CN105203030B - 工程场地微小位移量监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种工程场地微小位移量监测方法，主要解决现有测量仪或方法中测量精度不足等技术问题。它包括摄影检测、图像上传和图像处理；该摄影检测过程如下：①、在待监测体的目标点上设置一个反射镜；②、在固定墩上设置一块面向反射镜的靶标板和数字摄像机；当摄像机摄取反射镜时，该靶标板图像正好映射至反光镜中，因而被摄像机同时摄取；图像并经上传和处理，就可检测出目标点位的相对微小位移量。该方法能将目标点上的微小位移量进行放大显示，提高了量测精度，可广泛应用于滑坡等特殊地面条件的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度工程摄影监测技术，用于监测工程场地各维方向上的微小形变量。
背景技术
工程场地中经常需要测量工程场地环境、工程体、或已建建筑物的某些部位，相对于其它部位或相对于周围地面的形变性位移。如边坡的滑动位移、基坑的挤压位移、建筑物的沉降位移、桥梁的变形位移等等。传统的测量方法是使用高精度的测量仪器，如全站仪、水准仪、GPS接收机、激光扫描仪等。这些方法都是对实际的变形量进行直接观测，其测量精度不高，一般很难监测到小于1mm量级或更微小的形变，如0.1mm；而且工作效率较低，全部靠人工操作，不能适应如山区滑坡等特殊环境地区的监测、以及满足24小时不间断观测的需求。
又如公开号为CN1789905A的专利技术，其公开了一种位移/挠度检测和监测装置及方法，其主要技术要点是在待监测体上设置激光发射器，将激光垂直发射至设置在固定地点上的投影面板上，由摄影设备摄取面板上的激光斑点，通过计算机分析处理以确定待监测体的相对位移。该技术在实际操作时存在以下缺陷：1、当待测体发生形变时，通过三角支架所设置的激光发射器发射的激光束与投影面板将形成非直角的夹角，无法保证激光束垂直于投影面板，从而影响其计算结果，甚至激光束将无法准确地发射至投影面板上，使监测失败。2、该监测方法是通过摄影设备摄取光斑点变化进行监测待测体的，在待测体形变较小时，如0.1mm时，是无法准确进行监测和方向上的定位。3、受激光束发射频率的影响不能持续进行监测，当激光束发射频率过大时，激光斑点过密，无法准确进行检测，从而影响监测结果。
发明内容
本发明主要是解决现有工程场地形变监测的精度不足、工作效率低且不能实现24小时全天候不间断连续监测等技术问题；进而提供一种对工程场地微小位移量进行监测的方法，为一种监测精度能达到0.1mm量级的、自动的、全天候的连续监测方法。
本发明的一种工程场地微小位移量监测方法，是一种通过摄影技术对待监测体微小形变进行实时、连续的监测过程，它包括待监测体的形变位移的摄影检测、图像上传和图像处理；该摄影检测是通过摄像机实时摄取待监测体的图像，其具体过程如下：①、在待监测体的目标点上设置一个固定反射镜，在该反射镜的镜面上设置有等间隔的纵向或/和横向的黑色条纹组；②、在待监测体的目标点之外一定距离处的固定地面上建造固定墩，在固定墩上设置一块面向反射镜的靶标板和一个面向反射镜且用于摄取由反射镜反射过来的靶标板图像的摄像机，在该靶标板上设置有与反射镜黑色条纹组相对应的且黑白相隔的靶标条纹组；当摄像机摄取反射镜上的黑色条纹组时，该靶标板上对应于该组黑色条纹组的靶标条纹组图像正好映射至反光镜中的该组黑色条纹组区域并与之重叠，且黑色条纹组与映射过来的靶标条纹组在镜面上构成一个微小角度θ，因而两组条纹组同时被摄像机所摄取；
通过摄像机摄取映射的靶标条纹组与反射镜面的黑色条纹组相重叠的图像并经图像上传及图像处理，可检测出目标点位相对于固定墩位在各时间段内的相对微小位移量；该相对微小位移量其中θ为黑色条纹组与映射过来相对应的靶标条纹组在镜面上所构成的微小角度，为某时间段内靶标条纹组沿黑色条纹组线划方向所移动的距离的平均值，k为像元系数。
进一步，在反射镜1上的黑色条纹组的条纹方向垂直于欲检测位移矢量的方向；与黑色条纹组相对应的靶标板上的靶标条纹组映射至反射镜中时，与反射镜上相对应的黑色条纹组构成一个微小角度θ，该微小角度θ＝4°～10°。
再进一步，上述的微小角度θ＝arctn 0.1＝6°。
进一步，在反射镜和靶标板上设置有相对应的两组条纹组，可同时检测目标点上的2个相垂直方向上的微小位移量。
进一步，上述图像上传是将摄像机所摄取的图像传至计算机中以进行图像处理；该图像上传可采取适应于待监测体工地环境的以下方式：用摄像机内的记存卡将图像转到计算机；或通过WIFI直接传输到计算机；或先通过WIFI传输到手机后再经手机转传至计算机。
更进一步，图像处理采用人机交互式的手动处理方式。
更进一步，上述图像处理通过计算机程序进行自动处理；该图像自动处理包括以下步骤：①、对图像作LOG变换及边缘检测，以确定各条纹线的边缘；②、对检测的边缘点进行Hough变换并提取各条纹线的边缘直线；③、求各直线交点坐标；④、比较前一时刻与当前时刻的交点坐标，求算目标点在该时间段内的相对微小位移量。
再进一步，该方法应用于滑坡监测。
本发明相比现有全站仪、水准仪、GPS接收机、激光扫描仪等现有技术，有如下优点：(1)由于采用了反射镜上黑色条纹组与靶标板上的靶标条纹组以一个小的角度重叠成像，能将目标点上的微小位移量进行放大显示，从而使量测精度提高一个数量级，能精确地检测到如0.1mm量级的微小形变；(2)在同等精度水平上，设备成本比全站仪、GPS接收机、激光扫描仪低一个数量级；(3)可以通过网络实现24小时不间断的多点监测，提高监测效率。同时也可以利用internet网络，实现远距离的监测。(4)通过加设反光镜和靶标板可用于多维(如三维)矢量方向的微小位移量的监测。(5)、该方法不受地理条件限制，可广泛应用于滑坡等特殊地面条件的监测。
附图说明
图1是本发明工程场地微小位移量的监测原理图；
图2是目标点微小位移量经靶标条纹组放大显示后的原理图；
图3是同时检测两个相垂直方向的位移量时靶标板和反光镜上的条纹形状，其中图a为靶标板上的靶标条纹组，图b为反光镜上的黑色条纹组；
图4为自动监测网络示意图；
图5为本发明应用于滑坡监测时原理示意图。
具体实施方式
实施例一
本发明的工程场地微小位移量的监测方法，是一种通过摄影技术对待监测体微小形变进行实时、连续的监测过程，利用摄像技术可对待监测体发生形变所产生的实时图像进行全天候的连续拍摄。该待监测体包括一切需要监测的工程场地、工程体、或已建建筑物等等，通过监测以准确判断待监测体相对于其它部位或周围地面的形变性位移；如边坡的滑动位移、基坑的挤压位移、建筑物的沉降位移、桥梁的变形位移等等。该监测方法包括待监测体的形变位移的摄影检测、图像上传和图像处理。该摄影检测是通过摄像机实时摄取待监测体的图像，如摄取发生形变位移当时的图像，以确定该时刻所发生形变相对于之前某时刻的形变位移量。参见图1，该摄影检测的具体过程如下：①、在待监测体的目标点上设置一个固定反射镜1，在该反射镜的镜面上设置有等间隔的纵向或/和横向的黑色条纹组11，图1中所示为一组纵向条纹组。该黑色条纹组11的宽度和间隔均为2厘米，长度为30厘米；②、在待监测体的目标点之外50米处的固定地面上建造固定墩，在固定墩上设置一块面向反射镜的靶标板2和一个面向反射镜1且用于摄取由反射镜反射过来的靶标板图像的数字摄像机3，在该靶标板2上设置有与反射镜黑色条纹组11相对应的且黑白相隔的靶标条纹组21；当摄像机摄取反射镜上的黑色条纹组时，该靶标板上对应于该组黑色条纹组的靶标条纹组图像正好映射至反光镜中的该组黑色条纹组区域并与之重叠(如图2所示)，且黑色条纹组与映射过来的靶标条纹组在镜面上构成一个微小角度θ，因而两组条纹组同时被摄像机所摄取。通过摄像机摄取映射的靶标条纹组与反射镜面的黑色条纹组相重叠的图像并经图像上传及图像处理，即可检测出目标点位相对于固定墩位在各时间段内的相对微小位移量。该相对微小位移量其中θ为黑色条纹组与映射过来相对应的靶标条纹组在镜面上所构成的微小角度，为某时间段内靶标条纹组沿黑色条纹组线划方向所移动的距离的平均值(单位为像元素)，k为像元系数即镜面处的像元尺寸(单位为毫米/像元)，该系数与摄像机性能等因素相关。
再参阅图1。图1所示，在反射镜1上的黑色条纹组11的条纹方向为纵向即平行于Y轴方向，该方向垂直于欲检测位移矢量的方向即X轴方向，用于准确监测待监测体相对于固定墩位在X轴方向上各时间段内的相对位移量。与黑色条纹组相对应的靶标板2上的靶标条纹组21映射至反射镜中时，与反射镜上相对应的黑色条纹组11构成一个微小角度θ，该微小角度θ＝6°，如图2所示。
上述摄像检测的摄影图像经图像上传至计算机。图像上传是将摄像机所摄取的图像传至计算机中以进行图像处理。本发明的图像上传可采取适应于待监测体工地环境的以下方式：用摄像机内的记存卡将图像转到计算机；或通过WIFI直接传输到计算机；或先通过WIFI传输到手机后再经手机转传至计算机，或其它自动上传方式。该上传方式，十分简捷。
摄像机所摄取的图像经上传至计算机后，可通过计算机对所摄取的图像进行处理。图像处理可通过携带的计算机在现场采用人机交互方式进行处理；也可通过自动上传至监控中心的计算机进行自动处理，便于自动远程监控。
本实施例中摄像机3为自动拍摄，其镜头焦距为200毫米，感光像元尺寸为4微米，从而确定镜面处的像元尺寸为1毫米，靶标板处的像元尺寸为2毫米，显示在镜面上的靶标条纹宽度为1厘米。参阅图2，截取某一时刻的摄像机摄取的图像如图2所示，通过人机交互方式记录此时刻图像中各靶标条纹线与镜面垂线的交点坐标值y 1。通过同样的方法又量测到另一时刻图像的所对应的靶标条纹线与镜面垂线的交点坐标值y2。两组对应值相减，差值为(y2-y1)，然后取各条纹线所对应交点差值的平均值根据正切公式，就得到此时间段镜面目标相对于固定墩的位移量Δ，即式中k为像元系数，根据上述摄像机性能，本实施例中k＝1毫米/像元。如上述所得差值的平均值像元，则此时间段镜面目标点位相对于固定墩位沿X轴方向移动量Δ＝1·2.5·tan6＝0.25毫米。经上述的图像处理即可检测出目标点位相对于固定墩位的微小位移量为0.25毫米。
本发明的图像处理除了上述人工方法外，也可以采用计算机进行图像自动处理。该图像自动处理包括以下步骤：①、对图像作LOG(拉普拉斯-高斯)变换及边缘检测，以确定各条纹线(包括靶标条纹线和黑色条纹线，下同)的边缘；②、对检测的边缘点进行Hough(霍夫)变换并提取各条纹线的边缘直线；③、求直线交点坐标，通过求靶标条纹线和黑色条纹线的交点以确定其交点坐标；④、比较前一时刻与当前时刻的交点坐标，求算目标点的相对微小位移量。计算机通过上述处理即可得到与人工方法一样的结果，其处理过程是通过计算机程序自动进行的。计算机可进一步与网络传输相结合，实现全自动化。参见图4，各摄像机摄取的图像通过无线网自动上传至监控中心，由监控中心计算机实时存储、实时处理，处理结果存储至存储器，便于调取。当所监测工程场地具有形变量或形变量较大时，可通过预警系统发出警报，便于及时处理，更有利地防护工程场地。
实施例二
该实施例中省去了与实施例相同的内容。参见图3，在反射镜上的黑色条纹组11为纵向和横向两组，即其条纹方向分别平行于Y轴方向和X轴方向的两组条纹，该纵向条纹组用于检测待测体在X轴方向上的位移矢量，其横向条纹组用于检测待测体在Y轴方向上的位移矢量，通过该两组条纹组可准确监测待监测体相对于固定墩位在X轴方向上和Y轴方向上各时间段内的相对位移量。相应地，在固定墩上设置的靶标板上的靶标条纹组21也为两组，该两组条纹组映射至反射镜中时，与反射镜上的两组黑色条纹组分别构成一个微小角度θ，该微小角度θ＝6°。
根据实施例二的技术要点，可将本发明拓展至各监测场地。如本发明在滑坡监测方面的应用。
参见图5，在河谷左岸设置固定墩观测点位1、2，用于设置的靶标板和架设摄像机，在河谷右岸待监测体上设置目标点位3、4、5、6、7，并在该目标点位分别设置反光镜(如图1所示)，按照实施例一的方法得到各观测量(即待测体发生形变时的相对位移量)h13、h14、h15、h16、h24、h25、h26、h27等，根据这些量值可以分析两岸边坡的滑动情况。如果所观测的右岸各目标点位有各自不同的位移，且由观测点位1、2分别观测公共目标点位4、5、6的量值之差在限值范围内，则观测值代表了左岸各目标点位的位移量；如果从观测点位1观测到目标点位3、4、5、6有相同位移，但是从观测点位1、2对公共目标点位4、5、6的观测值不一致，则说明观测点位1、2之间有相对位移；如果观测点位1、2都观测到右岸目标点位有相同位移，则说明左右岸有相对位移。无论何种情况均可通过线性代数等数学方程式求得其位移量或相对位移量，有关求解方程过程非本发明技术内容，在此不再详细。
Claims (8)
1.一种工程场地微小位移量监测方法，是一种通过摄影技术对待监测体微小形变进行实时、连续的监测过程，它包括待监测体的形变位移的摄影检测、图像上传和图像处理；其特征在于：该摄影检测是通过摄像机实时摄取待监测体的图像，其具体过程如下：①、在待监测体的目标点上设置一个固定反射镜(1)，在该反射镜的镜面上设置有等间隔的纵向或/和横向的黑色条纹组(11)；②、在待监测体的目标点之外一定距离处的固定地面上建造固定墩，在固定墩上设置一块面向反射镜的靶标板(2)和一个面向反射镜(1)且用于摄取由反射镜反射过来的靶标板图像的摄像机(3)，在该靶标板(2)上设置有与反射镜黑色条纹组(11)相对应的且黑白相隔的靶标条纹组(21)；当摄像机摄取反射镜上的黑色条纹组时，该靶标板上对应于该组黑色条纹组的靶标条纹组图像正好映射至反光镜中的该组黑色条纹组区域并与之重叠，且黑色条纹组与映射过来的靶标条纹组在镜面上构成一个微小角度θ，因而两组条纹组同时被摄像机所摄取；
通过摄像机摄取映射的靶标条纹组与反射镜面的黑色条纹组相重叠的图像并经图像上传及图像处理，可检测出目标点位相对于固定墩位在各时间段内的相对微小位移量；该相对微小位移量其中θ为黑色条纹组与映射过来相对应的靶标条纹组在镜面上所构成的微小角度，为某时间段内靶标条纹组沿黑色条纹组线划方向所移动的距离的平均值，k为像元系数。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：在反射镜(1)上的黑色条纹组(11)的条纹方向垂直于欲检测位移矢量的方向；与黑色条纹组相对应的靶标板(2)上的靶标条纹组(21)映射至反射镜中时，与反射镜上相对应的黑色条纹组(11)构成一个微小角度θ，该微小角度θ＝4°～10°。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于：上述的微小角度θ＝arctn 0.1＝6°。
4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：在反射镜和靶标板上设置有相对应的两组条纹组，可同时检测目标点上的2个相垂直方向上的微小位移量。
5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于：上述图像上传是将摄像机所摄取的图像传至计算机中以进行图像处理；该图像上传可采取适应于待监测体工地环境的以下方式：用摄像机内的记存卡将图像转到计算机；或通过WIFI直接传输到计算机；或先通过WIFI传输到手机后再经手机转传至计算机。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：图像处理采用人机交互式的手动处理方式。
7.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：上述图像处理通过计算机程序进行自动处理；该图像自动处理包括以下步骤：①、对图像作LOG变换及边缘检测，以确定各条纹线的边缘；②、对检测的边缘点进行Hough变换并提取各条纹线的边缘直线；③、求各直线交点坐标；④、比较前一时刻与当前时刻的交点坐标，求算目标点在该时间段内的相对微小位移量。
8.根据权利要求6或7所述的监测方法，其特征在于：该方法应用于滑坡监测。
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN109084698B (zh) * | 2018-10-25 | 2024-05-24 | 中国测绘科学研究院 | 一种用于工程建筑物形变监测的方法及系统 |
| CN110702043B (zh) * | 2019-10-24 | 2021-05-11 | 长春工程学院 | 一种电力变压器绕组变形故障检测方法 |
| CN114518295A (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种塔架载荷测量方法、装置及系统 |
| CN113188463A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-07-30 | 上海同禾工程科技股份有限公司 | 一种尾矿库坝体变形监测系统及监测方法 |
| CN113665633B (zh) * | 2021-09-16 | 2023-08-04 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 钢轨纵向位移监测装置及钢轨纵向位移的监测方法 |
| CN114067533A (zh) * | 2021-11-27 | 2022-02-18 | 四川大学 | 一种地质灾害摄影监测预警方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1346966A (zh) * | 2001-11-14 | 2002-05-01 | 程华 | 多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备 |
| CN1818546A (zh) * | 2006-03-02 | 2006-08-16 | 浣石 | 远距离面内小位移测量方法 |
| CN102538694A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 霍海清 | 一种大坝坝肩基点变形的监测方法及装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1346966A (zh) * | 2001-11-14 | 2002-05-01 | 程华 | 多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备 |
| CN1818546A (zh) * | 2006-03-02 | 2006-08-16 | 浣石 | 远距离面内小位移测量方法 |
| CN102538694A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 霍海清 | 一种大坝坝肩基点变形的监测方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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