基于可视化的激光测距系统的制作方法

1.本实用新型涉及建筑变形监测技术领域，尤其涉及一种基于可视化的激光测距系统。


背景技术：

2.目前，在工程检测领域智能化工程监测项目中：针对被监测体的位移、沉降、大跨度形变等参数的监测大多数都采用拉线式位移传感器、导轮测距仪等常规接触式传感器，以及无线倾角仪、激光测距仪等非接触式传感器来进行数据采集。
3.但是，对于接触式传感器而言，会存在施工麻烦，维护难度大，安装成本高，因抗干扰能力差而导致的数据采集精度不高等缺陷。对于非接触式传感器中的无线倾角仪而言，以基于lora通信的无线倾角仪为例，由于各个节点传感器要通过无线组网，数据传输缓慢，监测系统受振动和温度的影响大，因此采集数据的精度不高。
4.因此，在隧道拱顶沉降、边坡位移监测、承重墙形变监测中通常选用测试可靠性更高的激光测距传感器，但是常见的激光测距传感器在使用时，激光测距传感器的安装结构差异性很大，仅凭现场施工人员经验进行安装使得激光测距的安装随意性较大，存在安装点的监测传感器姿态不合理等不足，后期维护频率与维护成本加大；并且所安装的激光传感器设备无阈值设置与报警功能，仅对单点的监测数据进行采集，会存在数据可靠性不高的问题。一旦当监测现场有紧急情况出现，需要获取实时画面时，单纯增设不具备多设备联动性的视频监控站会使得视频监控的时效性与可靠性不高，也会加重视频监控设备的能耗负担。对于供电仅靠光伏供电的野外监测场景而言，整个监测系统的供电可靠性大大降低，严重时会由于供电的不足导致整个监测系统的瘫痪。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、各设备联动性强、监测准确度高和能耗低的基于可视化的激光测距系统。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
7.一种基于可视化的激光测距系统，包括激光测距装置、常态下休眠的摄像装置以及使二者与处理终端通信的通信模块，所述激光测距装置与摄像装置通讯连接；所述激光测距装置用于对待监测点测距并获得距离信息，并将距离信息与内部预存报警阈值比对，并根据比对结果发送报警信号至处理终端和摄像装置；所述摄像装置用于在收到报警信号后唤醒并对待监测点拍摄获得图像信息；所述通信模块用于将报警信号、距离信息和图像信息发送至处理终端。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述摄像装置回转连接于多个激光测距装置的上方，于接收到某一激光测距装置的报警信号后唤醒并转动至与该激光测距装置相应的方位，对该激光测距装置对应的待监测点拍摄获得图像信息。
10.处理终端用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警阈值至激光测距装置。
11.所述激光测距装置于当前获得的距离信息超出第一报警阈值和/或累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置。
12.所述激光测距装置在第一报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置；
13.所述激光测距装置在第二报警模式下于累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置；
14.所述激光测距装置在第三报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值和累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时均发送报警信号至处理终端和摄像装置。
15.处理终端用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警模式指令至激光测距装置，所述激光测距装置依据报警模式指令运行第一报警模式、第二报警模式或第三报警模式。
16.处理终端用于在接收的图像信息低于设定像素时发送信号控制摄像装置再次对待监测点拍摄获得图像信息。
17.还包括安装架，所述激光测距装置和摄像装置均连接于安装架上并通过安装架连接于设定位置，所述摄像装置位于激光测距装置的上方。
18.所述激光测距装置和摄像装置的相对位置可通过安装架调节，所述安装架包括连接激光测距装置的第一安装臂、连接摄像装置的第二安装臂以及连接座，所述连接座上设有按列排布的多个通孔，所述第一安装臂和/或第二安装臂上设有连接孔，并通过紧固件穿入连接孔以及连接座的通孔紧固。
19.所述安装架上设有一转盘，所述转盘绕一水平轴线铰接于安装架本体上，所述激光测距装置通过沿垂直于转盘的轴承连接于转盘上。
20.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
21.本实用新型的基于可视化的激光测距系统，包括激光测距装置、摄像装置以及使二者与处理终端通信的通信模块，激光测距装置与摄像装置通讯连接。工作过程中，由激光测距装置对待监测点进行监测，获取其距离信息，将距离信息和报警阈值进行比对，当距离信息未超过报警阈值时，激光测距装置直接将距离信息通过通信模块发送到处理终端，由处理终端进行展示；由于激光测距装置在该过程中已经能够满足监测的要求，因此摄像装置在此过程中一直处于休眠状态，相比启动状态需要的能耗更低。当距离信息超出报警阈值之后，激光测距装置发送报警信号到摄像装置和处理终端，摄像装置从休眠中被报警信号唤醒，从而拍摄待监测点的图像信息，以便于进一步的确认待监测点是否出现异常形变或沉降，之后由摄像装置本身将图像信息和距离信息整合，形成带有距离值、报警数据、监测点的位置、日期、时间等信息的图像或视频，并发送至处理终端进行展示，便于工程技术人员更加真实的对监测点的信息进行判断与处理。
22.本实用新型的测距系统在监测正常状态和异常状态下自如转换，通过摄像装置有效提高监测数据的准确性和可靠性，使得激光测距装置与摄像装置能实现联动操作，进而使得监测数据与图片、短视频能够相互佐证，更进一步保证监测系统的可靠性与稳定性。同
时摄像装置也不会一直处于启动状态，因此对供能设备的要求也更低，降低能量消耗，即便设置在仅靠光伏供电的野外监测场景也能保持稳定、有效和长期的良好监测。
附图说明
23.图1是本实用新型的基于可视化的激光测距系统的连接关系示意图；
24.图2是本实用新型的基于可视化的激光测距系统中通信模块的示意图；
25.图3是本实用新型的基于可视化的激光测距系统的工作流程示意图；
26.图4和图5是本实用新型的基于可视化的激光测距系统的结构示意图；
27.图6和图7是本实用新型的基于可视化的激光测距系统的测试结果图。
28.图例说明：1、激光测距装置；2、摄像装置；3、安装架；31、第一安装臂；32、第二安装臂；33、连接座；34、转盘。
具体实施方式
29.为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型做更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体实施例。
30.实施例1：
31.如图1和图3所示，本实施例的基于可视化的激光测距系统，包括激光测距装置1、常态下休眠的摄像装置2以及使二者与处理终端通信的通信模块，激光测距装置1与摄像装置2通讯连接。工作过程中，由激光测距装置1对待监测点进行监测，获取其距离信息，将距离信息和报警阈值进行比对，当距离信息未超过报警阈值时，激光测距装置1直接将距离信息通过通信模块发送到处理终端，由处理终端进行展示；由于激光测距装置1在该过程中已经能够满足监测的要求，因此摄像装置2在此过程中一直处于休眠状态，相比启动状态需要的能耗更低。当距离信息超出报警阈值之后，激光测距装置1发送报警信号到摄像装置2和处理终端，摄像装置2从休眠中被报警信号唤醒，从而拍摄待监测点的图像信息，以便于进一步的确认待监测点是否出现异常形变或沉降，之后由摄像装置2本身将图像信息和距离信息整合，形成带有距离值、报警数据、监测点的位置、日期、时间等信息的图像或视频，并发送至处理终端进行展示，便于工程技术人员更加真实的对监测点的信息进行判断与处理。这种数据信息叠加到视频或图片是在摄像装置2集成的处理模块中完成，即信息合成前端化，而并非是普通监控摄像头的数据处理机制，即在后台的视频监控处理平台中完成的，这种叠加方式运行更迅速，处理更加高效。
32.本实施例的测距系统在监测正常状态和异常状态下自如转换，通过摄像装置2有效提高监测数据的准确性和可靠性，使得激光测距装置1与摄像装置2能实现联动操作，进而使得监测数据与图片、短视频能够相互佐证，更进一步保证监测系统的可靠性与稳定性。同时摄像装置2也不会一直处于启动状态，因此对供能设备的要求也更低，降低能量消耗，即便设置在仅靠光伏供电的野外监测场景也能保持稳定、有效和长期的良好监测。
33.本实施例中，摄像装置2回转连接于多个激光测距装置1的上方，于接收到某一激光测距装置1的报警信号后唤醒并转动至与该激光测距装置1相应的方位，对该激光测距装置1对应的待监测点拍摄获得图像信息。由于监测过程中异常的情况不是一直发生的，因此摄像装置2大多数时间都是处于休眠状态下的，本实施例中采用一个摄像装置2与多个激光
测距装置1联动的方式，相比一对一的联动方式来说，减小了摄像装置2的需求量，同时提高了摄像装置2与激光测距装置1的工作时长之比，充分利用摄像装置2可服务时期。
34.本实施例中，摄像装置2所选用的摄像头是具备在空间范围内任意角度都能进行抓拍和录屏的球机，并且可以插入4g物联网卡与处理终端进行通信。激光测距装置1通过rs485通信线与摄像装置2实现有线连接。
35.本实施例中，激光测距装置1可通过发射一束具有较大功率的激光源照射到被监测点上，然后通过对反射回来的激光信号进行结算得到二者的距离信息。本实施例中的激光测距装置1采用的是全相位傅里叶变换的测距算法，并且具有数据采集、地址查询/修改等功能，上述功能都是已有激光测距传感器或者测距设备具有的功能。
36.本实施例中，如图2所示，通信模块包括设置在摄像装置2上的4g物联网卡以及与激光测距装置1连接的通信电路，通信电路将4g、5g以及北斗短报文通信三种通信电路均集成在同一块电路中，三者的切换方式是机械的拨动开关来实现的。当5g信号存在且信号强度强时，可以将更换成5g通信，此时传输速度与稳定性更高；当4/5g信号不存在或者信号强度很弱时，可以将北斗短报文通信进行适配，能够较为稳定的传输；激光测距装置1的主控芯片stm32f103c8t6总共有3个串口，其中串口1用于激光发生模组的距离信息采集，串口2配置rs485通信电路与摄像装置2进行连接，串口3用于连接通信电路。
37.本实施例中，处理终端用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警阈值至激光测距装置1，激光测距装置1根据接收的报警阈值判定距离信息是否异常。报警阈值可以依据不同的地形、不同的建筑结构以及不同的环境进行人为设置。
38.本实施例中，激光测距装置1共有三种运行的报警模式：
39.激光测距装置1在第一报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置2；即第一报警阈值为单次的距离信息的正常范围，单次距离信息超出该范围时，表明待监测点相比于正常形态产生了异常形变。
40.激光测距装置1在第二报警模式下于累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置2；即第二报警阈值为形变过程或监测误差的正常范围，当累计多次距离信息之间的偏差值超出该范围时，表示待监测点正在发生非正常的形变。
41.激光测距装置1在第三报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值和累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时均发送报警信号至处理终端和摄像装置2。即既对单次距离信息进行判定，又对累计距离信息偏差值进行判定，更加全面的监测待监测点的情况。
42.本实施例中，处理终端还用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警模式指令至激光测距装置1，激光测距装置1依据报警模式指令运行第一报警模式、第二报警模式或第三报警模式，以运行不同的监测情况。
43.本实施例中，摄像装置2拍摄待监测点的图片，并录制一段时间(通常为15秒)的短视频，然后用通信模块将图片和视频流信息推送给处理终端，处理终端会对所抓拍的图片与视频流信息进行识别，若像素过低，会发送指令使摄像装置2重新捕获图片和短视频。
44.本实施例中，如图4所示，系统还包括安装架3，激光测距装置1和摄像装置2均连接于安装架3上并通过安装架3连接于设定位置，因此激光测距装置1和摄像装置2的相对位置
更加稳定。安装架3通过固定底座用紧固螺栓固定在坚实可靠的位置，其位置不会轻易发生变化，摄像装置2位于激光测距装置1的上方，便于对待监测点进行拍摄。
45.本实施例中，如图5所示，激光测距装置1和摄像装置2的相对位置可通过安装架3调节，安装架3包括连接激光测距装置1的第一安装臂31、连接摄像装置2的第二安装臂32以及连接座33，连接座33上设有按列排布的多个通孔，第一安装臂31和第二安装臂32上设有连接孔，并通过紧固件穿入连接孔以及连接座33的通孔紧固。本实施例中，连接座33上分别设有水平和竖直的两列通孔，水平通孔用于连接第一安装臂31，竖直通孔用于连接第二安装臂32，通过与不同的通孔连接，第一安装臂31能够调节激光测距装置1与摄像装置2之间的水平距离，第二安装臂32能够调节激光测距装置1与摄像装置2之间的竖直距离，二者结合进一步实现相对位置的全面调整。
46.本实施例中，安装架3上设有一转盘34，转盘34绕一水平轴线铰接于安装架3本体上，激光测距装置1通过沿垂直于转盘34的轴承连接于转盘34上。安装架3在固定完成后，可以调节转盘34的前后倾角，并通过螺栓等紧固件紧固该倾角位置，之后通过轴承转动来调节激光测距装置1的回转角度，再通过螺栓等紧固件紧固位置，便可以实现激光测距装置1的朝向全方面调节。调节过程简易方便，工作人员能够快速的完成布放。本实施例的调节结构和紧固件均采用现有结构和现有常规调节及紧固方式，在此不做赘述。
47.实施例2：
48.本实施例中，处理终端也可以定时给激光测距装置1发送数据采集指令，然后激光测距装置1接收到数据采集指令后会将所获得的距离信息发送至处理终端，其数据传递格式为：
49.处理终端发送：addr 11 09 5a 44 4a 43 07 20 19 08 09{crc16l crc16h}
50.激光测距装置1应答一：addr 11 09 5a 44 4a 43 07____{crc16l crc16h}-数据采集
51.激光测距装置1应答二：addr 16 09 5a 44 4a 43 07____{crc16l crc16h}-报警数据
52.其中：addr表示地址；11/16表示功能码(11表示数据采集，16表示报警数据)；09表示数据长度，从“5a”开始往右计数9个字节；“5a 44 4a 43”是数据分隔符；“____”表示4字节的单精度浮点数，即为采集的距离信息。{crc16l crc16h}：表示crc校验的高低位。通过应答指令中的功能码可以判断应答数据是正常的采集数据还是报警数据。一般情况下，在未产生报警信息时，只会应答数据采集指令；而当产生报警信息时，数据采集指令和报警数据均会应答。本实施例中所涉及的激光测距装置1的精度能达到
±
1mm，测量范围是0.01m～40m，这一参数指标能达到高精度的要求。
53.本实施例中，处理终端发送报警阈值指令，激光测距装置1接受到指令并完成相应报警阈值设置后，会应答一条回复指令，指令设置格式为：
54.处理终端发送：addr 13 09 5a 44 4a 43 07____{crc16l crc16h}
55.激光测距装置1应答：addr 13 09 5a 44 4a 43 07 53 5a 43 47{crc16l crc16h}
56.其中：addr表示地址；13表示功能码；09表示数据长度，从“5a”开始往右计数9个字节；“5a 44 4a 43”是数据分隔符；“____”表示4字节的单精度浮点数，即为所设置的阈值范
围。“53 5a 43 47”为阈值设置成功标识符；{crc16l crc16h}：表示crc校验的低位和高位。
57.即当处理终端接收到应答数据帧中的阈值设置成功标识符时，表示阈值设置成功。例如：当设置30mm的报警阈值，“30mm”所对应的4字节16进制数为“41 f0 00 00”，通过串口调试助手进行测试时，测试结果如图6所示。
58.本实施例中，处理终端发送报警模式指令，本实施例以发送单次告警和相邻偏差值告警两种模式为例，测试结果如图7所示：
59.其中，编号为“1”的数据为上一次测试数据“44 24 80 00”＝658mm，编号“2”为本次测试数据“43 9b 00 00”＝310mm，编号“3”为两次测试数据的差值“43 ae 00 00”＝348mm此差值超过报警阈值“30mm”,因此会上传报警信息，并且提供报警差值。
60.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种基于可视化的激光测距系统，其特征在于：包括激光测距装置（1）、常态下休眠的摄像装置（2）以及使二者与处理终端通信的通信模块，所述激光测距装置（1）与摄像装置（2）通讯连接；所述激光测距装置（1）用于对待监测点测距并获得距离信息，并将距离信息与内部预存报警阈值比对，并根据比对结果发送报警信号至处理终端和摄像装置（2）；所述摄像装置（2）用于在收到报警信号后唤醒并对待监测点拍摄获得图像信息；所述通信模块用于将报警信号、距离信息和图像信息发送至处理终端。2.根据权利要求1所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：所述摄像装置（2）回转连接于多个激光测距装置（1）的上方，于接收到某一激光测距装置（1）的报警信号后唤醒并转动至与该激光测距装置（1）相应的方位，对该激光测距装置（1）对应的待监测点拍摄获得图像信息。3.根据权利要求1所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：处理终端用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警阈值至激光测距装置（1）。4.根据权利要求1或3所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：所述激光测距装置（1）于当前获得的距离信息超出第一报警阈值和/或累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置（2）。5.根据权利要求4所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：所述激光测距装置（1）在第一报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置（2）；所述激光测距装置（1）在第二报警模式下于累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时发送报警信号至处理终端和摄像装置（2）；所述激光测距装置（1）在第三报警模式下于当前获得的距离信息超出第一报警阈值和累计设定次数获得的距离信息偏差值超出第二报警阈值时均发送报警信号至处理终端和摄像装置（2）。6.根据权利要求5所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：处理终端用于在基于可视化的激光测距系统运行前通过通信模块发送报警模式指令至激光测距装置（1），所述激光测距装置（1）依据报警模式指令运行第一报警模式、第二报警模式或第三报警模式。7.根据权利要求1所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：处理终端用于在接收的图像信息低于设定像素时发送信号控制摄像装置（2）再次对待监测点拍摄获得图像信息。8.根据权利要求1或2所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：还包括安装架（3），所述激光测距装置（1）和摄像装置（2）均连接于安装架（3）上并通过安装架（3）连接于设定位置，所述摄像装置（2）位于激光测距装置（1）的上方。9.根据权利要求8所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：所述激光测距装置（1）和摄像装置（2）的相对位置可通过安装架（3）调节，所述安装架（3）包括连接激光测距装置（1）的第一安装臂（31）、连接摄像装置（2）的第二安装臂（32）以及连接座（33），所述连接座（33）上设有按列排布的多个通孔，所述第一安装臂（31）和/或第二安装臂（32）上设有连接孔，并通过紧固件穿入连接孔以及连接座（33）的通孔紧固。10.根据权利要求8所述的基于可视化的激光测距系统，其特征在于：所述安装架（3）上设有一转盘（34），所述转盘（34）绕一水平轴线铰接于安装架（3）本体上，所述激光测距装置
（1）通过沿垂直于转盘（34）的轴承连接于转盘（34）上。

技术总结
本实用新型公开了一种基于可视化的激光测距系统，包括激光测距装置、常态下休眠的摄像装置以及使二者与处理终端通信的通信模块，所述激光测距装置与摄像装置通讯连接；所述激光测距装置用于对待监测点测距并获得距离信息，并将距离信息与内部预存报警阈值比对，并根据比对结果发送报警信号至处理终端和摄像装置；所述摄像装置用于在收到报警信号后唤醒并对待监测点拍摄获得图像信息；所述通信模块用于将报警信号、距离信息和图像信息发送至处理终端。本实用新型的基于可视化的激光测距系统具有结构简单、使用方便、各设备联动性强、监测准确度高和能耗低等优点。测准确度高和能耗低等优点。测准确度高和能耗低等优点。


技术研发人员：廖勇 郭棋武 胡泽超
受保护的技术使用者：中大检测（湖南）股份有限公司
技术研发日：2021.06.02
技术公布日：2022/5/25