[發(fā)明專利]一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法

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• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113534181A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 劉動;吳旭彬;黃文彬
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市巖土綜合勘察設計有限公司
• 主分類號: G01S17/86
• 分類號: G01S17/86;G01B11/00;G01B11/02;G01B11/22;G01B11/06;G01B11/30
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 王慧敏

1.一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于，其方法包括如下步驟：

(S1)：選定已知有巖溶的復雜地區(qū)，在巖溶地區(qū)樁基開挖施工中，利用鉆探方式確認樁基底部含有未知結(jié)構(gòu)干溶洞；

(S2)：利用激光飛行時間探測裝置，對目標物體進行距離標定，利用紅外激光向物體發(fā)射等時間(TP)等幅值(A)的雙脈沖激光，通過相機傳感器接收物體處反射回來的激光，相機在三個窗口時間內(nèi)采集光信號，即第一個窗口W1的時間與雙脈沖激光的第一個脈沖時間一致，第二個窗口W2的開始時間與第一個窗口結(jié)束時間差2TP，與反射回來的激光中第二個脈沖時間相交，第三個窗口W1與第一個窗口結(jié)束時間差TP，采集背景光能量，使C1、C2、CB為相機在上述三個窗口分別采集到的光能量，假設目標距離為D，收集到的有效光幅值為AR，背景光幅值為AB，飛行時間為TTOF，已知激光在空氣中飛行速度為C，那么目標距離D可以由下述公式計算，同時通過小孔成像原理，將待測物體任意點P的三維坐標(X，Y，Z)將相機感光單元的坐標(xi，yi)與深度D相互對應，得到待測物體的三維坐標(X，Y，Z)，其中f為相機焦距；

(S3)：將激光飛行時間探測裝置安裝到鉆桿上，將探測裝置通過鉆機下放到未知結(jié)構(gòu)溶洞對應的深度，每60度進行一次溶洞的三維結(jié)構(gòu)識別，將相機所收集的光信號上傳至地面計算機中進行合成處理，在掃描完對應深度溶洞后，通過合成出的三維結(jié)構(gòu)判斷是否將溶洞完整掃描，如果對應深度以下依然含有溶洞結(jié)構(gòu)，則將探測裝置下降至未探測區(qū)域，并重復上述步驟，直至溶洞掃描完成；

(S4)：在掃描完成后，通過掃描得到的數(shù)據(jù)對標識好的溶洞進行幾何分析，在計算后得到對應溶洞的三維結(jié)構(gòu)與尺寸關(guān)鍵幾何參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S1)中，鉆探時采用直觀的方法，并采用鉆孔彩色電視來對孔內(nèi)溶洞進行原位觀察，同時對鉆孔獲取的土層或巖芯進行觀察描述，成像系統(tǒng)進行孔壁圖像實時采集，初步獲取到溶洞的數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S2)中，脈沖激光的能量密度為1.5-2.5J/cm²，脈沖激光的頻率為30MHz。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S2)中，激光飛行時間探測裝置與目標物體的距離為1m或1m以上，相機與目標物體的距離為1m或1m以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S3)中，激光飛行時間探測裝置是通過螺栓固定的方式安裝在鉆桿表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S3)中，在使用激光飛行時間探測裝置進行掃描識別時，如果遇到溶洞內(nèi)較近的凸起障礙物或其他阻礙裝置視角的氣體時，使鉆桿上升或下降來讓激光飛行時間探測裝置的視角遠離障礙物體。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S3)中，在激光飛行時間探測裝置跟隨鉆桿上下的同時，確保激光飛行時間探測裝置與巖壁之間存有30cm或30cm以上的間距。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結(jié)構(gòu)與尺度的快速測量方法，其特征在于：所述步驟(S4)中，獲取到的溶洞三維結(jié)構(gòu)參數(shù)包括有溶洞的最大寬度、最小寬度、深度、巖石的起伏度以及基巖的厚度。