一种建筑物沉降监测方法、监测装置和监测系统

摘要

本发明公开了一种建筑物沉降监测方法、监测装置和监测系统。在多个建筑物上各设置一个监测点，监测点分别标记为1,2,…,N，N为自然数，且N≥3，所有监测点大致处在同一水平面内；从监测点1发射光斑到监测点2，从监测点2发射光斑到监测点3，依此类推，从监测点N发射光斑到监测点1，形成一个闭合回路；采集每个监测点的光斑图像；将采集的每个监测点的光斑图像与其基准图像进行比较，计算光斑的位移量，得到该光斑来自的监测点相对于该监测点的沉降量。本发明具有成本适中、精度高的特点，有效解决了传统建筑物监测方法效率低下以及GPS定位监测价格昂贵的问题。

说明书

技术领域

本发明属于建筑物监测技术领域，更具体地，涉及一种建筑物沉降监测方法、监测装置和监测系统。

背景技术

随着我国经济快速发展，综合实力的不断提升，一座座高楼大厦拔地而起，在基坑开挖过程中会给周围建筑带来巨大的安全隐患。因此需要对建筑物定期进行监测。传统的人工方法成本大，精确度低，制约因素较多。而利用GPS进行精确定位监测的成本太高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种建筑物沉降监测方法、监测装置和监测系统，具有成本适中、精度高的特点，有效解决了传统建筑物监测方法效率低下以及GPS定位监测价格昂贵的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种建筑物沉降监测方法，包括：在多个建筑物上各设置一个监测点，监测点分别标记为1,2,…,N，N为自然数，且N≥3，所有监测点大致处在同一水平面内；从监测点1发射光斑到监测点2，从监测点2发射光斑到监测点3，依此类推，从监测点N发射光斑到监测点1，形成一个闭合回路；采集每个监测点的光斑图像；数据处理：将采集的每个监测点的光斑图像与其基准图像进行比较，计算光斑的位移量，得到该光斑来自的监测点相对于该监测点的沉降量。

在一些实施例中，该方法还包括从所有监测点中选取一个监测点作为参考监测点，对参考监测点进行标定，确定参考监测点的沉降量；数据处理还包括：根据参考监测点的沉降量，确定其它监测点的沉降量。

在一些实施例中，光斑为激光光斑，通过安装在各个监测点的点状激光器产生；在每个监测点处安装靶标，激光光斑照射到靶标上；在每个监测点处安装摄像头，摄像头采集靶标上的激光光斑图像。

在一些实施例中，该方法还包括：监测每个监测点的倾斜角度；在每个监测点，同步采集激光光斑图像和倾斜角度，将采集的数据和监测点的身份信息发送到云服务器，存入云服务器的数据库中；利用全站仪对参考监测点进行标定，并将参考监测点的沉降量发送到云服务器，存入云服务器的数据库中。

在一些实施例中，用户通过PC机调用云服务的数据库中的数据，并执行数据处理操作，获得每个监测点的沉降量。

在一些实施例中，数据处理操作获得的数据经过编号之后再次存入云服务器的数据库；通过可视化界面实时显示每个监测点的沉降量和倾斜角。

在一些实施例中，在建筑物的沉降量或倾斜角超过设定阈值时，PC机启动报警系统进行报警。

按照本发明的另一方面，提供了一种建筑物沉降监测装置，用于安装在建筑物的监测点上，监测点设置在被监测的建筑物上；监测装置包括光发射器、光接收器、图像采集器、控制器和通信模块；光接收器用于接收外界发射的光源，并使其形成光斑图像；图像采集器用于采集形成在光接收器上的光斑图像；控制器用于将所述图像采集器采集的数据和监测点的身份信息通过通信模块发送出去。

在一些实施例中，光发射器为点状激光器，光接收器为靶标，图像采集器为摄像头，控制器为ARM开发板，通信模块为无线通信模块。

按照本发明的又一方面，提供了一种建筑物沉降监测系统，包括数据处理系统和安装在N个建筑物的监测点上的N个沉降监测装置，N个沉降监测装置分别标记为1,2,…,N，N为自然数，且N≥3，建筑物、监测点和沉降监测装置一一对应；N个监测点大致处在同一水平面内，N个沉降监测装置均按照相同的标准进行安装；每个沉降监测装置均包括：光发射器、光接收器、图像采集器、控制器和通信模块；沉降监测装置1的光发射器指向沉降监测装置2的光接收器，沉降监测装置2的光发射器指向沉降监测装置3的光接收器，依此类推，沉降监测装置N的光发射器指向沉降监测装置1的光接收器，形成一个闭合回路；在每个沉降监测装置内部，图像采集器对准光接收器，用于采集光接收器上的光斑图像，控制器用于将图像采集器采集的光斑图像和对应的监测点的身份信息通过通信模块发送到数据处理系统；数据处理系统用于将采集的每个监测点的光斑图像与其基准图像进行比较，计算光斑的位移量，得到该光斑来自的监测点相对于该监测点的沉降量。

在一些实施例中，该系统还包括参考监测点标定装置，用于对参考监测点进行标定，确定参考监测点的沉降量，参考监测点为从N个监测点中选取的一个监测点；数据处理系统还用于根据参考监测点的沉降量，确定其它监测点的沉降量。

在一些实施例中，参考监测点标定装置为全站仪。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：基于物联网技术，使监测点围成一圈，形成闭环结构，利用倾角传感器和图像处理技术，实时测得建筑物的形变信息，实现了非接触式测量，并利用全站仪对监测点进行标定，保证测量准确性。本发明应用场景广泛，具有成本适中、精度高的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的建筑物沉降监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的建筑物沉降监测装置的安装示意图；

图3是本发明实施例的建筑物沉降监测系统的示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例的建筑物沉降监测装置外形类似于房屋结构，由金属防水材料构成，顶部是帽檐结构，底部是方形中空结构。在中空结构内设置有监测装置的功能单元，具体包括：点状激光器、靶标、摄像头、倾角传感器、ARM开发板和无线通信模块。摄像头的镜头对准靶标，用于采集靶标上的激光光斑图像。倾角传感器用于采集监测点的倾斜角数据。ARM开发板用于控制摄像头与倾角传感器同步采集数据，并将采集的数据和监测对象的身份信息通过无线通信模块发送出去，以便进行数据处理。

本发明实施例选取三个建筑物分别编号为A、B、C，如图2所示，在每个建筑物上各设置一个监测点，对应标记为监测点1、监测点2和监测点3，每个监测点处各安装一个建筑物沉降监测装置。监测点1的点状激光器指向监测点2的靶标，监测点2的点状激光器指向监测点3的靶标，监测点3的点状激光器指向监测点1的靶标。在一些实施例中，各个监测点具有相同的高度，也就是说，各个监测点处在同一水平面内。在一些实施例中，任意两个监测点的距离不超过50米。在一些实施例中，利用全站仪对其中一个监测点持续进行标定，保证监测准确性。

如图3所示，工作时，监测点1的点状激光器发射的激光光斑照射到监测点2的靶标上，监测点2的点状激光器发射的激光光斑照射到监测点3的靶标上，监测点3的点状激光器发射的激光光斑照射到监测点1的靶标上，形成一条闭合回路。在建筑物A对应的监测点1，安装在监测点1的监测装置内，摄像头采集靶标上的激光光斑图像，倾角传感器采集监测点的倾斜角数据，ARM开发板控制摄像头和倾角传感器同步采集数据，并将采集的数据和监测点编号打包后，通过4G通信模块发送到云服务器，存入云服务器的数据库中。类似地，在建筑物B对应的监测点2，安装在监测点2的监测装置内，ARM开发板将摄像头和倾角传感器同步采集的数据和监测点编号打包后，通过4G通信模块发送到云服务器，存入云服务器的数据库中。在建筑物C对应的监测点3，安装在监测点3的监测装置内，ARM开发板将摄像头和倾角传感器同步采集的数据和监测点编号打包后，通过4G通信模块发送到云服务器，存入云服务器的数据库中。

在一些实施例中，用户通过PC机调用云服务器的数据库中的数据，并进行数据处理，获得每个监测点的沉降量数据。

在一些实施例中，选取某一时刻t为基准时刻，在各个监测点，摄像头采集的t时刻的图像为基准图像。在一些实施例中，在各个监测点，在t时刻后，摄像头继续采集激光光斑图像，对摄像头采集的图像进行处理，比较当前图像与基准图像，计算光斑在镜头视野中的位移量，即为当前时刻产生该光斑的点状激光器所在的监测点相对于该监测点的沉降量。例如，在监测点1，摄像头采集t时刻的图像作为基准图像，在t时刻后，摄像头继续采集激光光斑图像，对摄像头采集的图像进行处理，比较当前图像与基准图像，计算光斑在镜头视野中的位移量，即为当前时刻监测点3相对于监测点1的沉降量。类似地，在监测点2，对摄像头采集的图像进行处理，比较当前图像与基准图像，计算光斑在镜头视野中的位移量，即为当前时刻监测点1相对于监测点2的沉降量。在监测点3，对摄像头采集的图像进行处理，比较当前图像与基准图像，计算光斑在镜头视野中的位移量，即为当前时刻监测点2相对于监测点3的沉降量。

在一些实施例中，选取一个监测点作为参考监测点，利用全站仪对参考监测点进行标定，确定参考监测点的沉降量，并将其发送到云服务器，存入云服务器的数据库中。

在一些实施例中，根据参考监测点的沉降量，确定参考监测点对应的建筑物的沉降量。在一些实施例中，根据参考监测点的沉降量，计算其它监测点的沉降量，进而确定其它监测点对应的建筑物的沉降量。

在一些实施例中，处理后的数据经过编号之后再次存入云服务器的数据库。在一些实施例中，通过可视化界面实时显示每个监测点的倾斜角及沉降量数据，即可做到实时监测建筑物的形变信息。

在一些实施例中，预先设定阈值，在建筑物的沉降量或倾斜角超过设定阈值时，PC机启动报警系统进行报警，警示相关人员注意安全并采取措施。

全站仪要求测距与测角精度较高，且便于安装。在一些实施例中，全站仪品牌是苏州一光，型号是HTS212S，测距精度：±(2mm+2*10-62D)，测角精度：2″，通信方式：RS-232C/USB/SD卡/蓝牙。

点状激光器要求功率较大，体积小，光斑较小。靶标要求表面粗糙，减少激光散射现象。在一些实施例中，点状激光器和靶标均需定制。点状激光器规格较小，便于安装，功率400mw，光透强，光斑小。在一些实施例中，靶标包括第一靶标和第二靶标，第一靶标和第二靶标均为十字靶标，第一靶标和第二靶标沿着一边形成90°夹角构成一个整体。在一些实施例中，第一靶标和第二靶标的表面为磨砂面，以防止激光发生散射，规格采用50cm*50cm。

摄像头要求像素较高，焦距较长，且摄像头安装位置对准靶标。在一些实施例中，摄像头采用OV2640型号：ATK-OV2640摄像头模块，是ALIENTEK生产的一款高性能摄像头模块。

倾角传感器要求可以测出建筑物三个轴的偏移角度，每个监测点倾角传感器可以测得该监测点的倾斜角度。在一些实施例中，倾角传感器是维特智能品牌，型号是SINDT，重量:100g，尺寸:55*36*24mm，工作电流:0.01A，工作电压:5V。

ARM开发板要求高性能、低功耗、小尺寸，可以控制摄像头与倾角传感器进行同步数据采集。在一些实施例中，ARM开发板型号是i.MX6UL，它由飞思卡尔在中国上海的研发团队开发，应用处理器基于ARM Cortex-A7内核，主频高达528MHz，包括一个集成的电源管理单元，降低了外接电源的复杂性并简化了上电时序。具有高性能、低功耗、小尺寸，安全、加密，价格便宜的特点。可以控制OV2640摄像头与SINDT倾角传感器进行同步数据采集。当然，也可以采用其它类型的控制器代替ARM开发板实现相应的功能。

通信模块要求兼容性好，通信数据量大，通信速度快。在一些实施例中，通信模块是4G通信模块，可以快速传输数据。当然，也可以采用其它类型的通信模块。

云服务器要求是可以快速访问，存储方便，安全性和可靠性高。在一些实施例中，云服务器是腾讯云服务器，可以被快速访问，存储方便，安全性和可靠性高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。