一种边坡安全监测系统和方法与流程

本发明涉及岩土工程安全监控技术领域，具体涉及一种边坡安全监测系统和方法。

背景技术：

边坡包括由自然地质活动形成的边坡，还包括由人为工程改造形成的边坡，在岩土工程中，边坡安全问题一直是工程技术和科研人员关注的焦点。

目前进行边坡位移监测的方法很多，有大地观测法、仪表观测法、gps观测法等，但这些方法存在仪器昂贵、专业化程度高、监测成本高、内业工作量大等缺点。

数字图像测量是近些年来兴起的变形测量技术，它是采用图像采集设备作为数据来源，在计算机上使用图像分析技术获取目标变形值的测量方法。与传统的变形量测手段相比，该法具有测量迅速、安全、获取信息量大、多点同时测量、数据存储可靠等优点。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的对于边坡位移监测使用方法成本高的缺陷，从而提供一种低成本的完成边坡位移精确监测的监测系统。同时，本发明还提供了一种使用上述监测系统的监测方法，该方法的监测速度快，监测精度和安全性高。

本发明提供的一种边坡安全监测系统，包括：

边坡标记物，固定于边坡上的不同位置；

图像采集器，可采集监控边坡标记物的位移信息；

信息处理器，与图像采集器连接对图像采集信息进行对比分析。

可选地，所述边坡标记物为垂直于边坡面而固定于岩土边坡内的锚杆，在所述锚杆的上端部设有锚杆帽。

可选地，所述锚杆帽包括标记牌和设于标记牌下表面用于给标记牌照明的照明灯。

可选地，所述标记牌的上部设有具有聚光效果的高硼硅玻璃。

可选地，所述图像采集器为照相机，所述照相机固定于太阳能供电装置上，照相机的固定位置不变。

可选地，所述照相机为ccd相机，对称设置有两个。

一种边坡安全监测方法，包括：

边坡标记物呈若干个横纵位点固定设于边坡上；

距离边坡监测区域30m～50m的位置，两个图像采集器以一定时间间隔交替连续采集边坡标记物精确位置信息；

通过光纤将数据传输至信息处理器，对采集数据进行对比分析，计算位移量和位移速度。

可选地，边坡标记物呈均匀分布状态，水平间距与竖向间距均为2m。

可选地，物体全局位移场的计算过程如下，

设定前后图像的分布函数为f1(x,y)和f2(x,y)，它们分别为初始点f1(x,y)和移动点f2(x′,y′)处的灰度值，则在两幅图上的两点间的位移分量u(x,y)与v(x,y)的对应关系为：

而其相关点的灰度强度具有映射关系：

f(x,y)＝g(x′,y′)＝g[x+u(x,y),y+v(x,y)](2)

由于单个标记物不具备匹配特征，因此，在未变形图像中选取一个包含点以f1(x,y)为中心的标记物子集；

于是，在变形图像中的另一个同样的标记物子集以f2(x′,y′)为中心，这两个标记物子集的灰度相关度定义为：

式中f1m和f2m分别为变形前后图像特定子区的灰度平均值。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明的一种边坡安全监测系统，包括置于边坡上的锚杆，锚杆上端部设有锚杆帽，锚杆帽内有标记牌，数码相机固定设置于距离边坡位置40米的距离，两台数码相机以一定的时间间隔对边坡连续拍照，获得锚杆帽内的标志牌的精确位置，采集信息传送至计算机，通过数据分析，计算出位移量和位移速度，实现了远程监控。进一步，相机通过太阳能板供电，节能环保，相机的采用ccd相机，采样频率为可视现在情况而定。

上述设备简单，通过数字图像对比的技术监控边坡安全问题，整个系统设置简单，成本低，避免了复杂的设备布置，通过对标记物的监测即实现了边坡的监测，采集的标记物的信息再通过计算机进行处理即可，本发明的判别算法消除载荷增量变化中由于不同的照明引起的背景差别，通过不断重复上述算法步骤，可以得到物体全局位移场，再根据位移量进行求导计算，便可得速度场。

数据采集和处理速度迅速，自动化程度高，无量程限制；减少了人力工作量，提高了效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于数字图像技术的边坡监控系统及方法系统图；

图2为本发明的边坡锚杆布设图；

图3为本发明的锚杆帽结构图；

图4为本发明的标志牌示意图；

图5为本发明方法实施流程图。

其中：1-边坡；2-锚杆；3-锚杆帽；4-太阳能电池板；5-数码相机；6-支架杆；7-光纤；8-计算机；9-玻璃片；10-标志牌；11-led小灯；12-白色涂料区；13-黑色涂料区；14－监测区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供的一种边坡安全监测系统，参见图1和图2所示，边坡标记物固定于边坡上的不同位置，上述边坡标记物为垂直于边坡面而固定于岩土边坡内的锚杆，锚杆的上端部设有锚杆帽3，锚杆帽3底部内侧有螺纹，与锚杆上端部旋转连接，距离边坡监测区域30m～50m的位置设有图像采集器，可采集监控边坡标记物的位移信息，本实施例的图像采集器为对称设置的两个数码相机，数码相机采集信息后将信息传输至计算机，计算机对采集信息进行对比分析。

具体地，参见图3所示，锚杆帽包括标记牌和设于标记牌下表面用于给标记牌照明的照明灯，标记牌的上部设有具有聚光效果的高硼硅玻璃。锚杆帽采用耐腐蚀的不锈钢，直径为25mm，长度为50mm，亦可由现场实际情况确定，中部的标记牌采用半透明塑料板，参见图4所示，板上涂有黑白相间标志，下部的led小灯内置超大容量的圆片电池。

实施例2

本实施例现场试验选择某在建隧道洞口边坡进行，在边坡表面喷射混凝土并布设锚杆加固，边坡高约30m，坡度约60度，本实施例的锚杆水平间距2.5m，垂直间距2m；放置相机的支架杆设在距离边坡30m～50m的位置，本实施例选择40m的位置，将太阳能电池板4和两台数码相机5安装在支架杆6上，支架杆6深埋至混泥土基座中，防止支架杆6产生轻微波动造成数据误差，支架杆采用不锈钢结构，上部安置一块太阳能电池板4，持续为数码相机5充电，数码相机采用ccd相机，调试相机焦距，设定间隔时间拍照，频率为一天5次，使用光纤7将监测系统与计算机8相连，将数字图像传入计算机8，通过分析系统计算出边坡的位移量和位移速度。

具体依据围岩等级和监控量测规范，确定监控的范围，具体施工流程如下：

(1)施工准备：依据规范确定锚杆2和支架杆6的布设位置，准备电钻、钻头、扳手等工具；

(2)安装锚杆2和锚杆帽3：将锚杆2打入预先布设的位置，并将锚杆帽3安装在锚杆外端；

(3)安置设备和固定支架杆6：将太阳能电池板4和数码相机5安装在支架杆6上，并将支架杆6深埋至混泥土基座中；

(4)建立传输系统：通过光纤7将监测设备与计算机8相连；

(5)系统调试：设置数码相机拍8照频率，调试分析系统；

(6)进行监测：拍照；

(7)图像处理：识别测点位置；

(8)上传数据：通过光纤7将数据传至计算机8；

(9)数据分析：系统对数据进行分析判断，得出位移量和位移速度，

具体物体全局位移场的计算过程包括，

设定前后图像的分布函数为f1(x,y)和f2(x,y)，它们分别为初始点f1(x,y)和移动点f2(x′,y′)处的灰度值，则在两幅图上的两点间的位移分量u(x,y)与v(x,y)的对应关系为：

而其相关点的灰度强度具有映射关系：

f(x,y)＝g(x′,y′)＝g[x+u(x,y),y+v(x,y)](2)

由于单个标记物不具备匹配特征，因此，在未变形图像中选取一个包含点以f1(x,y)为中心的标记物子集；

于是，在变形图像中的另一个同样的标记物子集以f2(x′,y′)为中心，这两个标记物子集的灰度相关度定义为：

式中f1m和f2m分别为变形前后图像特定子区的灰度平均值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。