[发明专利]一种自适应扫描路基沉降远程监测装置与方法

权利要求书

1.一种自适应扫描路基沉降远程监测装置，包括：光源、位置测量单元、沉降检测桩和固定观察桩；

其特征在于：位置测量单元(2)和固定观察桩(5)之间设电动旋转台(3)；

电动旋转台(3)包括转台面(301)、机座(302)、转动轴(303)、蜗杆传动机构(304)、联轴器(305)、步进电机(306)；机座(302)安装在固定观察桩(5)上；步进电机(306)安装在机座(302)上；蜗杆传动机构(304)通过联轴器(305)与步进电机(306)连接；转台面(301)与转动轴(303)固定连接；蜗杆传动机构(304)与转动轴(303)啮合；转动轴(303)带动转台面(301)旋转，安装在转台面(301)上的位置测量单元(2)跟随转台面(301)旋转；

光源(1)包括光源单元(102)和控制单元(101)；

光源单元(102)包括第一点光源(103)、第二点光源(104)，第一点光源(103)、第二点光源(104)分别固定在固定板(105)上相互间隔距离d的第一孔(106)与第二孔(107)中；

第一孔(106)与第二孔中(107)的距离d介于路基沉降测量单元的分辨率L1和测量范围L2之间；L1＝l1*s1/s2；L2＝l2*s1/s2；l1为光电位置探测器(203)的分辨率；l2为光电位置探测器(203)的测量范围；s1为系统成像光路物距；s2为系统成像光路像距；s1、s2精确到mm量级。

2.根据权利要求1所述的一种自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光源单元(102)是在第一孔(106)和第二孔(107)中分别放置并固定第一单色发光二极管(111)、第二单色发光二极管(112)；第一、第二单色发光二极管(111)、(112)均与控制单元(101)连接；第一单色发光二极管(111)、第二单色发光二极管(112)形成第一点光源(103)和第二点光源(104)。

3.根据权利要求1所述的自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光源单元(102)是在以第一孔(106)和第二孔(107)所在位置的连线为底边， 构成的等腰三角形顶角处设置一超高亮单色发光二极管(121)；超高亮单色发光二极管(121)与控制单元(101)连接；超高亮单色发光二极管(121)发出的光从固定板(105)上的第一孔(106)和第二孔(107)穿过，形成第一点光源(103)、第二点光源(104)。

4.根据权利要求1所述的自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光源单元(102)包括固定板(105)、第一带尾纤的半导体激光器(131)、光纤分束器(133)；第一带尾纤的半导体激光器(131)的控制端与控制单元(101)连接，第一带尾纤的半导体激光器(131)的第一输出尾纤(132)与光纤分束器(133)的输入端连接，光纤分束器(133)的两个输出端分别与第一输出光纤(134)、第二输出光纤(135)的一端连接，第一输出光纤(134)、第二输出光纤(135)的另一端分别固定在第一孔(106)和第二孔(107)中，形成第一点光源(103)、第二点光源(104)。

5.根据权利要求1所述的一种自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光源单元(102)包括固定板(105)、第二带尾纤的半导体激光器(141)、第三带尾纤的半导体激光器(142)；第二带尾纤的半导体激光器(141)的控制端与控制单元(101)连接，第三带尾纤的半导体激光器(142)的控制端与控制单元(101)连接；第二带尾纤的半导体激光器(141)输出端与第二输出尾纤(143)的一端连接，第三带尾纤的半导体激光器(142)输出端与第三输出尾纤(144)的一端连接；第二输出尾纤(143)和第三输出尾纤(144)的另一端分别固定在第一孔(106)和第二孔(107)中，形成第一点光源(103)、第二点光源(104)。

6.根据权利要求1所述的自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光电位置探测器(203)采用线阵电荷耦合器件。

7.根据权利要求1所述的自适应扫描路基沉降远程监测装置，其特征在于：光电位置探测器(203)采用位置敏感探测器。 

8.基于权利要求6所述一种自适应扫描路基沉降远程监测装置的一种自适应扫描路基沉降远程监测的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一，在路基沉降观测路段设置位置测量单元(2)和与光源(1)相同的第一光源(11)、第二光源(12)、第三光源(13)、第四光源(14)；

步骤二，点亮第一光源(11)、第二光源(12)、第三光源(13)、第四光源(14)，使电动旋转台(3)顺时针旋转，依次使位置测量单元(2)对准第一光源(11)、第二光源(12)、第三光源(13)、第四光源(14)，将电动旋转台(3)旋转的角度分别记为第一初始角、第二初始角、第三初始角、第四初始角，关闭以上四个光源，使电动旋转台(3)回到初始位置；

步骤三，电动旋转台(3)旋转到第一初始角，对准第一光源(11)，位置测量单元(2)记录背景杂散光图像；

步骤四，根据背景杂散光图像调节光电位置探测器(203)的积分时间，使背景杂散光光强平均灰度值不大于光电位置探测器(203)最大灰度值的二分之一，记录调节积分时间之后的背景杂散光图像；

步骤五，点亮第一光源(11)，位置测量单元(2)记录带目标的图像，根据带目标的图像调节第一光源(11)光强，使得目标光强最大灰度值大于光电位置探测器(203)最大灰度值的二分之一，位置测量单元(2)记录调节光强后带目标的图像，关闭第一光源(11)；

步骤六，将调节光强后带目标的图像和调节积分时间后的背景杂散光图像相减，得到去背景杂散光目标图像，用亚像素算法对去背景杂散光目标图像进行处理，得到第一光源(11)两个点光源像点的初始位置；

步骤七，电动旋转台(3)依次旋转到第二初始角、第三初始角、第四初始角，依次对准点亮的第二光源(12)、第三光源(13)、第四光源(14)，对第二至第四光源重复步骤三到步骤六，进行初始测量，完成第二至第四光源初始测量后，使电动旋转台(3)回到初始位置，关闭第二至第四光源；

步骤八，电动旋转台(3)依次旋转到第一初始角、第二初始角、第三初始 角、第四初始角，进行微调，依次对准点亮的第一光源(11)、第二光源(12)、第三光源(13)、第四光源(14)，进行实时测量，测量时，重复步骤三到步骤六，得到第一至第四光源第一点光源(103)与第二点光源(104)像点的实时位置；由实时位置与对应的初始位置相减，得到像方沉降值；由第一点光源(103)像点与第二点光源(104)像点之间的距离和距离d计算得成像倍率，将像方沉降值和成像倍率相乘得到被测点处的路基沉降测量值。