CN102121999B

CN102121999B - 使用光传感器的无接触落石检测方法

Info

Publication number: CN102121999B
Application number: CN2010105950572A
Authority: CN
Inventors: 郑龙福; 宋源庚; 朴灿; 崔炳熙; 鲜于椿; 金福哲; 韩恐昌
Original assignee: Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources KIGAM
Current assignee: Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources KIGAM
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102121999A; KR101004024B1

Abstract

本发明提供了一种使用光传感器的无接触落石检测方法，该方法包括步骤：在落石的可能路径上安装无接触检测传感器；以及当无接触检测传感器检测到落石时存储检测数据。根据本发明，可以确定落石是否是帧的、落石的尺寸、以及落石的速度，并且由于落石与天气有联系，所以通过收集天气数据来确定天气与落石之间的相关性。

Description

使用光传感器的无接触落石检测方法

技术领域

本发明涉及无接触落石检测方法，其使用光传感器，从而确定落石是否是真的及落石的尺寸和速度并与天气相联系，并因此确定天气与落石之间的相关性。

背景技术

在韩国，由道路和铁路修筑形成许多斜坡以将整个国家连接起来。当在修筑之后发生诸如大雨、台风/暴风和地震的气候灾难时，斜坡完全坍塌或者岩屑落下，从而在许多情况下引起生命和财产损失。在大约121个地方，国道附近的道路被2002年8月份的台风Rusa损坏并且切削斜坡坍塌。

虽然这些斜坡的坍塌是自然破坏，但如果连续地准备相关的研究和措施，则能够缩小破坏的范围。已经进行的许多研究以预测斜坡的坍塌并在斜坡坍塌之前采取措施。在研究之中，相关机构已开始操作一种用于通过利用IT领域的技术来保持并控制高速功率、国道和铁路周围的斜坡的系统。

在已经开发并应用的常规落石检测系统中，一般在落石防止网中安装导线或光纤或坡度计，以通过测量导线的张力或通过感测由落石引起的落石防止网的导线短路或变形或斜率来检测落石。

然而，在安装落石防止网之后能够使用这些系统。此外，在岩石或其碎屑掉落之后，需要重新布置相关传感器或导线以重新执行系统的原始功能。在这方面，常规系统具有维护方面的困难。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种无接触落石检测方法，其实用光传感器，以通过借助于使用除张力或位移测量方法之外的无接触检测传感器来检测落石而减少用于重新布置的人力资源的不必要浪费并降低因重新布置而招致的成本。

本发明的另一目的是提供一种无接触落石检测方法，其使用光传感器，以通过借助于确定天气与落石之间的相关性来预测任何危险因素而使受害者和财产损失最小化。

根据本发明的方面，提供了一种使用光传感器的无接触落石检测方法，包括步骤：通过在落石的可能路径上安装无接触检测传感器来准备落石检测；以及当所述无接触检测传感器检测到落石时，存储检测数据。

将参考实施例在本发明的详细说明中解释本发明的其它目的和新型优点。

附图说明

通过参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是举例说明根据本发明的使用光传感器的无接触落石检测方法中的落石检测和处理算法的流程图；

图2是举例说明根据本发明的应用于使用光传感器的无接触落石检测方法的落石检测系统的示意图；

图3是举例说明作为图2的落石检测系统的主要部分的根据示例的光传感器的视图；

图4是举例说明作为图2的落石检测系统的主要部分的根据另一示例的光传感器的视图；

图5是图3的光传感器的透视图；

图6是图4的光传感器的透视图；以及

图7是举例说明作为图1的落石检测系统的主要部分的根据另一示例的光传感器的视图。

[主要元件的参考标号的简要说明]

10：数据处理单元 11：数据分析单元

12：数据库 31充电器

32：电池 71：照相机

72：温度和湿度传感器 73：雨量器

74：光发射单元 75：光接收单元

具体实施方式

现在将在下文中参考附图来更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。

本发明涉及一种使用光传感器的无接触落石检测方法，包括步骤：通过在落石的可能路径上安装无接触检测传感器来准备落石检测；以及当所述无接触检测传感器检测到落石时，存储检测数据。

安装许多无接触检测传感器，从而使其垂直地或水平地以规则间隔相互间隔开，以估计落石的尺寸。所述无接触检测传感器被安装在落石的可能路径上的任何两个位置处，以估计落石的速度。

此外，根据本发明的无接触落石检测方法包括步骤：当无接触检测传感器检测到对象时，拍摄检测区域的照片，以确定无接触检测传感器所检测的对象是否是落石，并存储所拍摄的图像数据的照片；当无接触检测传感器连续地检测到对象达到长于预定时间时，确定相应的检测传感器发生故障或在测量方面出现错误，将其从检测传感器排除，并删除在检测时拍摄的图像数据的照片；收集并存储天气数据；以及基于落石检测数据和天气数据来分析并存储落石与天气之间的相关性。

所述天气数据是温度和湿度数据及降雨量(precipitation)数据，并且所述无接触检测传感器是选自激光器、光学传感器、光传感器、或防水光传感器中的任何一个。

在描述根据本发明的使用光传感器的无接触落石检测方法之前，将描述用于解释本发明的落石检测系统。

所述落石检测系统包括：包括传感器单元、数据处理单元10和电源单元的硬件组件；以及包括分析传感器单元的测量数据的分析程序和管理测量数据和分析数据的数据库12的软件组件。

所述传感器单元包括：无接触传感器、照相机71、温度和湿度传感器72、以及雨量计73，以收集确定落石300是否是真的、落石300的尺寸和速度、温度、湿度和降雨量的数据。

通过考虑要检测的斜坡的尺寸、精确度、所检测的落石最小尺寸、用于实时检测的反应时间来确定无接触传感器。无接触传感器可以是选自激光器、光学传感器、光传感器、防水光传感器的任何一个。然而，由于无接触传感器被构造为被暴露于外界环境，所以优选的是使用在防水和抵抗撞击方面坚固的防水光传感器。

防水光传感器包括：光发射单元74和光接收单元75。不允许油或水的通过。其由坚固的不锈钢制成并包括钢框架，以防止由撞击引起的损坏。其在抵抗电击方面也是坚固的。此外，其甚至在大量土壤灰尘中提供强的光束，以穿透水或雨水。因此，其适合于被暴露于外界环境。

可以如图5至7所示地安装防水光传感器。在图5中，安装许多防水光传感器，以便以水平的方式对光发射单元74和光接收单元75进行定位。在图6中，以如图5所示的方式在落石的可能路径上的任何两个位置处安装防水光传感器。可以以垂直方式(未示出)以及如图5和6所示的水平方式安装防水光传感器。在图3至7中，参考标号51、52、53和54指示水平光传感器安装托架，参考标号55和56指示垂直光传感器安装托架，参考标号57和58指示用于垂直光传感器安装托架的支架。此外，参考标号500指示斜坡，参考标号200指示防护栏，并且参考标号400指示道路。

在图7中，在落石300可能移动的落石路径上的两个位置处以水平方式和安装方式两者安装防水光传感器。

当以如图5所示的方式安装防水光传感器时，可以检测落石，但不可以确定落石是否是真的，以推断落石的尺寸并知道落石的速度。

当以如图6所示的方式安装防水光传感器时，基于由第一位置91和第二位置92处的光传感器测量的数据，可以知道落石300的速度并粗略地推断落石300的尺寸。此外，还可以通过分析所测量的数据来粗略地检测落石300。然而，不可能确定落石300是否是真的。

当以如图7所示的方式安装防水光传感器时，可以通过在第一位置91和第二位置92处执行的测量数据来知道落石300的速度。还可以以与如图6所示的方式相比更高的可靠性知道落石300的尺寸。此外，可以通过分析所测量的数据大体上检测落石。然而，不可能确定落石是否是真的。

为了确定落石是否是真的，在安装有防水光传感器的位置附近安装照相机71。照相机71是网络照相机。不同于常规模拟CCTV，网络照相机通过基于以太网的网络来实现数字化视频流，并且能够进行远程监视达到很长的距离，只要网络可用即可，因此在网络上的任何远程位置处可以进行监视。

由于网络照相机被直接连接到IP网络，所以不存在距离和位置方面的限制，并且在网络上发送高质量图像。通过PC，可以在世界上的任何地方显示实时监视和记录图像。另外，由于向照相机添加了红外功能，所以LED在晚上自动地开启，因此其存储图像以便当在晚上发生落石时确定落石的类型。

温度和适度传感器72和雨量计73被构造为测量数据以确定落石与天气之间的相关性，并被安装在安装有防水光传感器的位置附近。

温度和湿度传感器72使用THS-200M模型。THS-200M模型是用于许多目的的精密温度和湿度传感器，诸如环境管理、精密行业、建筑控制等。由于此模型使用高技术和PT100Ω设备的薄膜聚合物静电电容型湿度传感器进行温度检测，所以其具有高精密度。此外，微处理器的发送机向各种测量和控制设备发送4～20mA的输出信号。大规模烧结金属过滤器在高度污染环境中保护检测元件。在此过滤器中，将过滤器螺钉分离以不断地清洁检测元件。由于发送电路被内置在坚硬的防潮和石膏铝壳中，所以其可以在任何不利环境中使用。由可活动法兰来自由地控制插入传感器的位置，以便其可非常容易地拆卸和附着。此外，由于检测传感器和发送电路(部分)被分离，从而在狭窄空间中或高温环境中是适当的。

雨量计73使用WDR-205模型。WDR-205模型在具有20cm的直径的水坑中收集雨水。在雨量计中，连接到量杯的传感器的簧片开关每0.5mm(15.7cc)的雨水产生一个脉冲。由传感器的轴承来操作此量杯。因此，在长时间使用时其不会由于异物而次序紊乱，并且其针对湿度或昆虫等保护性。

数据处理单元10包括：数据分析单元11，即用于分析传感器单元的测量数据的分析程序；以及数据库12，其用于管理传感器单元的测量数据和数据分析单元11的分析数据。

在向数据处理单元传输传感器单元的测量数据的过程中，数据获取(DAQ)充当中间介质。DAQ是使用DAQ硬件的模拟输入/输出、数字输入/输出和计数器/定时器测量的一般术语。此外，DAQ硬件意指将通过传感器或信号调节模块输出的电压值转换成可由计算机识别的数字信号的硬件。

在本发明中，需要至少11个数字输入(DI)通道和2个模拟输入(AI)通道。由于一种通信需要能够以USB类型传送的DAQ硬件，所以使用NI USB-6008(81)。

由8个模拟输入(AI)通道、2个模拟输出(AO)通道、12个数字输入/输出(DIO)通道、和32位计数器高速USB接口来连接NI USB-6008(81)。

数据处理单元包括用于在照明不足期间操作的电池32和充电器31。

数据分析单元11和数据库12基于传感器单元的测量数据来分析落石的尺寸和数目及天气。这些还在落石发生时拍摄落石图像的照片，将经分析的数据和图像存储到DB或文件中。数据分析单元11和数据库12还搜索或管理先前所记录的数据。

将描述根据本发明的使用光传感器的无接触落石检测方法。

根据本发明的无接触落石检测方法包括步骤：(S10)通过在落石的可能路径上安装无接触检测传感器来准备落石检测；以及(S20)当所述无接触检测传感器检测到落石时，存储检测数据。

无接触落石检测方法还包括步骤：(S30)当无接触检测传感器检测到对象时拍摄监测区域的照片，并存储所拍摄的图像数据的照片，以确定无接触检测传感器所检测的对象是否是落石；(S40)当无接触检测传感器连续地检测到对象达到长于预定时间时，确定相应的检测传感器发生故障或在测量方面出现错误，将其从检测传感器排除，并删除在检测时拍摄的图像数据的照片；(S50)收集并存储天气数据；以及(S60)基于落石检测数据和天气数据来分析并存储落石的发生与天气之间的相关性。

在通过在落石的可能路径上安装无接触检测传感器来准备落石检测的步骤S10中，垂直地或水平地以规则间隔布置许多无接触检测传感器，并在落石的可能路径上的任何两个位置处安装无接触检测传感器，以测量落石的尺寸和速度。

很明显，可以以除图5至7所示的方式之外的各种方式(未示出)来安装无接触检测传感器。无接触检测传感器使用选自激光器、光学传感器、光传感器和防水光传感器的任何一个。然而，在本发明中，由于无接触检测传感器被暴露于外界环境，所以使用针对水和撞击耐用的防水光传感器。

如果由无接触检测传感器(在下文中称为检测传感器)在准备落石检测的上述准备步骤期间检测到对象，则照相机拍摄检测传感器检测的区域的照片并存储在步骤S30中获取的照片数据。

当检测传感器连续地检测对象时，连续地存储数据。然后，如果任何检测传感器连续地检测到对象达到长于预定时间(例如，5秒)，则相应的检测传感器被确定为发生故障或在测量方面出现错误，并因此将其从检测传感器排除，并在步骤40中删除在检测时获取的照片数据。

除检测传感器的落石检测之外，在步骤50中收集并存储用于落石检测的区域的天气数据，并基于落石检测数据与天气数据，分析落石的发生与天气之间的相关性，并在步骤S50中将其存储。

天气数据包括温度/湿度数据和降雨量数据。将落石发生时的温度/湿度和降雨量存储为数据。将降雨量高和低时的落石频率存储为数据。将温度/湿度高和低时的落石频率存储为数据。基于这些数据，存储并分析落石的发生与天气之间的相关性。因此，如果在当降雨量高时落石频率高的区域中下雨很多，则控制该相应区域，或者采取紧急措施以使受害者或财产损失最小化。

如上所述，根据本发明的使用光传感器的无接触落石检测方法使用除张力或位移测量方法之外的无接触检测传感器。因此，使用光传感器的无接触落石检测方法减少常规技术中的由于重新布置而招致的不必要的人力资源浪费或维护成本。

此外，使用光传感器的无接触落石检测方法能够确定落石是否是真的、落石的尺寸、和落石的速度。还能够确定天气与落石之间的相关性，因为落石与天气有联系。

此外，由于使用光传感器的无接触落石检测方法能够确定天气与落石之间的相关性，所以可以基于感知的数据来预测任何危险因素，并准备适当的措施，从而使受害者和财产损失最小化。

已使用优选示例性实施例描述了本发明。然而，应理解的是本发明的范围不限于所公开的实施例。相反，本发明的范围意图包括在本领域的技术人员使用目前已知或未来技术和等价物的能力范围之内的各种修改和替换布置。因此，权利要求的范围应符合最广泛的解释，从而涵盖所有此类修改和类似布置。

Claims

1.一种使用光传感器的无接触落石检测方法，包括：在落石的可能路径上安装无接触检测传感器并准备落石检测的步骤；以及当所述无接触检测传感器检测到落石时存储检测数据的步骤；所述无接触检测传感器的安装包括将许多无接触检测传感器布置为垂直地或水平地以规则间隔相互间隔开、以测量落石的尺寸的步骤；无接触检测传感器的安装还包括在落石通过的区域内的任何两个位置处安装所述无接触检测传感器、以测量落石的速度的步骤；所述无接触检测传感器检测到对象时拍摄检测区域的照片并存储所拍摄的照片数据、以确定所述无接触检测传感器所检测的对象是否是落石的步骤；当任何所述无接触检测传感器连续地检测到对象达到长于预定时间时、确定相应的无接触检测传感器发生故障或在测量中出现错误、将相应的无接触检测传感器从其它无接触检测传感器排除、并删除在该检测时获取的照片数据的步骤。

2.根据权利要求1所述的使用光传感器的无接触落石检测方法，其特征在于：还包括：收集并存储天气数据的步骤。

3.根据权利要求2所述的使用光传感器的无接触落石检测方法，其特征在于：所述天气数据包括温度和湿度数据和降雨量数据。

4.根据权利要求2所述的使用光传感器的无接触落石检测方法，其特征在于：还包括：基于落石检测数据和天气数据来分析并存储落石的发生与天气之间的相关性的步骤。

5.根据权利要求1至4之一的所述的使用光传感器的无接触落石检测方法，其特征在于：所述无接触检测传感器是选自激光器、光学传感器、光传感器和防水光传感器中的任何一个。