[发明专利]一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法

权利要求书

1.一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于，其方法包括如下步骤：

(S1)：选定已知有岩溶的复杂地区，在岩溶地区桩基开挖施工中，利用钻探方式确认桩基底部含有未知结构干溶洞；

(S2)：利用激光飞行时间探测装置，对目标物体进行距离标定，利用红外激光向物体发射等时间(TP)等幅值(A)的双脉冲激光，通过相机传感器接收物体处反射回来的激光，相机在三个窗口时间内采集光信号，即第一个窗口W1的时间与双脉冲激光的第一个脉冲时间一致，第二个窗口W2的开始时间与第一个窗口结束时间差2TP，与反射回来的激光中第二个脉冲时间相交，第三个窗口W1与第一个窗口结束时间差TP，采集背景光能量，使C1、C2、CB为相机在上述三个窗口分别采集到的光能量，假设目标距离为D，收集到的有效光幅值为AR，背景光幅值为AB，飞行时间为TTOF，已知激光在空气中飞行速度为C，那么目标距离D可以由下述公式计算，同时通过小孔成像原理，将待测物体任意点P的三维坐标(X，Y，Z)将相机感光单元的坐标(xi，yi)与深度D相互对应，得到待测物体的三维坐标(X，Y，Z)，其中f为相机焦距；

(S3)：将激光飞行时间探测装置安装到钻杆上，将探测装置通过钻机下放到未知结构溶洞对应的深度，每60度进行一次溶洞的三维结构识别，将相机所收集的光信号上传至地面计算机中进行合成处理，在扫描完对应深度溶洞后，通过合成出的三维结构判断是否将溶洞完整扫描，如果对应深度以下依然含有溶洞结构，则将探测装置下降至未探测区域，并重复上述步骤，直至溶洞扫描完成；

(S4)：在扫描完成后，通过扫描得到的数据对标识好的溶洞进行几何分析，在计算后得到对应溶洞的三维结构与尺寸关键几何参数。

2.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S1)中，钻探时采用直观的方法，并采用钻孔彩色电视来对孔内溶洞进行原位观察，同时对钻孔获取的土层或岩芯进行观察描述，成像系统进行孔壁图像实时采集，初步获取到溶洞的数据。

3.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，脉冲激光的能量密度为1.5-2.5J/cm²，脉冲激光的频率为30MHz。

4.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，激光飞行时间探测装置与目标物体的距离为1m或1m以上，相机与目标物体的距离为1m或1m以上。

5.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，激光飞行时间探测装置是通过螺栓固定的方式安装在钻杆表面。

6.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，在使用激光飞行时间探测装置进行扫描识别时，如果遇到溶洞内较近的凸起障碍物或其他阻碍装置视角的气体时，使钻杆上升或下降来让激光飞行时间探测装置的视角远离障碍物体。

7.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，在激光飞行时间探测装置跟随钻杆上下的同时，确保激光飞行时间探测装置与岩壁之间存有30cm或30cm以上的间距。

8.根据权利要求1所述的一种利用激光飞行时间对桩基底部已钻通干溶洞三维结构与尺度的快速测量方法，其特征在于：所述步骤(S4)中，获取到的溶洞三维结构参数包括有溶洞的最大宽度、最小宽度、深度、岩石的起伏度以及基岩的厚度。