CN111750956A - 一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法，系统包括：台车以及安装在所述台车上的砂浆罐、红外摄像头以及红外直线激光器；所述红外摄像头和所述红外直线激光器固定连接为一体，所述红外摄像头和所述红外直线激光器的中心线正对准所述砂浆罐，且与所述砂浆罐的长边夹角为锐角。本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法，采用非接触方式测量砂浆液面高度，测量得到的数据方便接入PLC控制系统，同时由于本测量方法涉及因素少、所需要设备也少，使得砂浆液面高度的测量操作简单化、测量准确化。
Description
技术领域
本发明涉及液面高度测量技术领域，更具体地，涉及一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法。
背景技术
在盾构法施工中，为了控制地面沉降管片拼装完成后需采用砂浆对管片壁后进行填充，注浆量是影响隧道管片成型质量决定性因素之一。砂浆储存在砂浆罐中，砂浆罐的截面一定时可以通过测量注浆过程中砂浆罐内液面高度的变化来计算注浆的方量。目前，确定砂浆液面高度有以下几种：
1.红外测距法，人工手持红外测距仪，在砂浆罐边缘测量然后手工记录数据；此种方法作业不连续，不能实时获取砂浆液面高度，而且数据不能自动进入控制系统；
2.探尺测量，人工需要爬上台车砂浆罐的上方位置用探尺进行测量，此方法操作繁琐，高度需要人工查看，数据需要人工记录。
因此，现在亟需一种新的盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法来解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统，包括：
台车以及安装在所述台车上的砂浆罐、红外摄像头以及红外直线激光器；
所述红外摄像头和所述红外直线激光器固定连接为一体，所述红外摄像头和所述红外直线激光器的中心线正对准所述砂浆罐，且与所述砂浆罐的长边夹角为锐角。
其中，所述盾构机砂浆罐液面高度测量系统还包括：
树莓派控制板，所述树莓派控制板通过导线连接所述红外摄像头和所述红外直线激光器。
其中，所述树莓派控制板包括：
液面高度测量软件、Web服务器以及ModbusTcp服务器。
第二方面，本发明实施例提供一种盾构机砂浆罐液面高度测量方法，包括：
获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；
保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；
基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；
计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
其中，所述方法还包括：
将所述砂浆液面高度测量数据上传至服务器，以供Web服务器和ModbusTCP服务器进行读取。
其中，所述方法还包括：
在砂浆罐未盛装砂浆时，由红外直线激光器照射到的位置从砂浆罐的顶部开始标记出一段垂直直线，并在所述垂直直线上等距离标记刻度；
开启红外直线激光器，通过红外摄像头采集第四图像；
计算所述第四图像上的砂浆罐上的垂直直线和红外直线激光器投射的激光直线的映射矩阵。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述盾构机砂浆罐液面高度测量方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述所提供的盾构机砂浆罐液面高度测量方法的步骤。
本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法，采用非接触方式测量砂浆液面高度，测量得到的数据方便接入PLC控制系统，同时由于本测量方法涉及因素少、所需要设备也少，使得砂浆液面高度的测量操作简单化、测量准确化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的直线激光投射在砂浆罐处的示意图；
图4是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统结构示意图，如图1所示，包括：
台车以及安装在所述台车上的砂浆罐、红外摄像头以及红外直线激光器；
所述红外摄像头和所述红外直线激光器固定连接为一体，所述红外摄像头和所述红外直线激光器的中心线正对准所述砂浆罐，且与所述砂浆罐的长边夹角为锐角。
可以理解的是，图1中的台车7上安装有砂浆罐8，在砂浆罐8上方安置有红外摄像头1和红外直线激光器2，红外摄像头1和红外直线激光器2固连在一起。需要说明的是，本发明实施例不对红外摄像头1和红外直线激光器2的安装位置进行具体限定，只需要满足红外摄像头1和红外直线激光器2中心线对准台车7上的砂浆罐8，且与砂浆罐8的长边夹角为锐角即可。
在上述实施例的基础上，所述盾构机砂浆罐液面高度测量系统还包括：
树莓派控制板，所述树莓派控制板通过导线连接所述红外摄像头和所述红外直线激光器。
补充说明的是，如图1所示，本发明实施例提供的盾构机砂浆罐液面高度测量系统还包括树莓派控制板3，树莓派控制板3分别与红外摄像头1和红外直线激光器2通过导线相连。
在上述实施例的基础上，所述树莓派控制板包括：
液面高度测量软件、Web服务器以及ModbusTcp服务器。
补充说明的是，如图1所示，本发明实施例提供的盾构机砂浆罐液面高度测量系统提供的树莓派控制板3中包括液面高度测量软件6、Web服务器5和ModbusTcp服务器4，可以理解的是，通过液面高度测量软件6能够自动实施测量，测量结果会上传到Web服务器5和ModbusTcp服务器4。
图2是本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量方法流程示意图，如图2所示，包括：
201、获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；
202、保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；
203、基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；
204、计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
图3为本发明实施例提供的直线激光投射在砂浆罐处的示意图，如图3所示，在步骤201中，本发明实施例定时打开红外直线激光器2，同时通过红外摄像头1采集直线激光照射在砂浆罐内壁8及砂浆表面的图像A，定时时间设为10秒，并在图像A上确定一个矩形区域F，矩形区F包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影。
进一步的，在步骤202中，利用矩形区F截取图像A，对所截取的矩形区F仅保留R通道，得到图像B，并对图像B进行二值化，二值化阈值为0.8×图像B的平均灰度，得到二值化后的图像C；
进一步的，在步骤203中，利用霍夫变换找出图像C中的直线集，在直线集中找到从砂浆罐8顶部边缘开始且角度为定值的一条直线Z1，再从Z1下部端点处找到直线Z2；
最后，在步骤204中，计算直线Z1、Z2的交点坐标P，并根据坐标P利用变换矩阵T计算得到砂浆液面高度H。
本发明实施例提供的一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统及方法，采用非接触方式测量砂浆液面高度，测量得到的数据方便接入PLC控制系统，同时由于本测量方法涉及因素少、所需要设备也少，使得砂浆液面高度的测量操作简单化、测量准确化。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：
将所述砂浆液面高度测量数据上传至服务器，以供Web服务器和ModbusTCP服务器进行读取。
可以理解的是，对于测量完成的砂浆液面高度H，可以将砂浆液面高度H保存，Web服务器和ModbusTCP服务器都可以读取砂浆液面高度H，本次测量结束。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：
在砂浆罐未盛装砂浆时，由红外直线激光器照射到的位置从砂浆罐的顶部开始标记出一段垂直直线，并在所述垂直直线上等距离标记刻度；
开启红外直线激光器，通过红外摄像头采集第四图像；
计算所述第四图像上的砂浆罐上的垂直直线和红外直线激光器投射的激光直线的映射矩阵。
具体的，对于测量过程中，方法还包括如下4个步骤：
步骤一、在砂浆罐8还未盛装砂浆时，在红外直线激光器2照射到的位置从砂浆罐8的顶部开始标记一段垂直直线a，直线a最低位置到砂浆在砂浆罐8中的最低位置；在直线a上等距离标记刻度，距离为10个厘米；
步骤二、点亮红外直线激光器2，通过红外摄像头1采集一副图像W；
步骤三、计算图像W上的砂浆罐8上的直线a和红外直线激光器2投射的激光直线的映射矩阵T；
步骤四、运行液面高度测量软件，按照图2所示的流程软件定时计算砂浆液面高度。
图4示例了一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该服务器可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过总线404完成相互间的通信。通信接口404可以用于服务器与智能电视之间的信息传输。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
本实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种盾构机砂浆罐液面高度测量系统，其特征在于，包括：
台车以及安装在所述台车上的砂浆罐、红外摄像头以及红外直线激光器；
所述红外摄像头和所述红外直线激光器固定连接为一体，所述红外摄像头和所述红外直线激光器的中心线正对准所述砂浆罐，且与所述砂浆罐的长边夹角为锐角。
2.根据权利要求1所述的盾构机砂浆罐液面高度测量系统，其特征在于，所述盾构机砂浆罐液面高度测量系统还包括：
树莓派控制板，所述树莓派控制板通过导线连接所述红外摄像头和所述红外直线激光器。
3.根据权利要求2所述的盾构机砂浆罐液面高度测量系统，其特征在于，所述树莓派控制板包括：
液面高度测量软件、Web服务器以及ModbusTcp服务器。
4.一种盾构机砂浆罐液面高度测量方法，其特征在于，包括：
获取红外摄像头和红外直线激光器照射在砂浆罐内壁所形成的第一图像，并确定所述第一图像中的目标区域，所述目标区域包含直线激光在砂浆液面最高和最低位置的投影；
保留所述目标区域的R通道，得到第二图像，并对所述第二图像进行二值化处理，得到第三图像；
基于霍夫变换，从所述第三图像中确定直线集，并从所述直线集中确定第一直线和第二直线，所述第一直线为从砂浆罐顶部边缘开始且角度为定值的直线，所述第二直线为第一直线下部端点处直线；
计算所述第一直线和所述第二直线的交点坐标，并根据变换矩阵和所述交点坐标计算砂浆液面高度。
5.根据权利要求4所述的盾构机砂浆罐液面高度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述砂浆液面高度测量数据上传至服务器，以供Web服务器和ModbusTCP服务器进行读取。
6.根据权利要求4所述的盾构机砂浆罐液面高度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
在砂浆罐未盛装砂浆时，由红外直线激光器照射到的位置从砂浆罐的顶部开始标记出一段垂直直线，并在所述垂直直线上等距离标记刻度；
开启红外直线激光器，通过红外摄像头采集第四图像；
计算所述第四图像上的砂浆罐上的垂直直线和红外直线激光器投射的激光直线的映射矩阵。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4至6任一项所述盾构机砂浆罐液面高度测量方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至6任一项所述盾构机砂浆罐液面高度测量方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201009 |
|
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