一種激光三維位移測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種激光三維位移測量裝置，包括發射端和與其無線通信的接收端，所述發射端包括發射端電源模塊、激光器、發射端CPU模塊和發射端無線通信模塊，所述接收端包括接收端CPU模塊、接收端電源模塊、攝像機、PVC板以及接收端無線通信模塊，其優點在于：通過將兩根激光發射管設于發射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作為坐標系原點，并通過攝像機記錄初始狀態下兩束激光在PVC板上投射點相對于PVC板中心的相對位置，并由接收端CPU模塊記錄，當發射端和接收端之間發生位移時，激光發射管投射到PVC板上形成的投射點相對初始狀態發生移動，通過接收端CPU模塊利用三角函數計算出發射端與接收端之間在三個軸線方向的位移。
【專利說明】一種激光三維位移測量裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及相對位移測量【技術領域】，尤其是一種激光三維位移測量裝置。
【背景技術】
[0002]在地質災害監測中位移是非常重要的參數，國內外都將位移和變形監測放在首位，位移監測作為在滑坡監測中位移作為一種直觀量，能有效判斷滑坡變化的速度，盡快采取有效措施，避免危害的發生，常規的測量方法是使用單激光器和攝像機配合實現，只能測量平面坐標系內的位移量，要想完成三維監測，至少需要兩個角度進行同時監測，兩個角度，兩套設備進行監測所產生的誤差容易影響測量數據的準確性，而且監測效率低，成本較聞。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種可以利用一套設備一次性完成兩個測量點之間的相對三維位移，測量更加準確，監測效率高，成本低。
[0004]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種激光三維位移測量裝置，包括發射端和與其無線通信的接收端，所述發射端包括發射端電源模塊、激光器、發射端CPU模塊和發射端無線通信模塊，所述發射端電源模塊與發射端CPU模塊電源端連接，所述激光器控制端與發射端CPU信號端連接，所述發射端無線通信模塊與發射端CPU模塊雙向通信，所述接收端包括接收端CPU模塊、接收端電源模塊、攝像機、PVC板以及接收端無線通信模塊，所述接收端CPU模塊電源端與接收端電源模塊連接，所述攝像機控制端和信號端均與接收端CPU信號端連接，所述接收端CPU模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述發射端無線通信模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述攝像機位于PVC背面、且其軸線與PVC板垂直。
[0005]所述激光器包括兩根位于同一豎向平面內的激光發射管，兩根激光發射管在豎向平面內的夾角為0-30度、且相對于一個水平面對稱布置。
[0006]所述激光器投射方向與PVC板正面相對、且在初始狀態下其兩根激光管所在的豎向平面與PVC板垂直。
[0007]所述發射端CPU模塊與接收端CPU模塊均包括時鐘同步模塊。
[0008]所述發射端無線通信模塊和接收端無線通信模塊均為433M無線通信模塊。
[0009]本發明的有益效果如下:通過將兩根激光發射管設于發射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作為坐標系原點，并通過攝像機記錄初始狀態下兩束激光在PVC板上投射點相對于PVC板中心的相對位置，并由接收端CPU模塊記錄，當發射端和接收端之間發生位移時，激光發射管投射到PVC板上形成的投射點相對初始狀態發生移動，通過接收端CPU模塊利用三角函數計算出發射端與接收端之間在三個軸線方向的位移，實現發射端和接收端安裝位置相對三維位移的測量。【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是發射端原理框圖；
[0011]圖2是接收端原理框圖；
[0012]圖3是本發明的使用狀態圖；
[0013]圖4是激光器在PVC板上投射點初始狀態；
[0014]圖5是激光器在PVC板上投射點發生移動后的狀態。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0016]隨著我國現代化建設事業的迅速發展，各類水利水電設施、礦山、港口、高速公路、鐵路和能源工程等工程的建設中或建成后的運營期內，不可避免地形成了大量的邊坡工程。與此同時，由地震、自然降雨、火山噴發等誘發的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害頻繁發生，嚴重威脅著人民的生命、財產安全，在一定程度上制約了國民經濟的快速發展。如果能比較準確地預報滑坡發生的時間，則可采取相應措施，防患于未然，將滑坡災害造成的損失減少到最低點。針對以上這一系列難題，國內外都開展了一些技術方法的研究工作，如數字攝影測量、全站儀和GPS聯合作業等工作，均取得了 一些效果。但是由于這些方法存在一些技術上的難題，生產實踐中難以全面推廣應用綜上所述。
[0017]本發明公開了 一種激光三維位移測量裝置(參見圖3)，包括發射端(參見圖1)和與其無線通信的接收端(參見圖3)，所述發射端包括發射端電源模塊、激光器、發射端CPU模塊和發射端無線通信模塊，所述發射端電源模塊與發射端CPU模塊電源端連接，所述激光器控制端與發射端CPU信號端連接，所述發射端無線通信模塊與發射端CPU模塊雙向通信，所述接收端包括接收端CPU模塊、接收端電源模塊、攝像機、PVC板以及接收端無線通信模塊，所述接收端CPU模塊電源端與接收端電源模塊連接，所述攝像機控制端和信號端均與接收端CPU信號端連接，所述接收端CPU模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述發射端無線通信模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述攝像機位于PVC背面、且其軸線與PVC板垂直，本發明中的PVC板采用白色PVC板，激光束投射到板面上的投射點直接由攝像機采集，攝像機將采集到的數據直接傳輸給接收端CPU模塊，由接收端CPU模塊進行分析處理，并得出結論，同時本發明中的發射端和接收端還配套安裝加速度計，能夠快速反應在各個方向上發生的位移，起到預警的作用。
[0018]所述激光器包括兩根位于同一豎向平面內的激光發射管，兩根激光發射管在豎向平面內的夾角為0-30度、且相對于一個水平面對稱布置，兩根激光發射管之間的夾角可以根據發射端和接收端之間的距離來設定，只需要保證投射點能夠位于攝像機成像范圍內即可。
[0019]所述激光器投射方向與PVC板正面相對、且在初始狀態下其兩根激光管所在的豎向平面與PVC板垂直，所述發射端CPU模塊與接收端CPU模塊均包括時鐘同步模塊，發射端無線通信模塊和接收端無線通信模塊均為433M無線通信模塊，發射端和接收端保持實施透明通信，確保兩者之間的時間同步。
[0020]本發明是通過將兩根激光發射管設于發射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作為坐標系原點，并通過攝像機記錄初始狀態下兩束激光在PVC板上投射點相對于PVC板中心的相對位置，并由接收端CPU模塊記錄，當發射端和接收端之間發生位移時，激光發射管投射到PVC板上形成的投射點相對初始狀態發生移動，通過接收端CPU模塊利用三角函數計算出發射端與接收端之間在三個軸線方向的位移，實現發射端和接收端安裝位置相對三維位移的測量，實現全自動化監測，測量數據準確性高，效率大大提高，而且能夠降低成本。
[0021]本發明的實現方法實際上是采用三角函數進行計算，如圖4和圖5所示，在測試初始狀態，將PVC板中心作為原點，通過原點的水平線為X軸，通過原點的垂直線為Y軸，通過原點且垂直于PVC板和X軸以及Y軸的水平線為Z軸，初始狀態是將PVC板豎向垂直設置，將發射端和接收端安裝在兩個待測點，并開啟調試設備，確保發射端兩根激光發射管投射的光束位于攝像機成像范圍內，并由接收端CPU模塊進行記錄，并根據坐標系原點計算兩投射點so和S1的坐標值，假設S0和S1之間在X軸距離為0，在Y軸距離為D0，在Z軸距離為0，同時發射端和接收端保持實時無線通信，確保時間同步；當發射端和接收端發生位移，假設點S1位置保持不變，SO移動到SO’的位置，假設S1和S0’之間在Y軸上的距離為Dl，S0和S0’之間在Y軸上的距離為D2，S0和S0’之間在X軸上的距離為D3，若已知發色很短兩個激光發射管的初始安裝所成的角度為A，當前時刻S0和S1的距離為Dl，S0點在X軸上偏移D3，在Y軸上偏移D2，所以可以得出發射模塊和接收模塊的相對位移量變化為:X軸向偏移量為D3，Y軸向偏移量為D2，Z向偏移為D0/tan (A)-Dl/tan(A)。
[0022]另外當模塊垂直向上放置時，X軸向的值為0，Y軸為g(—個重力加速度)，Ζ軸為
0。如果模塊繞X軸轉動正角度0則X軸值還是0，Υ軸值為g*cot(0)，z軸值為g*tan(e)。當前測量值與初始安裝時的值比較就可得出模塊的姿態變化量。
[0023]以上是兩種示例，并非只能監測上述兩種情況時的位移，其他種類位移均可以通過兩個投射點在初始位置和監測時位置對比后結合兩根激光發射管之間的夾角進行推算，而且推算過程可以利用CPU直接進行得出，完全實現三維位移的自動化監測，大大提高監測效率，降低成本，改善監測數據的準確性。
【權利要求】
1.一種激光三維位移測量裝置，其特征在于:包括發射端和與其無線通信的接收端，所述發射端包括發射端電源模塊、激光器、發射端CPU模塊和發射端無線通信模塊，所述發射端電源模塊與發射端CPU模塊電源端連接，所述激光器控制端與發射端CPU信號端連接，所述發射端無線通信模塊與發射端CPU模塊雙向通信，所述接收端包括接收端CPU模塊、接收端電源模塊、攝像機、PVC板以及接收端無線通信模塊，所述接收端CPU模塊電源端與接收端電源模塊連接，所述攝像機控制端和信號端均與接收端CPU信號端連接，所述接收端CPU模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述發射端無線通信模塊與接收端無線通信模塊之間雙向通信，所述攝像機位于PVC背面、且其軸線與PVC板垂直。
2.根據權利要求1所述的激光三維位移測量裝置，其特征在于:所述激光器包括兩根位于同一豎向平面內的激光發射管，兩根激光發射管在豎向平面內的夾角為0-30度、且相對于一個水平面對稱布置。
3.根據權利要求1所述的激光三維位移測量裝置，其特征在于:所述激光器投射方向與PVC板正面相對、且在初始狀態下其兩根激光管所在的豎向平面與PVC板垂直。
4.根據權利要求1所述的激光三維位移測量裝置，其特征在于:所述發射端CPU模塊與接收端CPU模塊均包括時鐘同步模塊。
5.根據權利要求1所述的激光三維位移測量裝置，其特征在于:所述發射端無線通信模塊和接收端無線通信模塊均為433M無線通信模塊。
【文檔編號】G01B11/02GK103727882SQ201310755442
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】張青, 韓永溫, 史彥新, 孟憲瑋, 曾克, 張曉飛, 郝文杰, 呂中虎, 蒿書利 申請人:中國地質調查局水文地質環境地質調查中心