[发明专利]一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统

说明书

一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统，用于实时监测土方开挖过程中基坑内部的时空分布情况。包括：信号发射接收模块、坐标标定模块、数据传输模块、PC终端模块。信号发射接收模块受驾驶室控制开关指令发射激光信号并接收反射回的激光信号，坐标标定模块计算扫描点位在基坑空间坐标下的具体位置，坐标转换模块用于将轮廓仪坐标系转化为工作坐标系，数据传输模块利用传感器将数据处理信息传输至PC终端模块，PC终端模块对数据信息进行编程处理，并最终将时间与空间结合的4D云图通过显示器展示。本发明实现基坑土方开挖过程中土方分布信息的精确采集，便于土方开挖阶段性造价计算。

技术领域

本发明涉及一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统。

背景技术

随着我国城市经济的发展，国土空间越来越紧张，地下空间的开发力度加大，基坑工程项目快速增加。

基坑土方开挖过程中，时空分布是基坑工程的重要参考指标，它可以辅助分析土方开挖过程中基坑围护结构变形机理，同时预测基坑围护变形的可能发展趋势，为基坑的安全性分析提供可靠支撑。

现阶段针对土方开挖过程中基坑空间分布无法作出较为精确的监测。其次，基坑开挖阶段中实时监测空间分布的可行性技术并未提及。因此，为实现基坑开挖过程中空间分布的精确观测，提供实时观测结果，发明了一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统。

发明内容

针对现有技术的基坑开挖过程中时空分布监测的局限性，本发明提出一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统。

一种基于挖掘机智能扫描的基坑时空分布监测系统，其特征在于，包括：信号发射接收模块、坐标标定模块、数据传输模块、PC终端模块。信号发射接收模块受驾驶室控制开关指令发射激光信号并接收反射回的激光信号，坐标标定模块计算被扫描点在基坑空间坐标下的具体位置，坐标转换模块用于将轮廓仪坐标系转化为工作坐标系，数据传输模块利用传感器将数据处理信息传输至PC终端模块，PC终端模块对数据信息进行编程处理，并最终将时间与空间结合的4D云图通过显示器展示。

信号发射接收模块，信号发射接收模块包括控制开关、激光轮廓仪和信号接收装置。信号发射接收模块中的控制开关用于发送信号采集指令，当接收到控制开关的采集指令后激光轮廓仪发射激光信号，激光信号在遇到被扫描点后直线返回，同时信号接收装置接收反射回来的激光。单光子二极管在信号激光发射与接收的同时各打上击穿标记，并进一步利用时间—数字转换器给击穿标记打上时间戳信息，得到激光传播的总时间t。

坐标标定模块，坐标标定模块包括距离标定子模块、轮廓仪坐标标定子模块和坐标转换子模块，距离标定子模块通过激光传播的总时间t计算被扫描点距离挖掘机上激光轮廓仪的距离S₀，轮廓仪坐标标定子模块通过挖掘机上激光轮廓仪在轮廓仪坐标系下的坐标(x₀,y₀, z₀)、挖掘机机械臂上激光轮廓仪与水平面的夹角及被扫描点距离激光轮廓仪的距离S₀计算被扫描点相对于激光轮廓仪坐标(x₁，y₁，z₁)的具体位置，具体计算方法如下：

S₀＝t×v÷2 (1)

其中，当被扫描点位于激光轮廓仪东侧时，x₁为反之，x₁为当被扫描点位于激光轮廓仪北侧时，y₁为反之，y₁为当被扫描点高于激光轮廓仪高程时，z₁为反之，z₁为