于对应的激光光束在轴向的距离变化为：监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值与激光光束入射角的余角的余弦值之间的乘积。所述各监测点相对于对应的激光光束在切向的距离变化为：监测点相对于参考点在水平方向上的相对位移变化测量值与激光光束入射角的余角的正弦值之间的乘积。

在一些示例中，所述参考点设有刚性安装台，所述刚性安装台的平台区域供设置所述光出射单元。

在一些示例中，所述可监测区域为与所述被监测对象相距至少2倍于被监测对象深度值的区域。

在一些示例中，各所述监测点的位置临近所述被监测对象的墙体深层水平位移监测点。

本发明实施例提供的变形监测方法可以采用终端侧或服务器侧实施，就变形监测装置的硬件结构而言，请参阅图4，为本发明实施例提供的变形监测装置400的一个可选的硬件结构示意图，该装置400可以是移动电话、计算机设备、平板设备、个人数字处理设备、工厂后台处理设备等。变形监测装置400包括：至少一个处理器401、存储器402、至少一个网络接口404和用户接口406。装置中的各个组件通过总线系统405耦合在一起。可以理解的是，总线系统405用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统405除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图4中将各种总线都标为总线系统。

其中，用户接口406可以包括显示器、键盘、鼠标、轨迹球、点击枪、按键、按钮、触感板或者触摸屏等。

可以理解，存储器402可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，StaticRandom Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous StaticRandomAccess Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类别的存储器。

本发明实施例中的存储器402用于存储各种类别的数据以支持变形监测装置400的操作。这些数据的示例包括：用于在变形监测装置400上操作的任何可执行程序，如操作系统4021和应用程序4022；操作系统4021包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序4022可以包含各种应用程序，例如媒体播放器(MediaPlayer)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例提供的变形监测方法可以包含在应用程序4022中。

上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器401中，或者由处理器401实现。处理器401可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器401中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器401可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器401可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器401可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所提供的配件优化方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。

在示例性实施例中，变形监测装置400可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex ProgrammableLogicDevice)，用于执行前述方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述变形监测方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

于本申请提供的实施例中，所述计算机可读写存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储单元、磁盘存储单元或其它磁存储设备、闪存、U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读写存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。

综上所述，本申请提供变形监测方法、系统、终端及存储介质，通过布设参考点和监测点，并利用参考点的激光发射端向监测点的激光接收端发送激光光束，通过光斑位置的变化来探测监测点与参考点之间的相对位移变化，进一步计算监测点之间的不均匀沉降及水平位移。通过本发明的技术方案，可实现工作井顶部水平位移、垂直位移及不均匀沉降的自动化监测，不再依赖于人工监测，不仅能提升监测精度和频率还大大降低了监测成本。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。