表示向下移动； S5.将S4计算得到变形后边坡相对于前一天的变形坐标和相对于初始状态变形的坐标数据代入到S2中的三维坐标系中转换，计算得到X’轴、r轴和ζ’轴方向的数值，即边坡变形后的三维数据量。
6.如权利要求5所述的可获取边坡变形三维数据的边坡监测系统，其特征在于:所述S5中将S4计算得到变形后边坡相对于前一天的变形坐标和相对于初始状态变形的坐标数据代入到S2中的三维坐标系中转换，分为以下8种情况: 情况1:当a>0, c>0, tan a >a/c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= — (I an_!-an 1-1 cn_「cn I *tan α ) cos α Y，= bn_「bn V= (!Cn-fCnHan-ranhtana )cosa ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= - (I a0~an 1-1 Z0-Cn I *tan α ) cos α Y，= Y0-bn V= (I Z0-Cn I +1 a0-an I *tan a ) cos a ； 情况2:当a>0, c>0, tana <a/c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= (I an-ra」-1 Clr1-CnI *tan a ) cos αY，= bn_「bnV= sin α (I an—fa」-1clr1-Cn^tana ) + | c I/cos α ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= (I a0_an| -1 Z0-Cn I *tan a ) cos a Y，= Y0-bn V= sin a (I a0~an -1 Z0-Cn | *tan a ) +1 c | /cos a ； 情况3:当a>0, c<0, tana >|c|/|a时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= (I an_!-an 1-1 Clr1-Cn I *cot α ) cos α +1 c |/sin α Y，= bn_「bn V= sin a (I am-an 1-1 Clr1-Cn I *cot a )； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， X，= (I a0~an 1-1 Z0-Cn I *cot a ) cos a +1 Z0-Cn /sin a Y，= Y0-bn V= sin a (I a0_an 1-1 Z0-Cn I | *cot a )； 情况4:当a>0, c<0, cot a > I a| / I c I时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= I an_!-an I /cos α + (I Clr1-Cn | -1 an^-an | *tan α ) sin α Y，= bn_「bnV= (I an_「anI *tana-1clr1-CnI) cos α ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= I a0_an|/cos a + (I Z0-Cn 1-1 a0_an I *tan a ) sin a Y，= Y0-bnV= (I a0-anI *tana-|z0-cn|) cos α ； 情况5:当a〈0, c<0, tana >|a|/|c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= (I Clr1-Cn! -1 an_「an| *cot a ) sina Y，= bn_「bn Z，=-(| Cn^-Cn 1-1 an^-an I *cot a ) cos a -1 an^~an | /sin a ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， X，= (I Z0-Cn 1-1 a0~an I *cot a ) sin a Y，= Y0-bn V=-(| Z0-Cn 1-1 a0-an I *cot a ) cos a -1 a0-an | /sin a ； 情况6:当a〈0, c<0, tana <|a|/|c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= — (I Clr1-Cn 1-1 an_「an I *tan α ) cos α Y，= bn_「bn V= - [ (I cn_「cn 1-1 an_「an I *tan a ) sin a + (an_!-an) /cos a ]； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= - (I Z0-Cn 1-1 a0~an I *tan α ) cos α Y，= Y0-bn V= - [ (I Z0-Cn 1-1 a0-an I *tan α )sina + (a0-an)/cos a ]； 情况7:当a〈0, c>0, tana >|c|/|a|时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= - (I an_!-an I *cot a -1cn^1-CnDcosa +1 an_!-an|/sin aY，= bn_「bnV= -sin a (I an_「an I *cot a -1 cn_「cn I)； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= - (I a0-an *cot α -1 Z0-Cn |) cos α +1 a0_an | /sin α Y，= Y0-bnV= -sin α (I a0_anI *cot a _|Z0_cn|)； 情况8:当a〈0, c>0, cot a > I a| / I c I时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= -1 Clr1-Cn I /cos α - (I an_「an | -1 an^-an | *tan α ) sin α Y，= bn_「bnV= (I an-ra」-1 Clr1-CnI *tan α ) cos α ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， X，= -1 Z0-cn| /cos α - (I a0-an | -1 a0_an | *tan α ) sin α Y，= Y0-bn V= (I a0_an| -1 Z0-Cn I *tan α ) cos α 0
7.如权利要求1至4之一所述的可获取边坡变形三维数据的边坡监测系统获取边坡变形三维数据的方法，其特征在于:具体包括以下步骤: S1.建立原始三维坐标系:以O为原点，以沿激光方向为X轴，激光照射方向为负，y轴平行于水平面并与X轴垂直，以X轴正方向左侧为正，Z轴垂直于xoy平面，向上为正，yoz平面平行于标靶，X轴垂直于标靶； 52.三维坐标系的转换，建立边坡变形监测系统所处的三维坐标系'I，轴与所述原始三维坐标系里面的Y轴保持一致，沿I轴正方向看，XOZ平面沿Y轴逆时针旋转一个α角，得到X’轴和ζ’轴，此时的X’轴平行于水平面，ζ’轴垂直于水平面，转换的三维坐标系由X’轴、y’轴和ζ’轴组成； 53.初始状态数据采集，通过激光测距传感器测出X轴方向的数据为表示激光测距传感器与边坡的垂直距离，通过拍照装置拍摄激光在标靶上的位置坐标用I轴和ζ轴表示，所述y轴和ζ轴方向的数据分别为Ytl和Z 0,将初始状态数据输入到原始三维坐标系中，激光所在标靶上的初始状态的坐标为(xq，yq，zq); 54.经过η天边坡变形后，通过激光测距传感器测出X轴方向的数据为an，an 表示激光测距传感器与边坡的垂直距离，拍照装置拍摄激光在标靶上的位置 坐标(bn，cn)，计算出变形后边坡相对于前一天变形的坐标:a = Xn= a n-1~an (I)，b = Yn= b n_「bn (2)，c = Zn= c J1-J-Cn (3)， 其中n彡1，η为整数；Χη为正表示前凸，负表示后凸，Yn为正表示向右移动，负表示向左移动，Zn为正表示向上移动，负表示向下移动。 计算出变形后边坡相对于初始状态变形的坐标: a = XnO= a o_an (4)， b = Yn0= b 0-bn (5)， c = Zn0= c o_cn (6)， 其中n多1，η为整数；Χη(ι为正表示前凸，负表示后凸，Yntl为正表示向右移动，负表示向左移动，Zntl为正表示向上移动，负表示向下移动； 55.将S4计算得到变形后边坡相对于前一天的变形坐标和相对于初始状态变形的坐标数据代入到S2中的三维坐标系中转换，计算得到X’轴、r轴和ζ’轴方向的数值，即边坡变形后的三维数据量。
8.如权利要求7所述的获取边坡变形三维数据的方法，，其特征在于:所述S5中将S4计算得到变形后边坡相对于前一天的变形坐标和相对于初始状态变形的坐标数据代入到S2中的三维坐标系中转换，分为以下8种情况: 情况1:当a>0, c>0, tan a >a/c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量， X，= — (I an_!-an 1-1 cn_「cn I *tan α ) cos α Y，= bn_「bn V= (!Cn-fCnHan-ranhtana )cosa ； 相对于初始状态边坡的变形的三维数据量， V= - (I a0~an 1-1 Z0-Cn I *tan α ) cos α Y，= Y0-bn V= (I Z0-Cn I +1 a0-an I *tan a ) cos a ； 情况2:当a>0, c>0, tana <a/c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= (I an-ra」-1 Clr1-CnI *tan a ) cos αY，= bn_「bnV= sin α (I an-ra」-1clr1-Cn^tana ) + | C I/cos α ；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，V= (I a0_an| -1 Z0-Cn I *tan a ) cos aY，= Y0-bnV= sin a (I a0~an -1 Z0-Cn | *tan a ) +1 c | /cos a ；情况3:当a>0, c<0, tana >|c|/|a时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= (I an_!-an 1-1 Clr1-Cn I *cot α ) cos α +1 c |/sin αY，= bn_「bnV= sin a (I am-an 1-1 Clr1-Cn I *cot a )；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，X，= (I a0~an 1-1 Z0-Cn I *cot a ) cos a +1 Z0-Cn /sin aY，= Y0-bnV= sin a (I a0_an 1-1 Z0-Cn I | *cot a )；情况4:当a>0, c<0, cot a > I a| / I c I时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= I an_!-an I /cos α + (I Clr1-Cn | -1 an^-an | *tan α ) sin αY，= bn_「bnV= (I an_「anI *tana-1clr1-CnI) cos α ；相对于初始状态边坡的变形的三维数据，V= I a0_an|/cos a + (I Z0-Cn 1-1 a0_an I *tan a ) sin aY，= Y0-bnV= (I a0-an I *tan a -1 Z0-Cn |) cos a ；情况5:当a〈0, c<0, tana >|a|/|c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= (I Clr1-Cn! -1 an_「an| *cot a ) sinaY，= bn_「bnZ，=-(| Cn^-Cn 1-1 an^-an I *cot a ) cos a -1 an^~an | /sin a ；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，X，= (I Z0-Cn 1-1 a0~an I *cot a ) sin aY，= Y0-bnV=-(| Z0-Cn 1-1 a0-an I *cot a ) cos a -1 a0-an | /sin a ；情况6:当a〈0, c<0, tana <|a|/|c时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= — (I Clr1-Cn 1-1 an_「an I *tan α ) cos αY，= bn_「bnV= - [ (I cn_「cn 1-1 an_「an I *tan a ) sin a + (an_!-an) /cos a ]；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，V= - (I Z0-Cn 1-1 a0~an I *tan α ) cos αY，= Y0-bnV= - [ (I Z0-Cn 1-1 a0-an I *tan α )sina + (a0-an)/cos a ]；情况7:当a〈0, c>0, tana >|c|/|a|时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= - (I an_!-an I *cot a -1cn^1-CnDcosa +1 an_!-an|/sin aY，= bn_「bnV= -sin a (I an_「an I *cot a -1 cn_「cn I)；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，V= - (I a0-an *cot α -1 Z0-Cn |) cos α +1 a0_an | /sin αY，= Y0-bnV= -sin α (I a0_anI *cot a _|Z0_cn|)；情况8:当a〈0, c>0, cot a > I a| / I c I时，相对于前一天边坡的变形的三维数据量，X，= -1 Clr1-Cn I /cos α - (I an_「an | -1 an^-an | *tan α ) sin αY，= bn_「bnV= (I an-ra」-1 Clr1-CnI *tan α ) cos α ；相对于初始状态边坡的变形的三维数据量，X，= -1 Z0-cn| /cos α - (I a0-an | -1 a0_an | *tan α ) sin αY，= Y0-bnV= (I a0_an| -1 Z0-Cn I *tan α ) cos α 0
【专利摘要】本发明公开了一种可获取边坡变形三维数据的边坡监测系统，涉及边坡工程技术领域，包括监测装置，用于采集监测边坡待测点是前凸或后凹的数据；图像采集装置，用于采集边坡待测点的平面坐标的数据；信息处理装置，用于将监测装置和图像采集装置所采集的数据综合计算得出变形边坡的三维数据。本发明的有益效果：信息处理装置经过建立原始三维坐标系和转换三维坐标系，计算出变形后的边坡相对于前一天边坡的三维数据和相对于初始状态边坡的三维数据，该监测系统不受天气因素影响，可实时对边坡变形进行监测，可准确得出边坡是向前凸或后凸或左移或右移或上移或下移，为技术人员后期对边坡变形情况及边坡稳定性分析提供准确的数据支持。
【IPC分类】G01B11-16
【公开号】CN104713491
【申请号】CN201510168823
【发明人】阎宗岭, 黄河, 李聪, 柴贺军, 乔俊
【申请人】招商局重庆交通科研设计院有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月10日