一种大型土遗址坍塌病害的激光雷达在线监测系统的制作方法

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本实用新型属于土遗址保护技术领域，具体涉及一种大型土遗址坍塌病害的激光雷达在线监测系统。


背景技术：

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土遗址保护是世界性难题，由于其位于自然环境中，夯土又遇水软化坍塌、强度低、易老化，随着时间的推移，风吹日晒，暴露文物遭到不同程度的损伤，并出现坍塌的现象，虽通过修复并尽量维持了以前历史的原貌，但其表面依然避免不了出现开裂、脱落的现象。文物受损的预警机制对于不可移动文物的修复、保护是非常有效的途径。
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现有监测技术通过物理工具人工测量或者其他接触式方式测量的缺点是效率低，还可能对土遗址造成二次损坏，而且不可能做到实时、全天候的监控。用高速摄像机捕捉图像、视频观察等监测方法，因为土遗址表面凹凸不平以及受光线和夜晚无光的影响，可能造成拍摄到的图像很容易“失真”。


技术实现要素：

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本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种速度快、精度高、使用价值高、实施性较强的大型土遗址坍塌病害的激光雷达在线监测系统，对土遗址外壁掉层、脱落或者出现坍塌现象等外形发生变化进行预警。
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为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
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一种大型土遗址坍塌病害的激光雷达在线监测系统，包括激光雷达及激光雷达扫描云台，所述激光雷达扫描云台带动激光雷达上下摆动，实现从土遗址底部到顶层的全面扫描；所述激光雷达扫描云台内设监测系统，中心机房内设有数据采集系统及风险监测、评估系统服务器，所述服务器连接显示器，所述监测系统安装有运动控制卡，实现电气控制到机械精确位移的接口；所述激光雷达扫描云台通过步进电机进行上下摆动的角度控制。
[0007]
进一步的，所述激光雷达及激光雷达扫描云台均装设于距离土遗址监测区域一定距离的支撑杆的顶部。
[0008]
进一步的，所述包括激光雷达及激光雷达扫描云台均设有保护外壳。
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进一步的，所述监测系统的监测范围为0.7～80m，扫描角度为270
°
以内。
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与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
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本实用新型通过在距离土遗址监测区域一定距离安装一个激光雷达扫描云台，云台带动激光雷达上下摆动，完成从土遗址底部到顶层的全面扫描。云台需要上下摆动，采用步进电机进行精确角度(位置)控制，以提高横向、纵向扫描的精度；控制系统安装有运动控制卡，完成电气控制到机械精确位移的接口。
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本实用新型相较传统监测方法的优势在于：突破了单点测量的方式，以独特的信息获取、处理技术能较轻易的克服传统测量上的诸多难题，如其不需接触待测对象，无需布设控制点和观测点，速度快、精度高，能准确采集被扫描对象的各种微小形状变化和微裂隙
信息。能达到对剥落、坍塌等重要遗址病害的提前预警。实施性较强，缺陷判断得当，具有较高使用价值。
附图说明
[0013]
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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图1为本实用新型的激光雷达及激光雷达扫描云台结构示意图；
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图2为本实用新型的系统构成示意图；
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图3为本实用新型的工作示意图；
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图中：1-激光雷达，2-激光雷达扫描云台，3-土遗址，4-支撑杆，5-激光束。
具体实施方式
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为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但所举实施例只作为对本实用新型的说明，不作为对本实用新型的限定。
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如图1-3所示的一种大型土遗址坍塌病害的激光雷达在线监测系统，包括激光雷达1及激光雷达扫描云台2，所述激光雷达1及激光雷达扫描云台2均装设于距离土遗址3监测区域一定距离的支撑杆4的顶部。所述激光雷达扫描云台2带动激光雷达1上下摆动，实现从土遗址3底部到顶层的全面扫描；所述激光雷达扫描云台2通过步进电机进行上下摆动的精确角度位置控制，以提高横向、纵向扫描的精度，控制系统安装有运动控制卡，完成电气控制到机械精确位移的接口。
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所述激光雷达扫描云台2内设监测系统，中心机房内设有数据采集系统及风险监测、评估系统服务器，所述服务器连接显示器，操作人员可在显示器上观察实时扫描的数据和根据数据描绘出的土遗址3的模拟轮廓图。
[0021]
由于激光雷达1和激光雷达扫描云台2位于露天环境下，所以设置外壳来保护，防止雨淋和日晒，以提高本实用新型方案的可靠性。
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土遗址变形位置的准确判断和识别技术是本实用新型方案实施的关键技术，对于多个网格点合并的区域判断同样也很关键，有两个思路来解决这个问题：一是单个网格根据多时间点数据的变化，距离数据增加了，表示有裂缝或脱落了；二是根据单个网格的数据绘制按颜色区分的bmp图，通过图像分析算法(可采用opencv里的算法)，判断区域的形变，比如距离数据越大，网格颜色越深，来判断区域的形变。
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性能指标要求；
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1)监测范围：0.7米～80米。
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2)扫描角度：270
°
。
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3)分辨率0.17
°
。
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4)供电电压：ac220v/50hz
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5)防护等级ip67。
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监测能力：
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实时数据显示，实时曲线显示，外形轮廓模拟显示。
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可实现数据的打印和输出及可编程设置时间、报警高低限制、自动、清除、存储和打印功能、能调回并查看存储的数据；
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报警功能：超过报警值时要求声光报警；
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数据存储/检索：海量数据存储，并可实行检索(存储的数据中带有日期和时间标记)
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对存储数据进行统计分析：最大值(max)，最小值(min)，变化范围(rangb＝max-min)，平均值(mean)，∑(样本标准差)，cp，cpk，％误差(error)。
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能够通过数据管理功能实现检测数据库的建立和生成特定格式的检测报表文件，并可以打印、输出。
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本实用新型利用激光雷达监测手段激光束5对土遗址3进行全方位扫描，实时采集外形数据并对数据进行处理，对病害进行识别，既可得到客观稳定的检测结果，又能快速准确地对病害进行定位、测量。实现对文物风险的感知和评估，并上传至不可移动文物风险监测和评估系统服务器平台，建立预防性保护，发现问题及时预警(声光报警)；一旦出现倾斜、位移、沉降以及风雨吹蚀损害文物等及时预警。激光雷达技术的应用有利于文物的修复、文物的保护、文物自身价值的提取和认知。
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本实用新型中未做详细描述的内容均为现有技术。
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以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。