CN111435073A - 一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置，属于岩土工程监测技术领域，用于提供一种针对形状记忆材料制成的极细长体(d/L≈0.1‰)测条的变形量测读，实现高效、高精度的自动化量测。它利用高速摄像机对记录有土体侧向变形形态的测条沿其长度方向进行定常速拍摄，对所获视频逐帧分段提取图形片段并合成完整测条正视图，利用图像处理技术对该图形进行栅格化并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

Description

一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置

技术领域

本发明涉及岩土工程监测技术领域，特别涉及一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置。

背景技术

岩土地下工程施工过程中，为确保工程自身安全并对周边环境影响进行有效控制，需及时掌握周边地层介质变形情况及趋势，通过土体测斜可以完成对地层侧向变形这一重要数据指标进行实时搜集。若是利用形状记忆材料在特定的赋型条件下的形状记忆效应，将形状记忆材料制作的测条放置入测斜管中，确保其能与周围岩土体能够发生协同自由变形，对记忆形状对照刻度直接读取变形数值即可测得土体变形。然而，由于需要对测条这一极细长体(d/L≈0.1‰)的变形量进行测读，若采用一般的手动量测读取方法，不仅工作量较大且难以保证精度要求。

因此，亟需一种高效、高精度的自动化量测方法，用于测量基于形状记忆材料制作的测条的变形量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置，利用高速摄像机对记录有土体侧向变形形态的测条沿其长度方向进行定常速拍摄，对所获视频逐帧分段提取图形片段并合成完整测条正视图，利用图像处理技术对该图形进行栅格化并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法，包括：

步骤一：采用基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置进行监测作业，完成监测作业后并抽取测条；

步骤二：将自由舒张状态下的测条平放于水平地面；所述测条由形状记忆材料制成且事先存储有某一赋形条件下的另一变形形态；

步骤三：平行于测条方向安置两侧导轨，并安装固定有高速摄像头的滑动支架，所述滑动支架能够沿所述两侧导轨作定常速运动；

步骤四：利用赋形条件控制模块调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件，随后采用所述高速摄像头依托所述滑动支架沿所述两侧轨道方向对测条进行定常速滑动扫拍，获得影像视频；

步骤五：对所述步骤四的影像视频进行逐帧提取图片，对图片序列按时间次序及步骤四中扫拍所采用的滑动速度，分段提取各帧图片摄像头所处区段的图片片段，最终对各帧图形片段进行拼合形成完整的测条沿线正视图；

步骤六：采用图像处理技术对所述步骤五中获取的测条沿线正视图进行栅格化处理，并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

与现有技术相比，本发明有益的技术效果如下：

(1)本发明提供的岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法，提供了一种有关极细长条状且由形状记忆材料制作而成的测条变形形态数据提取方法，该方法属于高效、高精度、自动化读取的分析方法。该方法通过高清摄像机定常速移动扫拍形成视频，提取视频各帧对应位置的正视图片段形成完整全幅正视图片，再在此正视图片的基础上进行栅格化处理，并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

(2)本发明提供的岩土工程测斜测条变形数据快速提取装置，该装置操作流程简便，易于实现标准化、规范化、半自动化乃至自动化监测。该装置简单合理，操作简便，制作运行成本低，自动化程度高，具有较好的推广价值。

所述步骤一还包括：

第一步 提供所述基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置，所述装置包括测条、测斜管、赋形条件控制模块和驱动部，所述测条采用热敏性形状记忆材料制作而成，所述测斜管内壁设置温控仓，所述温控仓内设有测条腔，所述测条腔用以安置所述测条；所述赋形条件控制模块包括温度控制模块、张拉赋形控制模块以及测条置换控制模块，所述温控仓的温度由温度控制模块控制，所述测条的张拉赋形操作由所述驱动部提供动力，由所述张拉赋形控制模块控制塑形力的大小；

第二步 监测作业开展前，预先对所述测条自由舒张状态下所处的初始温度条件T0进行标定并记录；

第三步 通过所述温度控制模块对所述温控仓进行赋形温度条件Tm施加，通过所述张拉赋形控制模块结合所述驱动部对所述测条在当前赋形温度条件Tm下进行塑形，完成变形记忆存储；

第四步 通过所述温度控制模块对所述芯管进行初始温度条件T0施加，使所述测条回到初始自由舒张状态，并通过所述测条置换控制模块将所述测条从所述测斜管中抽取出来；

第五步 将所述测条置于水平量测台面上，通过所述温度控制模块对所述测条进行赋形温度条件Tm施加，使其自由恢复至第三步中所存储的记忆形状。

进一步地，所述第一步还包括：

所述测条的自动化置换由驱动部提供动力，通过测条置换控制模块控制线仓A放线、线仓B收线。

进一步地，所述线仓A/B分别用于释放/收纳测条线圈，所述测斜管底部设置转向滑轮，所述测条置换模块控制所述测条从线仓A逐渐释放经由所述测斜管上端设置的导向滑轮进入测条腔，到达所述测斜管底部通过转向滑轮进入另一测条腔抵达管口导向滑轮最终由线仓B通过电机驱动收纳。

进一步地，所述转向滑轮呈正交布置于所述测斜管底部，所述导向滑轮呈正交布置于所述测斜管口部，所述测条腔呈正交布置于所述测斜管内壁，其中一个完整的测条释放/回收机构通过两个线仓、两个口部导向滑轮、两个测条腔、一个底部转向滑轮协同完成。

进一步地，还包括承托支架，所述承托支架用于搭载控制模块、驱动部，使用过程中利用承托支架中间的套筒与测斜管安装定位在一起，通过底座固定于地面上。

进一步地，所述套筒位于所述承托支架中心，所述套筒的内径略大于测斜管外径，用于承托支架及外置设备的定位与安装。

本发明还提供了前述岩土工程测斜测条变形数据快速提取装置，包括：

赋形条件控制模块，所述赋形控制模块能够调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件；

导轨，所述导轨有两根，分别为左导轨和右导轨，两根导轨平行设置；

滑动支架，所述滑动支架能够沿着两侧导轨作定常速运动；

摄像头，所述摄像头固定安装于所述滑动支架上。

附图说明

图1是本发明一实施例岩土工程测斜测条变形数据提取方法中测斜管的安装示意图；

图2是本发明一实施例岩土工程测斜测条变形数据提取方法中测斜管管节示意图；

图3是图2的Ⅰ-Ⅰ剖视图；

图4是本发明一实施例中岩土工程测斜测条变形数据提取方法中测斜管管尾示意图；

图5是图4的Ⅱ-Ⅱ剖视图；

图6是图5的Ⅲ-Ⅲ剖视图；

图7至图11是本发明一实施例岩土工程测斜测条变形数据提取方法中步骤一至步骤五的流程示意图。

图中：

11-电机，12-转向滑轮，13-线仓；20-测斜管，21-外管，22-芯管，23-测条腔；30-温度控制模块；40-承托支架；50-套筒；60-底座。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

本方法工艺原理：利用高速摄像机对记录有土体侧向变形形态的测条沿其长度方向进行定常速拍摄，对所获视频逐帧分段提取图形片段并合成完整测条正视图，利用图像处理技术对该图形进行栅格化并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

当然，记录有土体侧向变形形态的测条制作过程如下：利用形状记忆材料在特定的赋型条件下的形状记忆效应，将形状记忆材料制作的测条放置入测斜管中，确保其能与周围岩土体能够发生协同自由变形；每次监测操作之前先进行“初始条件”标定；通过调节测条自身状态使其满足“赋型条件”，在“赋型条件”下对测条进行“塑型”(零应变能状态下变形已不再产生回复)，从而完成对岩土体的变形存储；调节测条自身状态使其重新回到“初始条件”，任其回复到自由变形状态(应变能完全释放)；将自由状态下的测条从测斜管中抽取出来。实施例一

下面结合图1至图11，详细说明本发明的岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法和装置。

请参考图1至图11，一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法，包括：

步骤一：采用基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置进行监测作业，完成监测作业后并抽取测条；

步骤二：将自由舒张状态下的测条平放于水平地面；所述测条由形状记忆材料制成且事先存储有某一赋形条件下的另一变形形态；

步骤三：平行于测条方向安置两侧导轨，并安装固定有高速摄像头的滑动支架，所述滑动支架能够沿所述两侧导轨作定常速运动；

步骤四：利用赋形条件控制模块调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件，随后采用所述高速摄像头依托所述滑动支架沿所述两侧轨道方向对测条进行定常速滑动扫拍，获得影像视频；

步骤五：对所述步骤四的影像视频进行逐帧提取图片，对图片序列按时间次序及步骤四中扫拍所采用的滑动速度，分段提取各帧图片摄像头所处区段的图片片段，最终对各帧图形片段进行拼合形成完整的测条沿线正视图；

步骤六：采用图像处理技术对所述步骤五中获取的测条沿线正视图进行栅格化处理，并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

具体来说，本实施例提供的岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法，主要利用高清照相机近距离扫拍，对扫拍形成的照片序列对应于其所在拍摄位置进行逐个提取正视图片段，再将这一系列正视段合成全幅图片，然后对所合成全幅图进行栅格化处理并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。提供了一种有关极细长条状且由形状记忆材料制作而成的测条变形形态数据提取的高效、高精度、自动化读取的分析方法。

在本实施例中，更优选地，所述步骤一还包括：

第一步 提供所述基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置，该装置包括测条、测斜管20、赋形条件控制模块和驱动部，测条采用热敏性形状记忆材料制作而成，测斜管20内壁设置温控仓，温控仓内设有测条腔23，测条腔23用以安置测条；赋形条件控制模块包括温度控制模块30、张拉赋形控制模块以及测条置换控制模块，温控仓的温度由温度控制模块控制，测条的张拉赋形操作由所述驱动部提供动力，由张拉赋形控制模块控制塑形力的大小；

第二步监测作业开展前，预先对测条自由舒张状态下所处的初始温度条件T₀进行标定并记录；

第三步通过温度控制模块30对温控仓进行赋形温度条件Tm施加，通过张拉赋形控制模块结合驱动部对测条在当前赋形温度条件T_m下进行塑形，完成变形记忆存储；

第四步通过温度控制模块30对芯管22进行初始温度条件T₀施加，使测条回到初始自由舒张状态，并通过测条置换控制模块将测条从测斜管中抽取出来；

第五步 将测条置于水平量测台面上，通过所述温度控制模块对所述测条进行赋形温度条件T_m施加，使其自由恢复至第二步中所存储的记忆形状。

在本实施例中，更优选地，前述第一步还包括：测条的自动化置换由驱动部提供动力，通过测条置换控制模块控制线仓A放线、线仓B收线。

在本实施例中，更优选地，所述线仓A/B分别用于释放/收纳测条线圈，测斜管20底部设置转向滑轮12，测条置换模块控制测条从线仓A逐渐释放经由所述测斜管20上端设置的导向滑轮12进入测条腔，到达测斜管20底部通过转向滑轮12进入另一测条腔抵达管口导向滑轮最终由线仓B通过电机驱动收纳。驱动部包括电机11和配合设置的转向滑轮12、滑轮线，电机11带动滑轮线牵引测斜管20作竖向运动。当然，滑轮线放置于线仓13内。考虑到土体变形量是通过将自由舒张状态下的测条从测斜管20中抽出来，并重新对其施加塑型条件，任其恢复至该条件下的记忆形状；并利用高速摄像机对记录有土体侧向变形形态的测条沿其长度方向进行定常速拍摄，对所获视频逐帧分段提取图形片段并合成完整测条正视图，利用图像处理技术对该图形进行栅格化并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。因而需要通过电机11牵引转向滑轮12，在滑轮线的作用下带动测斜管20向上或者向下运动。这样，也方便更换测条。

在本实施例中，更优选地，转向滑轮12呈正交布置于测斜管20底部，导向滑轮12呈正交布置于所述测斜管20口部，测条腔23呈正交布置于测斜管20内壁，其中一个完整的测条释放/回收机构需要两个线仓13、两个口部导向滑轮12、两个测条腔23、一个底部转向滑轮12。

在本实施例中，更优选地，还包括承托支架40，承托支架40用于搭载控制模块30、驱动部11，使用过程中利用承托支架40中间的套筒50与测斜管20安装定位在一起，通过底座60固定于地面上。

在本实施例中，更优选地，套筒50位于承托支架40中心其内径略大于测斜管20外径，用于支架50及外置设备的定位与安装。

请继续参考图7至图11，本发明还提供了一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取装置，该装置包括：

赋形条件控制模块，所述赋形控制模块能够调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件；

导轨，所述导轨有两根，分别为左导轨和右导轨，两根导轨平行设置；

滑动支架，所述滑动支架能够沿着两侧导轨作定常速运动；

摄像头，所述摄像头固定安装于所述滑动支架上。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法，其特征在于，包括：

步骤一：采用基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置进行监测作业，完成监测作业后并抽取测条；

步骤二：将自由舒张状态下的测条平放于水平地面；所述测条由形状记忆材料制成且事先存储有某一赋形条件下的另一变形形态；

步骤三：平行于测条方向安置两侧导轨，并安装固定有高速摄像头的滑动支架，所述滑动支架能够沿所述两侧导轨作定常速运动；

步骤四：利用赋形条件控制模块调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件，随后采用所述高速摄像头依托所述滑动支架沿所述两侧轨道方向对测条进行定常速滑动扫拍，获得影像视频；

步骤五：对所述步骤四的影像视频进行逐帧提取图片，对图片序列按时间次序及步骤四中扫拍所采用的滑动速度，分段提取各帧图片摄像头所处区段的图片片段，最终对各帧图形片段进行拼合形成完整的测条沿线正视图；

步骤六：采用图像处理技术对所述步骤五中获取的测条沿线正视图进行栅格化处理，并对测条的形态特征曲线的点位数据进行自动化提取。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一还包括：

第一步 提供所述基于形状记忆材料的岩土工程测斜装置，所述装置包括测条、测斜管、赋形条件控制模块和驱动部，所述测条采用热敏性形状记忆材料制作而成，所述测斜管内壁设置温控仓，所述温控仓内设有测条腔，所述测条腔用以安置所述测条；所述赋形条件控制模块包括温度控制模块、张拉赋形控制模块以及测条置换控制模块，所述温控仓的温度由温度控制模块控制，所述测条的张拉赋形操作由所述驱动部提供动力，由所述张拉赋形控制模块控制塑形力的大小；

第二步 监测作业开展前，预先对所述测条自由舒张状态下所处的初始温度条件T₀进行标定并记录；

第三步 通过所述温度控制模块对所述温控仓进行赋形温度条件T_m施加，通过所述张拉赋形控制模块结合所述驱动部对所述测条在当前赋形温度条件T_m下进行塑形，完成变形记忆存储；

第四步 通过所述温度控制模块对所述芯管进行初始温度条件T₀施加，使所述测条回到初始自由舒张状态，并通过所述测条置换控制模块将所述测条从所述测斜管中抽取出来；

第五步 将所述测条置于水平量测台面上，通过所述温度控制模块对所述测条进行赋形温度条件T_m施加，使其自由恢复至第三步中所存储的记忆形状。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一步还包括：

所述测条的自动化置换由驱动部提供动力，通过测条置换控制模块控制线仓A放线、线仓B收线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述线仓A/B分别用于释放/收纳测条线圈，所述测斜管底部设置转向滑轮，所述测条置换模块控制所述测条从线仓A逐渐释放经由所述测斜管上端设置的导向滑轮进入测条腔，到达所述测斜管底部通过转向滑轮进入另一测条腔抵达管口导向滑轮最终由线仓B通过电机驱动收纳。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述转向滑轮呈正交布置于所述测斜管底部，所述导向滑轮呈正交布置于所述测斜管口部，所述测条腔呈正交布置于所述测斜管内壁，其中一个完整的测条释放/回收机构通过两个线仓、两个口部导向滑轮、两个测条腔、一个底部转向滑轮协同完成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括承托支架，所述承托支架用于搭载控制模块、驱动部，使用过程中利用承托支架中间的套筒与测斜管安装定位在一起，通过底座固定于地面上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述套筒位于所述承托支架中心，所述套筒的内径略大于测斜管外径，用于承托支架及外置设备的定位与安装。

8.根据权利要求1至7任一项所述的岩土工程测斜测条变形数据快速提取装置，其特征在于，包括：

赋形条件控制模块，所述赋形控制模块能够调节测条当前所处状态恢复至变形存储过程中所采用的赋形条件；

导轨，所述导轨有两根，分别为左导轨和右导轨，两根导轨平行设置；

滑动支架，所述滑动支架能够沿着两侧导轨作定常速运动；

摄像头，所述摄像头固定安装于所述滑动支架上。

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