[实用新型]一种地下空洞三维结构探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工程勘探方法及装置，特别是一种地下空洞三维结构探测装置。

背景技术

溶洞、采空区等地下空洞对水利水电、地表建筑、道路、桥梁、隧道等建设工程造成越来越严重的威胁，因此，在工程勘察检测项目中，对地下空洞的精确探测也越来越迫切。地下空洞的精确探测对于分析地质构造等具有重要意义，能有效地指导工程施工处理，消除由于地下空洞所带来的系列安全隐患。

常见的地下空洞探测手段包括电法、瞬变电磁、探地雷达、地震反射、地质钻探、钻孔电视等，这些常规的探测手段能够找到地下空洞的大致位置，但是无法精确探明地下空洞的形态和体积。由于地下空洞普遍存在埋深大、空间形态复杂、人员及测量设备无法到达、安全风险大等情况，无法实施人工常规工程测量，因此，也无法确定地下空洞的形态和体积，探测的局限性较大。地下空洞三维激光探测能很好的解决这个问题，这是因为激光具有普通光所完全不具备的四大特性：

(1) 定向发光。普通光源向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在0.001弧度立体角内，接近平行发光。

亮度极高。激光是当代最亮的光源，尽管激光的总能量并不一定很大，但能量高度集中，激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的，而且它是人类创造的。

单色性好。光首先是一种电磁波，光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合，而激光的波长只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。

相干性好。干涉是波动现象的一种属性，基于激光具有高方向性和高单色性的特性，因此，它的相干性极好。

目前，国外仅有OPTECH公司的CMS(空区3D三维激光扫描系统)和MDL公司的C-ALS (地下洞穴三维激光扫描系统)可以对地下空洞的内部结构进行三维激光精确扫描，还可以利用自带的摄像机实时地观测地下空洞的内部情况，但由于其系统价格昂贵，技术壁垒严重，很难在国内普及应用。

因此，目前在地下空洞三维结构的探测过程中存在采用常规探测手段探测地下空洞的形态和体积难度很大、实时性较差、探测精度较低、直观性较差、安全系数较低的缺点；采用国外CMS、C-ALS三维激光扫描系统进行探测，设备价格昂贵、操作较为复杂、探测成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种地下空洞三维结构探测装置。本实用新型在满足探测需求的情况下，既能降低探测难度、提高探测精度和安全系数，又具有设备价格低廉、操作容易、生产成本低的特点。

本实用新型的技术方案：一种地下空洞三维结构探测装置，包括主机和通过线缆与主机连接的探头；所述探头包括微处理器和与微处理器连接的电源A，所述探头还包括与微处理器连接的步进电机以及经RS232拓展一拖二电路与微处理器连接的激光测距装置和三维电子罗盘，所述激光测距装置和三维电子罗盘与步进电机固定连接，跟随步进电机一起旋转；所述微处理器上连接有RS485接口和调试接口。

前述的一种地下空洞三维结构探测装置中，所述主机和探头之间采用RS485接口连接。

前述的一种地下空洞三维结构探测装置中，所述主机包括处理器和与处理器连接的电源B，所述主机还包括与处理器连接的旋钮编码器以及经USB拓展一拖四电路与处理器连接的U盘、鼠标和数字键盘；所述处理器上还连接有显示器。

前述的一种地下空洞三维结构探测装置中，所述探头的直径为63～67mm。

前述的一种地下空洞三维结构探测装置中，所述线缆缠绕设置在绞车上，所述绞车包括手柄、传动装置和停止器等。

与现有技术相比，采用非接触主动测量方式，获取三维数据，能够对空洞内壁进行自动化扫描，且没有时间限制，相比传统测量方式具有实时性强、精度高、可操作性强、全数字特征等特点，系统本身成本低、使用简单便捷、工作效率较高，并且探测方式安全性高，克服了传统测量技术的局限性。