CN210533296U - 一种隧道洞周变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器视觉技术领域的一种隧道洞周变形监测系统，由图像处理软件及远程控制端、CCD相机、USB视屏采集卡、金属滑槽、相机承台、输入输出单元组成。其中，CCD相机通过相机承台与金属滑槽连接，USB视屏采集卡安装在CCD相机中，CCD相机通过USB视屏采集卡将数据储存并传导入远程控制端内，远程控制端通过图像处理软件对照片进行分析以及获取数据，进而了解所检测隧道的洞周变形情况。克服了传统人工手持仪器检测的费时费力、造价昂贵，且不具备时空连续性和高水准智能化的缺点，能够更好地为隧道安全施工和运营提供更加稳固的保障，提高交通工程施工智能化的水平，有效地减少检测失误的发生。

Description

一种隧道洞周变形监测系统

技术领域

本实用新型涉及机器视觉和摄影测量技术领域，特别是涉及一种隧道洞周变形监测系统。

背景技术

随着我国经济社会的发展和进步，我国的高速公路网日益发展和成熟。在当前的高速公路组成中，隧道是一个重要的组成部分。尤其是在四川、云南等多山地地形复杂地区，隧道建设是家常便饭，更是会出现大量超长隧道。然而在现如今的隧道工程监测方面中，主要还是采用人工检测的方法。这种人工检测方法有多种，例如大地测量法、INSAR技术、三维激光扫描、GPS技术等，以此来得到隧道洞周的变形情况。

由于隧道在使用过程中情况复杂，隧道变形的出现情况难以提前掌握，如果隧道变形情况出现但却未被监测人员掌握，可能因此造成巨大的经济和人员损失。目前现有的常用的监测隧道洞周变形技术主要是利用扫描设备和GPS技术进行变形监测。传统的监测方式主要是仪器成本昂贵，会消耗大量的人力物力，数据处理时间较长、智能程度低、时空连续性差；尤其是在超长隧道的检测中，具体实施有很大的困难。针对此种检测方式的不足，近年来出现的机器视觉技术实现对整个隧道变形监测的智能化，与传统的扫描检测相比，本发明利用机器视觉技术，采用CCD相机智能拍照与机械自动化结合，全面实现智能检测，具有时空连续性强、智能程度高、精度高、可操作性优等特点，因此可广泛应用在隧道的洞周变形安全监测预警当中。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有隧道洞周变形监测技术存在的费时费力、造价昂贵，且不具备时空连续性和高水准智能化的不足，提供一种基于机器视觉技术的隧道洞周变形监测系统及方法。

该系统主要由CCD相机、USB视屏采集卡、滑槽、图像处理软件及数据库、相机承台、输入输出单元、远程控制端组成。能实现全面监测隧道洞周变形情况，准确掌握可能存在的故障隐患，减少损失。

本实用新型所采用的的技术方案是：

在不影响隧道正常使用的时段，比如隧道建造过程中,在隧道两旁铺设与隧道要求检测长度相同的滑槽，金属滑槽以波浪形安装在隧道避人洞上方，以不影响隧道内部结构工作为基础要求，将CCD相机通过相机承台安装在金属滑槽上。

隧道左侧相机拍摄隧道洞周右侧画面，隧道右侧相机拍摄隧道洞周左侧画面。提前根据计算布设好相应标志点，由远程控制端控制双目摄像机，在一个点位拍摄完成之后，相机承台自动随滑槽移动到下一点位，若需要缩短测量时间可设置多台CCD相机同时进行测量工作。

由CCD相机获得的图像全部储存在USB视屏采集卡中，可先由图像处理软件和 CCD相机本身进行预处理，去除可能存在的影响因素。再将CCD相机上双目摄像头拍摄的照片，传入图像处理系统中，进行图像分析，得出相应的隧道洞周变形数据。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述预处理是指CCD相机本身自带窄带滤光片，每一个拍摄点对应每一个布设的反光标志点，相机拍摄时通过窄带滤光片的过滤，能够消除背景杂光的干扰，提高采相质量。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述图像处理系统是指通过双目视觉相关算法，得到隧道洞周变形相关数据，通常算法处理的步骤为离线标定、双目矫正、双目匹配以及视差图后处理，其中离线标定的目的是获取相机的内参和外参，我们采用张正友的棋盘格标定方法；双目矫正的目的是为了提高视差计算的准确度，我们使用IVE进行硬化，得到映射的Map，再并行化使用映射Map重新得到像素位置；双目匹配的目的是计算参考图与目标图之间像素的相对匹配关系，我们使用一般局部算法，计算函数为基于Guided Filter的使用Box Filter和积分图的双目匹配算法，这种方法易于并行化且计算速度较快；对于视差图的后处理，我们采用中值滤波的方法，对当前点的灰度值使用领域像素的中值来代替。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述的CCD相机通过USB视屏采集卡与远程控制端中的图像处理软件和数据库进行数据连接。

作为本实用新型的更进一步技术方案，所述滑槽安装在隧道壁墙中部并与其固定连接，所述CCD相机与滑槽通过相机承台固定连接，所述具体拍摄角度可根据焦距以及更换镜头来控制。

作为本实用新型的更进一步技术方案，所述拍摄点并非是滑槽的实际结构组成部分，而是通过对轨道长度进行计算，提前布设好标志点，通过将标志点的位置及个数等数据输入远程控制端中，实现智能的移动和拍摄。

本实用新型与传统人工手持检测设备方法相比，具有能全面实现智能检测，不影响隧道运营，时空连续性强、智能程度高、精度高、可操作性优等优点，因此可广泛应用在隧道的洞周变形安全监测预警当中。

附图说明

图1是本实用新型一种隧道洞周变形检测系统的具体实施步骤。

图2是本实用新型一种隧道洞周变形检测系统及方法的结构示意图。

图3是图1中相机承台结构示意图。

图4是图1中相机工作原理示意图。

图5是本实用新型一种隧道洞周变形检测系统及方法的检测装置安装位置示意图。

图中：1.CCD相机，2.相机承台，3.双目镜头，4.USB视屏采集卡，5.滑槽，6. 输入输出装置，7.固定台，8.供电电源电路盒，9.中间可动滚珠，10.标志点。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图2、图3所示，本实用新型一种隧道洞周变形监测系统和方法，主要由CCD 相机1、相机承台2、双目镜头3、USB视屏采集卡4、滑槽5、数字相片处理软件系统和远程控制端组成。所述相机承台2主要由输入输出装置6、供电电源电路盒8、中间可动滚珠9、固定台7组成。所述CCD相机1是一种体积小、重量轻的工业相机，具有良好抗震洞和撞击的特性，所述USB视屏采集卡4是一种体积小巧并有足够储存空间的储存卡，所述滑槽5是一种金属滑槽，通过螺钉或悬挂固定在所监测的隧道两侧洞周，采用合金金属，具有重量轻且易于安装拆卸的特点，所述相机承台2通过中间可动滚珠9实现CCD相机1在固定台7上的360°旋转，可以达到广角拍摄的目的，固定台7上安装了4个凹槽和若干铁片，共同构成CCD相机1的固定装置，在安装好隧道中的滑槽和CCD相机后，通过计算机主机的动态计算和控制，使CCD相机1在滑槽5上对应的的一个标志点10进行洞周图像拍摄后，自动滑移到下一标志点10，重复工作到最后一个标志点10，自动结束工作。然后由检测人员拆下USB视屏采集卡4，将USB视屏采集卡4中数据传入远程控制端的图像处理系统，得出隧道洞周变形情况。整个过程效率高且高智能化，不仅极大地减少了人力物力的消耗，并且比原本传统的隧道洞周变形监测方式更加准确，对洞周变形情况掌握更加完善，极大地降低了检测出错率。对于较长隧道，可以在滑槽两端或是滑槽上的多点放置CCD相机1，多台相机同时工作，从而达到快速检测较长隧道的目的。

Claims (3)

1.一种隧道洞周变形监测系统，主要由远程处理端、图像处理系统、CCD相机、USB视屏采集卡、金属滑槽、相机承台、输入输出单元组成；其特征在于，所述隧道洞周变形监测系统中，USB视屏采集卡(4)的输出端与所述CCD相机(1)输入端连接，所述CCD相机(1)通过相机承台(2)与所述金属滑槽(5)连接，所述金属滑槽(5)安装在隧道洞壁两侧；所述金属滑槽(5)安装在需要进行检测的隧道避人洞上方，金属滑槽(5)的长度与所需检测的隧道长度一致，金属滑槽(5)的安装于隧道避人洞上方，不影响隧道内部结构的具体使用。

2.根据权利要求1所述的隧道洞周变形监测系统，其特征在于，所述CCD相机(1)及相机承台(2)安装在隧道洞壁上的金属滑槽(5)上，根据提前布设完毕的标志点(10)进行自动拍摄和移动，所述CCD相机(1)拍摄洞周图像，并把拍摄得到的照片储存在USB视屏采集卡(4)中，CCD相机(1)移动到最后一个标志点(10)对应位置时自动停止工作，再通过USB视屏采集卡(4)将数字照片传入图像处理系统中，图像处理系统对USB视屏采集卡(4)中信息进行处理，并显示隧道洞周变形数据情况。

3.根据权利要求1所述的隧道洞周变形监测系统，其特征在于，所述相机承台(2)包括供电电源电路盒(8)、固定台(7)、中间可动滚珠(9)、输入输出装置(6)；固定台(7)用来固定CCD相机(1)，供电电源电路盒(8)和输入输出装置(6)保证CCD相机(1)的正常工作，在每一个标志点(10)对应位置都会自动拍摄相片，中间可动滚珠(9)支撑CCD相机(1)在金属滑槽(5)上的移动。

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