TWI380247B - - Google Patents

Description

1380247 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種遠距影像座標地滑監測系統，特別 '是一種利用一組平行光源投射在一座標平面上產生一組基 準投射點，再由該等基準投射點的座標變化監測地滑現象 的遠距影像座標地滑監測系統。 【先前技術】 修 近幾年來由於地球氣候的異常變化及地球暖化現象造成 全球環境異變，世界各地風災與地震等天然災害頻傳，使 得山坡地結構越來越不穩定，波地滑動或土石流等災害不 時傳出，且各地因地滑或土石流所衍的災難不斷發生，而 /、中潛在的坡地滑動地區不計其數。因此相關研究單位無 不對此等坡地災害防治系統投入極大的人力與物力。 在習知各種坡地災害防治系統中，包括了接觸式的量 測方法，目前最常使用的地滑監測為地表地滑計，它是旋 • 轉鳊碼器所產生的脈波數代表地滑位移量的大小，必須把 里’則裝置先固定在「不動點」，然後利用一銦鋼繞連接到 待監测的地點（動點），使得架設此種地表地滑計，常受 限於地形，而無法大量設置。若「不動點」和「動點」之 . 間的距離太長，將使安裝架設更加困難。許多地滑監測的 。十劃均架設此種地表地滑計，但因地滑區樹木生長或倒 ^，動物的碰撞或搖晃，或落石壓住…等情況的發生，而 造成更多錯誤的量測結果。 在非接觸式的遠距量測方法中’例如超音波測距或雷 射測距儀（Laser Finder)等，應用於各式各樣的距離量測， 1380247

但這兩種測距方法所量測的距離均為量測設備到待測點之 間的距離，而地滑的發生可能是下沉或左、右移動，所以 雷射測距和超音波測距的方法，鮮少被用做地滑監測使 ，。且追兩方法分別以音波和光波反射的原理。計算音波 1°光波來回的飛驰時間，而得知距離的遠近。所以雖然不 =待測坡地上找尋一堅固的地基，而係利用遠處的穩 =基進行遠距量測，然而由於該等遠距量測方法皆以反 =狀成距離量測的目的，因此反㈣的反射率優劣或 ，射面的面積是否足約均會影響量測的準確性。再者，待 :坡地=地2、地物的不同皆會造成不 同角度的偏向\ =該等遠距量測方法，例如超音波測距或雷射測距等， 於監測變動量較大的地滑現象，且由於反射原理 使料歧量财料Μ餘祕地滑位移 里Μ及滑動方向的監測。 夕 ^他的非接觸式遠距量測方法中，亦有以影像圖形 技術’=滑監，研究或以人造衛星定位系統 η 以同玉衫所取得的影像晝面辨識地形地貌的變 ^行影像圖形的，朗姻像料时析，進而研判Ϊ =X生的區域，該罝測方法係將二個時間點所擷取之影像 息面進行辨識與分析比較即可取得二個時間點之間的地滑 位移量。影像辨識之量測方法需進行全畫面影像圖形辨識 及影像資料的儲存與運算，但地滑發生時，地形地貌的改 變’常會使原本所設定的特徵改變或消失，造成影像辨識 的準確度下降，且運算量大之計算單元邡會造成耗電量的 大㈣增加，因此在缺乏足夠電源供應時容易t成I _準確 度的下降，且由 GPS高空攝影所完成的地滑研内，均屬於 6 1380247 事後解讀或事實記錄，並因人造衛星拍攝的週期性，以及 此為大範圍的研判，對於許多許多可能造成地滑潛勢區 域，並無法由此種方式達到即時監測的功能。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種遠距影像座標地滑監測系 統，藉由傳統之攝影機擷取一組平行光源所產生的投射亮 點作為基準值，再根據不同時間所擷取之投射亮點計算ς 滑方向與距離。 ❿ 料到上述目的’本發明係提供7種遠距影像座標地 滑監測系統，包括：至少一座標平面，設置在一待測坡地 上，用以接收一組平行光源並產生一組投射點（Pm， Ρ1Ν);以及一旋轉定位台，設置於一遠端固定點，具有一’ ^座，該基座包含-組平行錢、―#|取單元以及一計算 單元該、、且平行光源係產生一組投射點於該座標平面上， 而該擷取單元係用以在第一時間與第二時間分別擷取投射 於前述座標平面之投射點影像(1>州，ΡΐΝ)之第一晝面及投 鲁射點影像(P2N，Pin)移動後之第二畫面，而該一計算單元， 用以計算前述投射點影像(1>抓，PlN)與移動後^投射點影 像(PzN，P1N)的座標值之變化，再由前述變化判斷前述坡地 的滑動情形。 ' 為達到上述目的，本發明復提供一種遠距影像座標地 滑監測方法，包括以下步驟：投射一組平行光源至一坡地 上的-座標平面以產生-組投射點（Ρ2Ν, PiN);令一操取單 疋於第-時間及第一時間各擷取包含前述座標平面的投射 =影像(〜P1N)之第-晝面與投射點影像(P2N，PiN)移動 <之第一晝面，令-計算單元計算前述二組投射點影像 7 1380247 的n，Pin)與移動後之投射點影像An，Pin)的座 化；以及根據前述變化判斷前述坡地的滑動情形。文 達到上述目的之本發明的遠距影像座標地 簡單之硬體處理電路判斷環境亮度以 ;二=的同時間的投射亮點之座= 複數個本發明之遠距;射投影地= 的監控系統’以擴大其應用範圍: ^ ^,J ^ ^ ^ ® ^ ^ 可佟扮士+Λ 一在此描述之則應瞭解熟悉本行技藝之人士 此iif描述之發明，同時獲致本發明之功效。因 泛之iri之描述對熟悉本行技藝之人士而言為一廣 揭不’且其内容不在於限制本發明。 ” 點，射在座標平面上產生之投射點為基準 形。ϊϋί射點的座標值變化判斷坡地的滑動情 定點設距:Τ標=彳系統藉由在遠端的固 d組千仃雷射，以及在待測點的坡地端設置一壓 壓Γίίτ座標平面’再由該固定點的平行雷射投射至該 ^板即可產生—組作為制基準值的投射點且藉由 端μ點處亦設置-攝影機，且將攝影機做拉近功 =的操作，即可觀察該等投射點在壓克力板上的座標值變 匕’並進而判斷坡地的滑動情形。 在其他實施例中，該組平行雷射可以是任意的光源， 8 1380247 只要在一定的距離内（例如100〜200公尺）能夠提供一清晰 ' 的投射點並與周圍環境產生明顯亮度差即可。而該壓克力 板可以是任意一種具有一平面之平板，使得攝影機可以透 過該平板觀察該等雷射光束所產生之投射點的位置。該攝 影機一般而言為一 CCD或CMOS之數位攝影機，然而其 他影像擷取單元亦可達到相同之功效。 參考第一圖為本發明一實施例之遠距影像座標地滑監 測系統的系統架構圖，包括一設置在不同待測點坡地上的 鲁 第一監測裝置10與第二監測裝置11，以及一設置在遠端 固定點之旋轉定位台12,該第一監測裝置10及第二監測 裝置11均各包括一壓克力板13，而該旋轉定位台12上設 有一基座14,該基座14上包含一組平行雷射光源21、22、 一攝影機15以及一計算單元16，該組平行雷射光源21、 22係投射一組平行光源至該第一監測裝置10及第二監測 裝置11的壓克力板13上，並分別產生二對投射點（P2A, P1A)、（P2B, Pis)，因此攝影機15可由前方拍攝到包含該二 組投射點（？2八，？1八）、（？28，1>18)的影像之晝面，並將所擷取 • 晝面資訊提供給計算單元16進行比較、分析。 於本實施例中，於該第一監測裝置10及第二監測裝置 11之壓克力板13的四個角隅各設有一高輝度LED17，且 於該第一監測裝置10及第二監測裝置11電性連接一電源 管理單元18，而該電源管理單元18連接一太陽能板19用 ‘ 以接收太陽能做為電源供應來源，使該第一監測裝置10及 • 第二監測裝置11於夜間產生四個高輝度LED17發光時的 亮點影像圖形，這四個亮點影像圖形所圍成的四方形則為 該壓克力板13的面積，俾使於夜間無法攝取遠方地形地貌 的景象，卻能由四個高輝度LED17及二平行雷射光源2卜 9 1380247 22，得知地滑的位移量和地滑的方向及角度，且再藉由固 定好旋轉定位台12及攝影機15,以及二平行雷射光源21、 22後，依該第一監測裝置10及第二監測裝置11的位置， 設定好旋轉定位台12和各壓克力板13之間的角度（0m)， 將使本發明之遠距影像座標地滑監測系統100只用一套量 測裝置（攝影機15和二平行雷射光源21、22)即可依序 完成各點地滑位移的監測。而前述計算單元16為一硬體運 算電路，且該計算單元16進一步連接一無線網路模組（圖 φ 未示），用以傳輸資料，而該無線網路模組為一 Zig_Bee網 路模組，且前述無線網路模組可用於與鄰近之其他地滑監 測系統進行資料分享。 另在該實施例中，為了簡化運算的成本，因此在該壓 克力板13的表面即為繪製有用以標示座標的格線之刻度 板。且該組平行雷射光源21、22可採用水平、垂直或任 意角度的設置方式，該計算單元16皆可將不同時間所擷 取晝面中的資訊進行比對分析，而不致影響量測之準確 度。在本發明下述實施例中，為了說明上的便利，該組平 • 行雷射光源21、22係採用水平或垂直兩種設置方式。 請參考第二圖，係顯示本發明攝影機拉近功能之投射點 影像所產生之畫面。於本實施例中，僅以一個監測裝置之 壓克力板13作說明，該攝影機15係藉由焦距的調整致使 在壓克力板13的影像上取得較為清晰的投射點〇P2N，P1N) ' 之影像，當把攝影機15設定為”拉近”功能時，則壓克力板 13和投射點Pin)將產生最大的影像圖形，該壓克力板 13的實際長度為Ls，於影像晝面上所佔的像素值為Nh (Ls)，而該壓克力板的寬度為Ws，於影像晝面上所佔的 像素值為Nv (Ws)，投射點之間的實際距離ds，兩投射點 1380247 •影像圖形相隔的像素值為Nh⑷，則水平方向仂移見孤 及复直立，可以分別 表示為 = ^Γ(Γ7)-----公式（1) D W . "=^77^7)-----公式（2) 秦式i1)及公式⑺可將實際長度Ls和實際寬度Ws 里測單位，轉換成此像素值為量測單位，故可由影像畫 面中的像素值計算出各點的實際距離。 當有地滑現象發生的時候，攝影機15和二平行雷射 光源21、22，因固定在遠端固定點（不動點），所以其相 對位置不會改變，而壓克力板13因設置在待測點坡地上 (動點）’所以該壓克力板13會隨地滑現象而移位，相當 於投射點不動，該壓克力板13做相對移動，所以於影像 畫面上，將得到該壓克力板13影像圖形和投射點影像圖 形相對的位移量’便能由影像晝面中以像素值計算得知實 鲁 際地滑的位移量，並得到距離解析度更高的影像晝面。 參考第三A圖與第三B圖所示為本發明不同實施例 中’以一組投射點（PSN，ΡιΝ)影像所產生之畫面。其中，第 三A圖所示為該組平行雷射光源21、22採用垂直設置方 式的實施例，此時投射點PaN與投射點P1N的水平座標值 • 相同，而垂直座標值不同；另外，第三B圖所示為該組平 行雷射光源21、22採用水平設置方式的實施例，此時投 射點P2n與投射點Pin的垂直座標值相同，而水平座標值不 同。 11 1380247 由於該組雷射光源2i、22採用平 無論該組平行制光源21、22 T^的方式，因此 離县丕对傲^ 一該屋克力板13之間的距 : = = =投，Μ在壓克力板13 將同步於待測點坡地的Ϊ也滑情形 〇

參考第四A圖、第四B圖分別表示 A = 地下沈時的投卿的 ^像變化如圖所示，當坡地下沈時，則投射點 標值即會在垂直方向往上移動。 Η所％之眚/圖、第五B圖分別表示第四A圖與第四B =二中待測坡地除了下沈之外分別向右移與左 ^之^。如第四A圖所示’當坡地向右移時則投射點 二彡像ί座標即會在水平方向往左邊移動，而如 旦’當坡地向左移動時，則投射點(‘Pm)的 衫像之座軚即會在水平方向往右邊移動。 A圖，表不第三A圖所示之實施例中待測坡 P 、往右移動並產生向右傾斜’此時投射點(P2N， m)的像之座標即會在垂直方向往下移動以及在水平方 向往左邊移動’並且產生向左傾斜；再參考第六B圖的情 形’表不第三B圖所示之實施例中待測坡地下沈、往右移 動並產生向左傾斜，此時投射點(％，Μ㈣像之座標 即會在垂直方向往上移動以及在水平方向往左邊移動並 且產生向右傾斜。 因^此，根據第三A圖至第六B圖所示之實施例，本發 明之退距影像座標地滑監測系統可在初始設定時的第一時 間擷取該投射點(P2N，PlN)的影像之座標資料作為基準值， 致使各種地滑現象所造成的位移變化或方向的改變，都能 12 1380247 於每一個任意時間所擷取、紀錄的影像晝面所得知，以達 到長期監測地滑現象的目的。 在本發明的遠距影像座標地滑監測系統中，因此壓克 ' 力板13與攝影機15之間的相對距離以及攝影角度可保持 固定，且攝影機15所拍攝的影像晝面亦將固定在同一個 影像範圍，並只擷取包含投射點（P2N，Pin)以及該壓克力板 13的座標平面之影像，因此可以減少計算單元16的運算 負載，進而降低系統設置的成本與體積，並有效降低系統 _ 的耗電量。 進一步而言，由於固定點與待測點之間不需要藉由銦 鋼纜或其他纜線而連接，而僅需透過平行雷射光源21、22 進行遠距的投射，因此可將環境的影響降至最低。而由於 可藉由攝影機15對壓克力板13作拉近功能之攝影方式， 因此可大幅提升量測的解析度。且由於平行雷射光源21、 22在壓克力板13的表面上所產生之投射點（P2N，P1N)已產 生一定程度之亮度，且並於該壓克力板13上設有四個高 輝度之LED17，因此在夜間週遭環境亮度降低時，藉由該 • 組投射點（P2N，Pin)的影像及四個亮輝度之LED17發光時 的亮點影像圖形，使遠方的地形地貌更趨明顯，致使本發 明之遠距影像座標地滑監測系統可以不受白天或夜晚等時 間限制，亦不需要額外架設照明器材。 請參考第七A圖至第七D圖係顯示本發明遠距影像座 標監測系統二平行雷射光源與攝影機之光學軸心垂直與非 ' 垂直狀態之示意圖。由於待測點坡地的地形限制，當平行 雷射光源21、22與第一監測裝置10及第二監測裝置11的 壓克力板13並非位於同一等高線上時，將會導致平行雷 射光源21、22投射至壓克力板13表面上之光束無法呈現 13 1380247 垂直狀態，亦即該壓克力板13與攝影機15的光學轴心 (optical axis)並非垂直狀況時，則像素值與距離將有非 線性的比例關係，而造成量測誤差增加，以及增加計算單 • 元16運算的負載，故所架設二平行雷射光源21、22的主 要目的，在於使本發明遠距影像座標監測系統100可以有 自我校正的功能，使量測結果能更精確。當將攝影機15作 距離量測儀器使用時，必須使該光學軸心真正與該壓克力 板13成垂直狀態，才能使像素值與距離有線性的比例關 • 係。本發明將攝影機15和二平行雷射光源21、22固定在 同一基座12上成為距離量測的裝置，並且把二平行雷射光 源21、22調整成與攝影機15光學轴心相互平行，則不論 量測裝置如何移動或轉動，平行雷射光源21、22所產生的 投射點將位於光學軸心的兩側，並且與光學轴心保持等距 關係，如第七A圖所示，當該壓克力板13與光學軸心垂 直的時候，這兩個投射點的影像圖形到影像晝面中心點0C 的像素值將相等，即N (V P2N) =N (V P1N)，如第七B 圖所示。 • 於本實施例中，該壓克力板13是否垂直於地面，僅以 一條細線和一個重錘即完成是否垂直於地面的校正，但該 壓克力板13水平方向是否與攝影機15光學軸心成垂直狀 • 態並非内眼可觀看出，故當二平行雷射光源21、22之雷射 • 亮點於螢幕上的影像圖形觀看得知N(SP2N)不等於N(S Pin )時，如第七C圖及第七D圖所示，則可以旋轉該基 • 座12的攝影角度，當調整到N (SP2N) =N (SP1N)時， 則表示該壓克力板13與攝影機15的光學軸心成垂直狀 態，俾使本發明可自我校正，並且是在固定點之處完成校 正手續，並不必至待測點的地滑區，去重新調整壓克力板 14 1380247

參考第八圖及第九圖分別表示在不同的地滑狀態下由 攝影機12所擷取一壓克力板之影像晝面。於第八圖中， SCi為原⑦定於壓克力板影像圖形的中點，％為發生地

滑後所得到該壓克力板影像圖形的中心點，P :D1)為原設定影像晝面上四個高輝度LED影像：二在C的’ 置’而（PA2, PB2, PC2, Pd2)為地滑發生後，四個产 LED17影像圖形所在的位置。 & 對投射點P1N及P2N而言，該壓克力板13向左 造成：變化量ΛΝΗ (PlN)和變化量娜Αν)分別為 ΔΝΗ PlN) =Nh(Pin> 1} _Nh(Pin，2)——公式⑴ 則二H (Λ) % (P2N ’ D —NH (P2N，2)——公式⑷ 1N)>〇 ’ ΛΝη (P2N)>〇，表示發生向左移位 的地滑情形，而當δνη(ρ1ν) <0，ΔΝη(Ρ2ν) <〇 S3移的地滑情形。而實際水平方向，地滑位移量‘ △==γ[ιδνη/ρ1ν) ι+μΝΗ ）丨]一―公式⑸ 才木平均值計具，以減少誤差量。 於第^中，係為地滑下沉的影像圖形分析，其中得知投 ^ 地滑所造成的變化量分別為△心

Win)和ΔΝν (Ρ2Ν)，可以表示為 ν ΔΝν(ρ1Ν) =Nv(P1n> 1) ^Nv(Pin,2)——公式（6) 此時二 Γ) :Nv(P2N’ υ 〜Nv(P2n，2)—-公式⑺ H Ν〉:Δ1：ν (P2n) >G，表示發生下沉的 而當ΔΝν1ΡΐΝ)<0’△〜&)<〇,表示發 =起之情形。所以實際垂直方向，地滑位 ---公式（8) 15 △DV=i/2xRVSx[丨 ΔΝ ( 採平均值計算，⑹" 進—步而言，當地滑現务里 雷射光源21、22並無移勒象產生時，由於固定點的平行 進行移動，因此相當於被拍是移動點的壓克力板13在 移動，而是移動整個影投射點(Un)沒有任何 參考第十圖為第九圖所 其中影像晝面113代表尚只施例之影像晝面的變化， 揭取之初始影像，在影^發生地滑現象時由攝影機15所 即為初始影像座产（1>办^面113中所得到的投射點影像 滑發生後，攝影‘二壓^，*中心座標為SC1。當地 (1>冰Pin)往左並往下、移^力板13相對於初始影像座標 影像晝面114的中心仲t，因此攝影機U所擷取新的 (6)、公式⑺及公式^由％改為％，且由公式 由公式（3)、公式得知其下沉的位移量，以及 即可由公式（5『及八公式（5)得知其左移的位移量， 量。 A工〔8)同時得知兩方向實際之位移 參考第十—圖為第 化，其中第十一圖所-圖所示實施例之影像晝面的變 移的動作之後再二 地滑狀態可視為先進行下沉與左 影像晝面分為參=而’j j因此可將攝影機12所擷取之 旦面丨15所示為進 二Π6等二個過程，其中影像 影像晝面，而影 ’/、左移的地滑動作之後所擷取之 行傾斜的地滑動 所示為在下沉與左移之後再進 如第十影像晝面。 移（左、右移動y ϋ也'月現象的時候，不只有水平位 質關係，而使得所1置立，（下陷或隆起）也可能因地 °又置㈣克力板13產生傾斜的狀況，如 1380247 圖中所示（PA3，PB3，pe3，PD3)四個高輝度LED17B成一個 傾斜的四方形，乃因地滑位移有下沉左移，並造成壓克 力板13傾斜的狀況。當此壓克力板13影像圖形的中心由 sq移動至（sc：3)時，該SCli (SC3)之位移量的量測， ，以SCA SC37jc平像素值的變化量及垂直像素值的變化 里，彳牙出地滑的位移量，則水平位移量ΔΕ)Η及垂直位移量 △DV，可表示為 △DH = RHSx (INSCJ-INSCy)

△DV = RVSx (IMSCJ —|MSC3|)---公式（10) 當（nsCi_nsc3) >〇，代表左移地滑，（MSC「MSC3) >〇則代表下沉地滑，則由四個高輝度LED17影像圖形座 標位置即可得知SCj在影像晝面上的座標值，』為任意數 值，用此表示發生地滑後，壓克力板13的中心點，可能位 於任何位置上。 l/4[NAj + NBj + NCj + NDj] NSC； MSCj = l/4[MAj + MBj + MCj + MDj]---公式（12) 則任意狀況的水平位移量ΔΟΗ)及垂直位移量△!) Vj，將成 為量測的通式，如下所示 ADHj = RHSx (INSCjI-INSCjI) ---公式（13) ADVj^RVSx (IMSC^-IMSCjI)---公式（14) 則NSC! —NSCj>0表示向左移動的地滑，msc】 — msC· >0表示向下陷移動的地滑。 』 在本發明之遠距影像座標地滑監測系統之中，僅需標 示出影像晝面中亮度最高的二個亮點，再計算出亮點的^ 標值而進行位移量計算，而不需要進行複雜的影像辨識尚 程。因此，在本發明的實施例中，計算單元丨3不恭 = 置高效能的運算處理器或工業電腦，而僅需要藉由^單= 17 上卿247 體m處理方式即可進行所需之運算。 # 考第十二A圖及第十二B圖係顯示本發明、,2 像座標地滑監測系統100 杂 =¾矩影 =之，影像座標地滑監測系統削，包含設 本發 d點坡地上的複數個監測装 不同待 =旋轉定位台12，該複數個監測裝置 板13,而該旋轉定位台12上設有 二®克力 =測裝置ω設有複數個光接收器:複數 台12内相對基* w處設有一旋轉轴承23，俾=轉定位 台12可旋轉，而該基座14上包含—組帝吏^旋轉位 22、一攝影機ls以及一計算單元μ ( 田’，"源21、 板12側邊對應該複數個光接收器2〇位置處不言:基 雷射24，而該組平行雷射光源21、二叹〜定位 源至該複數個監測裝置的壓克力& 132:=:組平行光 組投射點’因此攝影機15可由前方拍攝到包含 點的影像之畫面’並將賴取晝㈣訊提供給計算 進行比較、分析。 早疋16 當轉動旋轉定位台12時，該定位雷射24所對庫 接收器20，將接收到雷射光信號，則此時所拍攝的^像^ 面，正是對應到所架設的壓克力板13，便能以 ^互 位雷射完❹點監_實現。 精松的疋 於本實施例中，因各壓克力板13所架設的位置到量 裝置之間的距離，並不相同，所產生的影像圖形大小也不 一樣，在影像大小不一樣，攝影距離不相同，攝影機放大、 縮小比例不知道的情況下，此圖形辨識的方法，更難完成 位移量的量測，故本發明利用四個高輝度LED影像圖ς在 影像晝面中的座標值，便能完成地滑位移量的量測， 1380247 °雙軸位移量的大小。所以只要定位雷射24完成定位後， 可t意調整漏機15放大料的比H改變其焦距而得 到最^晰的影像晝面，此顏色和亮度判斷出四個高輝度 影像圖形的座標值’就能由公式（ι3)及公式（14) 知知水平方向左（右）移動的位移量及垂直方向下沉（隆 f)的位移量。因所創新的壓克力板13設計，使得日夜均 广測得地滑的位移量，所有量測公式都沒有使用到攝影機 的相關參數，所簡壓克力板13架設的位置，並沒有 =旦 再加上旋轉定位台12的設定有精密 ^ , M ’ 、壓克力板13所設置的方向，此兩道平 订雷射光束完成垂直攝影的校正 能實現多點監測的目標。 口疋九接收益20’便 之考//日f ^係㈣本發明遠㈣像座標監測方法 步驟101，首先投& t t 法，包含以下步驟： 面以產生-組投射點（p p 硬地上#座才示千 102,入一拇mil- + ’ ）接者進行步驟102 ;步驟

座標平面的投射點影像(P 像（P2M，P1M)之第二晝面，並兮笛一^ .晝面與才又射點汾 摄旦彡機·之：krτ·Α处， 第思面及第二晝面利用 攝私機之拉近功喊大’以使 驟103;步驟1〇3,人4曾叫β晰，接著進4丁/ 0> Ρ ^ L ^一计异早元計算前述二組投射點影像 allt ίο ； ^ 103 ； 、:“ 义該計异單元計算後的座俨值變化判斷前 =的滑動情形，例如地滑下沉、㈣=、右移或 本毛明之遠距影像座標地滑監測系 行雷射 光源’設於離待偵剛區很遠的固定點上、，並調；其投射角 19 1380247 度，使二平行雷射光源所發出的光束為平行狀態，並於待 測點上設置固定面積大小的壓克力板，使二平行雷射光線 投射於該壓克力板上，產生兩個亮度遠大於背景亮度的投 射亮點，並設置一攝影機於二平行雷射光源之中央，並以 攝影機「拉近」的功能，將得到壓克力板最大的影像圖形， 其影像圖形中，將包含兩個投射亮點的影像圖形，該二平 行雷射光源與攝影機固定在同一基座上，則兩者之間的相 對位置將永遠不會改變，俾使於地滑情形發生時，該壓克 φ 力板將隨地滑的發生而產生移動，則兩個投射亮點的影像 圖形，將和壓克力板的影像圖形，產生相對的位移量，則 只要以像素值為單位，計算出兩者之間影像圖形的位移 量，以得知真正地滑位移量及其位移的方向。 另本發明之遠距影像座標地滑監測系統，以雷射光 束做遠距離的投射，而不使用銦鋼繞，因此能夠真正實 現遠距非接觸式的地滑量測，並以攝影機做為量測儀器 使用，而使攝影機不再只是當「監看」的功用。且因雷射 光束所產生的投射亮點的亮度可以形成強烈的對比，就 • 能以簡單的電路，完成座標值的儲取，且有量測結構簡 單，成本低，量測速度快，耗電量少，體積小等優點， 更重要的是可以只用一組量測系統，就能同時測知地滑 得位移量與地滑方向。縱使夜間且沒有燈光的情況下， 也能正確地監測地滑是否發生，及地滑的位移量與地滑 的方向。 • 在詳細說明本發明的較佳實施例之後，熟悉該項技術 領域者可清楚的瞭解，在不脫離下述申請專利範圍與精神 下進行各種變化與改變，且本發明亦不受限於說明書中所 舉實施例的實施方式。 20 1380247 【圓式簡單說明】 第一圖為一遠距影像座標地滑監測系統的系統架構圖； 第二圖為本發明攝影機拉近功能之投射點影像所產生 之晝面； 第三A圖為垂直設置之投射點影像所產生之晝面； 第三B圖為水平設置之投射點影像所產生之晝面； 第四A圖為第三A圖所示實施例中產生坡地下沈的投 射點的影像畫面； 第四B圖為第三B圖所示實施例中產生坡地下沈的投射 點的影像晝面； 第五A圖為第四A圖所示實施例中產生坡地右移的投 射點的影像畫面； 第五B圖為第四B圖所示實施例中產生坡地左移的投射 點的影像晝面； 第六A圖為第三A圖所示實施例中產生坡地向上隆 起、往右移動並產生向右傾斜的投射點的影像晝面； 第六B圖為第三B圖所示實施例中產生坡地向下沈、往 右移動並產生向左傾斜的投射點的影像晝面； 第七A圖為本發明遠距影像座標監測系統二平行雷射 光源與攝影機之光學軸心垂直之側視圖； 第七B圖為本發明遠距影像座標監測系統二平行雷射 光源與攝影機之光學軸心垂直之示意圖； 第七C圖為本發明遠距影像座標監測系統二平行雷射 光源與攝影機之光學軸心非垂直之侧視圖； 第七D圖為本發明遠距影像座標監測系統二平行雷射 光源與攝影機之光學軸心非垂直之示意圖； 21 1380247 第八圖為本發明由攝影機所擷取一壓克力板產生地滑 左移之影像晝面； 第九圖為為本發明由攝影機所擷取一壓克力板產生地 滑下沉之影像畫面； 第十圖為為第九圖所示實施例中產生左移並下沈之影 像畫面； 第十一圖為第十圖所示實施例之影像晝面的變化示意 圖； 第十二圖為本發明遠距影像座標地滑監測系統另一實 施例之系統架構圖；以及 第十三圖為本發明遠距影像座標監測方法之流程圖。 元件符號說明： 100---遠距影像座標地滑監測系統 10 ---第一監測裝置 11 ---第二監測裝置 113、114、115、116…影像晝面 12 —旋轉定位台 13 —壓克力板 14…基座

15…攝影機 16 ---計算單元 17…高輝度LED 18 ---電源管理單元 19 —太1¾能板 20---光接收器 22 1380247 21、22…平行雷射 23 ---旋轉軸承 24---定位雷射 101〜104---步驟流程

Claims (1)

1380247 5. 如申請專利範圍第4項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中當NV(P2N)及NV(P1N)之變化量大於0時，則表示 產生下沉移動之地滑，而當Nv (P2N)及Nv (P1N)之變化 量小於0時，則表示產生隆起移動之地滑。 6. 如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述計算單元進一步計算前述第一晝面與前述第二 晝面的水平轴之夾角，以得知地滑之傾斜角度。 7. 如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述計算單元進一步計算前述第一晝面與前述第二 晝面的垂直轴之夾角，以得知地滑之傾斜角度。 8. 如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述座標平面之四角隅各設有一高輝度LED。 9. 如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述擷取單元具有一 CCD或CMOS鏡頭。 10如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述計算單元為一硬體運算電路。 11. 如申請專利範圍第1項之遠距影像座標地滑監測系統， 其中前述計算單元進一步連接一無線網路模組，用以傳輸 資料。 12. 如申請專利範圍第11項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述無線網路模組為一 Zig-Bee網路模組，且前 述無線網路模組可用於與鄰近之其他地滑監測系統進行 資料分享。 13. —種遠距影像座標地滑監測系統，包括： 複數個座標平面，設置在一待測坡地上，用以接 收一組平行光源並產生一組投射點（P2N，P1N);以及 一旋轉定位台，設置於一遠端固定點，具有一基座 25 1380247 統，其中#nv(p2N) &NV(P1N)之變化量大於0時，則 表示產生下沉移動之地滑，而當Νν (Ρ2Ν)及Νν (Ρ1Ν)之 變化量小於0時，則表示產生隆起移動之地滑。 18. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述計算單元進一步計算前述第一晝面與前述 第二晝面的水平軸之夹角，以得知地滑之傾斜角度。 19. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述計算單元進一步計算前述第一畫面與前述 第二晝面的垂直軸之夾角，以得知地滑之傾斜角度。 20. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述座標平面之四角隅各設有一高輝度LED。 21. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述擷取單元具有一 CCD或CMOS鏡頭。 22. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述計算單元為一硬體運算電路。 23. 如申請專利範圍第13項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述計算單元進一步連接一無線網路模組，用以 傳輸資料。 24. 如申請專利範圍第23項之遠距影像座標地滑監測系 統，其中前述無線網路模組為一 Zig-Bee網路模組，且前 述無線網路模組可用於與鄰近之其他地滑監測系統進行 資料分享。 25. —種遠距影像座標地滑監測方法，包括以下步驟： 投射一組平行光源至一坡地上的一座標平面以產生 一組投射點（P2N，Pin)， 令一擷取單元於第一時間及第二時間各擷取包含前 述座標平面的投射點影像(P2N，P1N)之第一晝面與投射 27 1380247 點影像(P2N，Pm)移動後之第二晝面； 令一計算單元計算前述二組投射點影像（P2N，P1N) 與移動後之投射點影像(P2N，P1N)的座標值變化；以及 根據前述變化判斷前述坡地的滑動情形。 26. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述投射點影像(P2N，P1N)的座標值僅在水平 軸上產生變化，則由投射點影像（P2N，Pin)上的像素值 Nh (P2N，P丨N)的各別投射點的像素值Nh (P2N)及Nh (Pin)之變化量判斷位移方向。 27. 如申請專利範圍第26項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中當NH (P2N)及NH (P1N)之變化量大於0時， 則表不產生向左移動之地滑’而當Nh ( P2N )及Nh ( Pin ) 之變化量小於0時，則表示產生向右移動之地滑。 28. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述投射點影像(P2N，P1N)的座標值僅在垂直軸 上產生變化，則由投射點影像（P2N，P1N)上的像素值Nv (Ρ2Ν，Pin )的各別投射點的像素值Νν ( Ρ2Ν )及Nv ( Pin ) 之變化量判斷位移方向。 29. 如申請專利範圍第28項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中當Nv (P2N)及Nv (P1N)之變化量大於0時，則 表示產生下沉移動之地滑，而當Nv (P2N)及Nv (P1N)之 變化量小於0時，則表示產生隆起移動之地滑。 30. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述計算單元進一步計算前述第一晝面與前述 第二晝面的水平軸之夾角，以得知地滑之傾斜角度。 31. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述計算單元進一步計算前述第一畫面與前述 28 1380247 第二晝面的垂直軸之夾角，以得知地滑之傾斜角度。 32. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述座標平面之四角隅各設有一高輝度LED。 33. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述擷取單元具有一 CCD或CMOS鏡頭。 34. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述計算單元為一硬體運算電路。 35. 如申請專利範圍第25項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述計算單元進一步連接一無線網路模組，用以 傳輸資料。 36. 如申請專利範圍第35項之遠距影像座標地滑監測方 法，其中前述無線網路模組為一 Zig-Bee網路模組，且前 述無線網路模組可用於與鄰近之其他地滑監測系統進行 資料分享。 29