CN112595386A - 利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法 - Google Patents

利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法 Download PDF

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宋晨旭
马君伟
张伟帆
徐正涛
马真海
杨文兵
罗文炬
吕佳政
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Abstract

本发明涉及基坑地下水位监测的技术领域，公开了一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，包括以下步骤：S10，安装水位管；S20，使用远程监测终端设置观测时间，并发送至采集终端，采集终端根据观测时间控制激光测距结构启动；S30，激光测距结构的发射端发射激光，经激光反射靶反射，激光测距结构的接收端接收激光，得到激光信息；S40，激光测距结构将激光信息发送至采集终端；S50，采集终端分析激光信息得出当前的水位信息；S60，采集终端将水位信息发送至远程监测终端。本发明技术方案给出的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，根据激光测距结构直接测量距离，得到水位高度，更为直接准确。

Description

利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法
技术领域
本发明专利涉及基坑地下水位监测的技术领域，具体而言，涉及一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法。
背景技术
地下水位的监测是基坑工程监测项目的主要内容之一，地下水位流失过快，对于周边建筑和道路影响较大，地下水位的监测对基坑垮塌也有预警作用。
目前，基坑地下水位的监测主要采用传统人工监测，而现有的自动化监测的方法都是采取压力换算的振弦或者压敏数字传感器。
但是，采用上述检测方法是非直接测量方式，会导致中间换算存在不可避免的误差，地下水位的监测不准确，尤其暴雨天气等误差还会放大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，旨在解决现有技术中，地下水位的监测不准确的问题。
本发明是这样实现的，一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，包括以下步骤：
S10，安装水位管，所述水位管的内设有激光反射靶，所述水位管的顶部设有激光测距结构；
S20，使用远程监测终端设置观测时间，并发送至采集终端，所述采集终端根据所述观测时间控制所述激光测距结构启动；
S30，所述激光测距结构的发射端发射激光，经所述激光反射靶反射，所述激光测距结构的接收端接收激光，得到激光信息；
S40，所述激光测距结构将所述激光信息发送至采集终端；
S50，所述采集终端分析所述激光信息得出当前的水位信息；
S60，所述采集终端将所述水位信息发送至所述远程监测终端。
可选的，所述安装水位管的步骤包括：
S11，使用全站仪对桩孔实地放样，并进行定位标识；
S12，钻机安装对中后，钻进成孔；
S13，下放所述水位管。
可选的，S20之前，使用远程监测终端控制所述采集终端采集初始水位。
可选的，所述激光测距结构的发射端发射激光至所述激光反射靶，所述激光反射靶反射激光，所述激光测距结构的接收端接收激光，所述激光自发射至接收的时间为发射时间t，所述发射时间t为所述激光信息。
可选的，S50包括：
所述采集终端根据所述发射时间t计算得到所述激光测距结构和所述激光反射靶之间的距离d1，所述激光反射靶和水面距离为d2，所述水位信息d＝d1+d2。
可选的，所述采集终端内具有存储模块，所述采集终端将所述水位信息存储至所述存储模块内，S60包括：
S61，所述采集终端调取所述存储模块内的历史的所述水位信息，并结合当前所述水位信息，生成水位监测成果表；
S62，所述采集终端将所述水位监测成果表发送至所述远程监测终端，并进行显示。
可选的，所述激光测距结构与所述采集终端有线或无线连接。
可选的，所述采集终端罩设于所述水位管的顶部，所述激光测距结构设于所述采集终端朝向所述管道的下表面，所述激光测距结构与所述采集终端有线连接。
可选的，所述采集终端内具有通讯模块、数据采集模块、电源模块、存储模块、控制模块、数据处理模块。
可选的，所述采集终端上还设有太阳能板，所述太阳能板与所述电源模块电性连接。
与现有技术相比，本发明提供的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，在将水位管安装完毕后，通过远程监测终端设置观测时间间隔，这样，在达到设定时间时，采集终端使激光测距结构启动，经激光反射靶反射然后接收，得到激光信息，然后将该激光信息反馈至采集终端，通过采集终端的分析进而得到对应的水位信息，也就是水位高度，发送给远程终端后，即可直观的得知当前地下水位的高度，相较于现有技术中的监测结构或方法而言，根据激光测距结构直接测量距离，可直接得出对应的水位高度，无需另外换算分析，更为直接准确，且通过远程监测更为快捷方便。解决了现有技术中，地下水位的监测不准确的问题。
附图说明
图1是本发明提供的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法的流程示意图；
图2是本发明提供的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法的结构示意图；
图3是本发明提供的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法的水位管的俯向示意图；
图4是本发明提供的利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法的水位管的剖面示意图；
图5是图4中A处的放大示意图。
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。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。
参照图1至图5所示，为本发明提供的较佳实施例。
本发明实施例中，该利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法的结构，包括：
水位管10，水位管10内具有竖向布置的管道10a，管道10a连通于水位管 10外部；
激光反射靶20，激光反射靶20设于管道10a内；
激光测距结构40，激光测距结构40设于水位管10的顶部，激光测距结构 40具有朝向激光反射靶20布置的发射端和接收端；
采集终端30，采集终端30与激光测距结构40有线或无线连接；
远程监测终端，远程监测终端与采集终端30无线连接。
上述水位管10是嵌设于土体内的，其根据需要可设于基坑旁或其他建筑物旁，其顶部是凸出于地面的，以避免土体掩埋，且方便通信。
激光测距结构40的发射端可发射激光，接收端可接收反射会的激光信号，本实施例中，通过脉冲测距法测量激光测距结构40和激光反射靶20之间的距离，即发射端发出激光脉冲后，经激光发射靶发射后，接收端接收，测量发射和接收之间的时间间隔，即为激光脉冲在待测距离往返传播时间，通过该时间即可计算得知激光测距结构40和激光反射靶20之间的距离，进而可得知水位高度。
采集终端30，即用作采集激光测距结构40在测距时发射和接收的时间信息，并分析得出当前水位高度的集合装置。
远程监测终端，即用作直观监测当前水位信息的装置，其可以为手机或平板的app，或电脑的软件，通过与采集终端30的无线连接接收相关数据，或对采集终端30进行控制。
本实施例中，地下水会浸入水位管10的管道10a内，从而带动激光反射靶 20向上浮动，通过激光测距结构40发出激光，经激光反射靶20反射并接收，将对应的激光信息传递到采集终端30，采集终端30通过该激光信息分析得到激光反射靶20所处的高度信息，进而得到当前水位高度，并可发送至远程监测终端，以实时监测，相较于现有技术中的监测结构或方法而言，本发明所给出的***，根据激光测距结构40直接测量距离，得到水位高度，无需另外换算分析，更为直接准确，且通过远程监测更为快捷方便。
请结合参阅图2和图4，本发明一实施例中，采集终端30罩设于水位管10 的顶部，激光测距结构40设于采集终端30朝向管道10a的下表面，激光测距结构40与采集终端30有线连接。
这样，该激光测距结构40直接与采集终端30一体化，减少了线材的连接，或，避免了无线传输过程中的数据损耗。需知的是，水位管10的底部是封闭的，顶部是具有开口的，将该采集终端30罩设于水位管10的顶部，可避免地面上的水分直接进入水位管10管道10a内，减少了因水位晃动或淋入激光反射靶20上而导致的误差，使测量准确。
上述采集终端30可视作一盖体，上述激光测距结构40设于采集终端30的下表面，采集终端30的发射段与接收端均平齐布置与采集终端30的下表面，以便对该激光测距结构40进行保护。
此外，采集终端30的下表面环设有环形槽，水位管10的顶部即嵌设于该环形槽内，以实现采集终端30对该水位管10顶部的密封，进一步的，在该环形槽的槽底设有橡胶圈。
本实施例中，采集终端30与水位管10的顶部铰接连接。
这样，采集终端30可相对该水位管10的顶部旋转，以随时开启或封闭该水位管10的顶部开口，以便及时清理管道10a内部或进行维护。这样，在该采集终端30的远离铰接位置的一侧设有提手31，以便提拉打开。
请结合参阅图4，本发明一实施例中，水位管10的外壁设有支撑结构13，支撑结构13支撑于地面。
为避免水位管10下沉，保证其位置不变，通过所设的支撑结构13，保证其高度，以便于准确测量水位高度，避免产生误差。
具体的，支撑结构13包括环设于水位管10外壁的支撑板132，支撑板132 抵持于地面。
通过支撑板132以保证水位管10的稳定支撑，具体的，该支撑结构13为一固定于水位管10外壁的环状固定筋131，该环状固定筋131可通过螺栓的方式固定，该环状固定筋131上设有多个支撑板132，支撑板132与环状固定筋131可通过焊接实现固定，支撑板132的一侧抵贴于水位管10的侧壁，另一侧抵接于地面，以实现支撑，本实施例中，该支撑板132为三个，且均匀间隔布置，以保证稳定支撑与固定。支撑板132的另一侧具有固定板，固定板抵接于地面，且固定板通过多个螺栓固定于地面，以避免水位管10自身旋转，保证监测准确。
请结合参阅图3至图5，本发明一实施例中，激光反射靶20的底部设有浮块 21，浮块21的边缘抵靠于管道10a的侧壁。
该浮块21为木块或塑料块，通过该浮块21以使激光反射靶20可以随水位上下浮动，从而到达相应的水位高度。具体的，该浮块21具有嵌入槽，激光反射靶20即嵌入该嵌入槽内实现固定，且该激光反射靶20与该嵌入槽之间还通过螺钉或粘连的方式进一步固定，避免脱离。
本发明一实施例中，所述所给出的激光反射靶20为激光反射靶20球。而在另一实施例中，该激光反射靶20为两间隔布置的镜面板，两镜面板倾斜布置贴设于上述浮块21的嵌入槽内。并且，该嵌入槽的槽底设有导水孔10c，导水孔 10c连通于浮块21的侧壁，以便进入嵌入槽的水流出，且上述两倾斜布置的镜面板也可避免水留置，以保证激光测距的准确。
本实施例中，通过将该浮块21的边缘抵靠于管道10a的侧壁，可避免浮块 21翻转或移动，以保证激光反射靶20的是正对于激光测距结构40的，方便监测。
具体的，管道10a内还设有竖向布置的隔板11，浮块21的边缘抵靠于管道 10a的侧壁以及隔板11。
这样，通过该竖向隔板11使管道10a呈一具有缺口的圆形形状，对应浮块 21的一侧呈平面状，在将该浮块21置于管道10a内浮动时，可避免浮块21旋转，以便于后续激光测距。
进一步的，在该浮块21的外周设有多个可滚动的滚珠22，滚珠22抵接于管道10a的侧壁和/或隔板11，以方便避免浮块21卡柱，方便移动，另一方面，无论浮块21上浮到何处，均能避免其横移或晃动，减少了因水面晃动而造成的误差。
请结合参阅图4和图5，本发明一实施例中，水位管10的外壁至少具有一个水孔10c，管道10a通过水孔10c连通于水位管10外部，水孔10c位于水位管10 的底部。
这样，以便基坑内土体的水分进入管道10a内，内外相连，使管道10a内水位与外部相同，实现监测。具体的，本实施例中，水孔10c具有多个，且多个水孔10c自下而上均匀间隔布置，且在该水位孔处设有滤网，以避免土体进入管道 10a内，影响水位判断。
并且，为了避免水自上方的水孔10c直接进入管道10a内，本实施例中，该水位管10内还具有进水管道10b，该进水管道10b通过上述隔板11与管道10a 分隔开来，上述多个水孔10c即位于该进水管道10b的侧壁，管道10a的底部具有进水孔10d，该进水孔10d连通于进水管道10b，这样，管道10a内的水会从底部逐渐向上漫入，从而使激光反射靶20上浮，避免水孔10c进入的水直接淹盖激光反射靶20。当然，在另一实施例中，激光反射靶20底部的浮块21和管道 10a的侧壁是有细微间隔的，上述水孔10c可直接设于管道10a的侧壁，以上浮激光反射靶20。
请结合参阅图2至图5，可选的，采集终端30内具有通讯模块、数据采集模块、电源模块、存储模块、控制模块、数据处理模块。
通讯模块是用作与远程监测终端无线通讯的，或根据需要也是与激光测距结构40无线通讯的；数据采集模块则用作采集激光测距结构40所发射的激光信息；数据处理模块则用作将该激光信息分析处理得到水位高度信息；电源模块则用于给该采集终端30供电；存储模块则可对所测得的水位高度信息进行存储，以便随时调取；控制模块则可用作控制采集终端30及激光测距结构40。
本实施例中，上述通讯模块、数据采集模块、存储模块、控制模块、数据处理模块均集成于一块主控板上，且该主控板与电源模块以及激光测距结构40电性连接，电源模块为蓄电池，这样，以便使该采集终端30可以持续性工作。
并且，采集终端30上还设有太阳能板，太阳能板与电源模块电性连接。
该太阳能板位于采集终端30的顶部，可将光能转换为电能，从而为电源模块充电，实现持续性供电。
另外，太阳能板为太阳能滴胶板，太阳能滴胶板更佳耐腐蚀，持续性更好，无需经常维护。
此外，采集终端30内还设有充电控制器和电源控制器。
充电控制器的型号可选但不限于GRC-MN-S，充电控制器设于太阳能板与电源模块之间，且与太阳能板和电源模块电性连接，以保护电源、防止过充电。电源控制器的型号可选但不限于GEM-Z018-ZK04A，电源控制器与电源模块电性连接，以向电子设备提供稳定的电流压，保证稳定工作。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，该利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，包括以下步骤：
S10，安装水位管10，水位管10的内设有激光反射靶20，水位管10的顶部设有激光测距结构40；
S20，使用远程监测终端设置观测时间，并发送至采集终端30，采集终端30 根据观测时间控制激光测距结构40启动；
S30，激光测距结构40的发射端发射激光，经激光反射靶20反射，激光测距结构40的接收端接收激光，得到激光信息；
S40，激光测距结构40将激光信息发送至采集终端30；
S50，采集终端30分析激光信息得出当前的水位信息；
S60，采集终端30将水位信息发送至远程监测终端。
本实施例中，在将水位管10安装完毕后，通过远程监测终端设置观测时间间隔，这样，在达到设定时间时，采集终端30使激光测距结构40启动，经激光反射靶20反射然后接收，得到激光信息，然后将该激光信息反馈至采集终端30，通过采集终端30的分析进而得到对应的水位信息，也就是水位高度，发送给远程终端后，即可直观的得知当前地下水位的高度，相较于现有技术中的监测结构或方法而言，根据激光测距结构40直接测量距离，可直接得出对应的水位高度，无需另外换算分析，更为直接准确，且通过远程监测更为快捷方便。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，安装水位管10的步骤包括：
S11，使用全站仪对桩孔实地放样，并进行定位标识；
S12，钻机安装对中后，钻进成孔；
S13，下放水位管10。
通过上述步骤形成孔，以供水位管10下放，从而实现安装固定。
并且，在下放水位管10之前，在该孔的孔口处注入混凝土，使孔口处凝结，水位管10在下放时，直至支撑板132抵接于地面，并且，将支撑板132的固定板与孔口通过螺栓实现固定，使该水位管10更加能够稳定固定，不易下沉，保证监测数据的准确性。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，S20之前，使用远程监测终端控制采集终端30采集初始水位。
即，远程监测终端向采集终端30发送初始化指令，采集终端30即控制激光测距结构40获取激光信息，并反馈至采集终端30，采集终端30根据该激光信息得出水位信息，并将该水位信息作物初始信息，之后每次所监测得到的水位信息均是相对于该初始信息的高度，这样，以该初始信息作物正常水位信息，更易判断水位高度是否合理，以便及时处理。当然，在实际使用时，初始测得的水位信息不一定为正常水位信息，此时，可通过远处监测终端自行上调或下调，作为正常水位信息，以便于后续监测。
并且，当所得到的水位信息超出预设值时，也就是相对于正常水位的水位高度过高或过低时，采集终端30会向远处监测终端发送警告。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，激光测距结构40的发射端发射激光至激光反射靶20，激光反射靶20反射激光，激光测距结构40的接收端接收激光，激光自发射至接收的时间为发射时间t，发射时间t为激光信息。
通过该发射时间t和激光的速度，得到的距离为激光测距结构40与激光反射靶20距离的两倍，进而可直接获取当前激光测距结构40和激光反射靶20之间的距离，换算准确，不易失误。
这样，承接上述，S50包括：
采集终端30根据发射时间t计算得到激光测距结构40和激光反射靶20之间的距离d1，激光反射靶20和水面距离为d2，水位信息d＝d1+d2。
由于激光发射靶并非当前水面的位置，而激光反射靶20在浮动时，其与水面的距离是一定的，也即d2，通过上述计算即可得到激光测距结构40与当前水面的距离，也就是水位信息。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，采集终端30通过其通讯模块可与远程监测终端无线通讯，其通讯方式为lora无线通讯，当然，在其他实施例中，还可以为wifi、NBIOT、4g/5g实现无线通讯，不作赘述。
请结合参阅图1至图5，本发明一实施例中，采集终端30内具有存储模块，采集终端30将水位信息存储至存储模块内，S60包括：
S61，采集终端30调取存储模块内的历史的水位信息，并结合当前水位信息，生成水位监测成果表；
S62，采集终端30将水位监测成果表发送至远程监测终端，并进行显示。
该水位监测成果表为水位变化的柱状图表和/或水位变化的数值表等，此处所说的水位变化，均是相较于初始水位的变化，通过该水位监测成果表，以便直观得知水位的变化情况，且通过水位的变化情况可及时预计其变化趋势，以及时进行相应的处理，防患于未然。
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。

Claims (10)

1.一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，安装水位管，所述水位管的内设有激光反射靶，所述水位管的顶部设有激光测距结构；
S20，使用远程监测终端设置观测时间，并发送至采集终端，所述采集终端根据所述观测时间控制所述激光测距结构启动；
S30，所述激光测距结构的发射端发射激光，经所述激光反射靶反射，所述激光测距结构的接收端接收激光，得到激光信息；
S40，所述激光测距结构将所述激光信息发送至采集终端；
S50，所述采集终端分析所述激光信息得出当前的水位信息；
S60，所述采集终端将所述水位信息发送至所述远程监测终端。
2.如权利要求1所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述安装水位管的步骤包括：
S11，使用全站仪对桩孔实地放样，并进行定位标识；
S12，钻机安装对中后，钻进成孔；
S13，下放所述水位管。
3.如权利要求1所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，S20之前，使用远程监测终端控制所述采集终端采集初始水位。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述激光测距结构的发射端发射激光至所述激光反射靶，所述激光反射靶反射激光，所述激光测距结构的接收端接收激光，所述激光自发射至接收的时间为发射时间t，所述发射时间t为所述激光信息。
5.如权利要求4所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，S50包括：
所述采集终端根据所述发射时间t计算得到所述激光测距结构和所述激光反射靶之间的距离d1，所述激光反射靶和水面距离为d2，所述水位信息d＝d1+d2。
6.如权利要求1至3任意一项所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述采集终端内具有存储模块，所述采集终端将所述水位信息存储至所述存储模块内，S60包括：
S61，所述采集终端调取所述存储模块内的历史的所述水位信息，并结合当前所述水位信息，生成水位监测成果表；
S62，所述采集终端将所述水位监测成果表发送至所述远程监测终端，并进行显示。
7.如权利要求4所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述激光测距结构与所述采集终端有线或无线连接。
8.如权利要求7所述的一种基坑地下水位自动化监测的***，其特征在于，所述采集终端罩设于所述水位管的顶部，所述激光测距结构设于所述采集终端朝向所述管道的下表面，所述激光测距结构与所述采集终端有线连接。
9.如权利要求1至3任意一项所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述采集终端内具有通讯模块、数据采集模块、电源模块、存储模块、控制模块、数据处理模块。
10.如权利要求9所述的一种利用激光反射自动化监测基坑地下水位的方法，其特征在于，所述采集终端上还设有太阳能板，所述太阳能板与所述电源模块电性连接。
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