一种激光与图像识别的位移监测系统的制作方法

1.本发明涉及监测技术领域，特别涉及一种激光与图像识别的位移监测系统。


背景技术：

2.随着水力资源的开发利用日益普及，大坝的重要作用日益突出。大坝形变易产生溃坝的风险，一旦溃坝，将给下游的生态环境和生命财产带来巨大的灾难。而大坝的形变非一朝一夕形成的，与大坝建设初期的工艺、材质、材料生命周期疲劳度、涉及蓄水等级、后期的入库流量和气势、以及上下游水位等众多因素相关，大坝的形变通常表现为坝体倾斜位移、挫裂位移、动静态扰动严重等；因此，对大坝进行安全监测，可以有效防止灾难事故的发生。
3.现有的安全监测系统，如公开号为cn111398997a的中国专利公开的一种基于北斗+惯导的堤坝安全监测装置及方法，包括安装在待监测堤坝的位移姿态监测机构，用于对待监测堤坝上预先设置的监测点的微小位置和三维姿态变化进行实时连续测量；采集记录仪，与位移姿态监测机构连接，用于对位移姿态监测机构输出的三维姿态信号进行采集和记录，并将三维姿态信号输出；网络计算机，网络计算机通过数据传输链路与数据记录仪连接，用于接收三维姿态信号并分析提取桥梁的结构形变数据。上述一种基于北斗+惯导的堤坝安全监测装置及方法中公开的方案，虽然能对堤坝上的微小形变进行检测，但是堤坝是否存在溃坝的危险需要将堤坝易形变处的形变量与不易形变出的形变量对比才能更加精准结论。
4.此外，现有技术中的形变监测方法中主要使用gnss卫星定位技术，测量出已知位置的卫星到gnss接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道gnss接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而gnss接收机到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到gnss接收机所经历的时间再由差分计算后得到。(例如，参见期刊：《测绘标准化》,2019年03期。gnss技术在地质灾害监测与预警系统中的应用。)
5.综上，现有技术中的形变检测方法由于采用卫星定位技术，处理数据量过大而导致其无法实现即时响应的问题需要解决。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中的问题，本发明提供一种激光与图像识别的位移监测系统，包括：
7.至少一激光发射器，所述激光发射器固定设置在形变监测点位；
8.图像识别设备，所述图像识别设备固定设置在基岩之上，所述图像识别设备具有成像区域和图像采集装置，所述成像区域之中形成有光斑，所述光斑为所述激光发射器发出的激光束投落在所述成像区域之中形成的，所述图像采集装置扫描所述成像区域生成光斑图像；
9.计算部件，所述计算部件与所述图像采集装置通讯连接，所述计算部件接收所述光斑图像并对比所述光斑图像的像素点阵与基准像素点阵，以确定对应的所述形变监测点位是否发生形变位移。
10.在一些实施例中，所述激光发射器包括激光二极管、透镜和恒定功率电路板，所述恒定功率电路板与所述激光二极管电连接，所述透镜设置于所述激光二极管的光路上的一侧，所述恒定功率电路板控制所述激光二极管发出光线，所述光线经过所述透镜收束发射激光束，所述激光发射器中填充有散热硅胶，所述散热硅胶填充于所述恒定功率电路板与所述激光发射器的内壁之间用于为电路板运行提供散热。。
11.在一些实施例中，还包括滤光板，所述滤光板设置在所述成像区域朝向所述激光发射器的一侧，所述滤光板用于隔离所述激光发射器发射的激光以外的光线投射至所述成像区域。
12.在一些实施例中，所述激光发射器还具有第一电源，所述第一电源包括12伏1500毫安时的锂电池。
13.在一些实施例中，所述图像采集装置包括光学镜头、滤光片、接触式图像传感器和图像信号处理器，所述接触式图像传感器用于扫描所述成像区域并将扫描内容传说至所述图像信号处理器以生成所述光斑图像。
14.在一些实施例中，所述图像识别设备还包括固定支架和重力垂直线缆，所述成像区域设于接收板之上，所述接收板和所述图像采集装置均设置在所述固定支架之上，所述接收板通过所述重力垂直线缆吊起使得所述接收板与重力方向相平行。
15.在一些实施例中，所述光斑图像的像素大于30万像素，所述光斑图像的尺寸大于640*480。
16.在一些实施例中，所述基准像素点阵为在所述系统布置完成后通过固定好的激光发射器向固定好的所述成像区域发射激光束，所述图像采集装置扫描所述成像区域形成所述基准像素点阵。
17.在一些实施例中，所述计算部件包括mcu控制板，所述计算部件通过rs485协议与所述图像采集装置通讯连接。
18.在一些实施例中，所述计算部件用于将所述形变量与形变阈值进行比较，若所述形变量超出所述形变阈值，则发出警报信号并向管理平台发送报警数据。
19.本发明提供的一种激光与图像识别的位移监测系统，通过将激光发射器固定设置在形变监测点之上，并且使得发出的激光束照射在图像识别设备的发光区域中形成光斑，通过图像采集装置扫描发光区域形成光斑图像并且发送至计算部件，以确定对应的形变监测点位是否发生形变位移的设计。与现有技术中的gnss卫星定位技术相比，现有技术中的gnss卫星差分定位技术需要2个小时左右的计算机高速运算才出一个定位数据，计算时间长对运算设备要求高，本发明响应速度快，3秒内可以完成一次形变位移测试，对控制设备要求低，8位mcu控制板都可以满足运算要求，本发明功耗低，12v1500毫安时的锂电池可以满足1年的工作供电需要。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
21.图1为本发明提供的一种激光与图像识别的位移监测系统结构示意图；
22.图2为本发明提供的一种激光与图像识别的位移监测系统模块示意图。
23.附图标记：
24.10激光发射器
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20图像识别设备
25.21成像区域
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22图像采集装置
26.30计算部件
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80大坝
27.90基岩
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”以及类似的词语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定与物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接、光连接等，不管是直接的还是间接的。
30.以下通过具体实施例进行说明。
31.本发明提供一种激光与图像识别的位移监测系统，如图1和图2所示，包括：
32.至少一激光发射器10，激光发射器10固定设置在形变监测点位。
33.图像识别设备20，图像识别设备20固定设置在基岩80之上，图像识别设备20具有成像区域21和图像采集装置22，成像区域之中形成有光斑，光斑为激光发射器10发出的激光束投落在成像区域21之中形成的，图像采集装置22扫描成像区域21生成光斑图像。
34.计算部件30，计算部件30与图像采集装置22通讯连接，计算部件30接收光斑图像并对比光斑图像的像素点阵与基准像素点阵，以确定对应的形变监测点位是否发生形变位移。
35.在图1所示实施例中，以大坝的形变监测为例进行说明，激光发射器10固定在大坝80的预设形变监测点位之上，图像识别设备20固定设置在大坝两侧的基岩90之上，当坝体出现表面沉降位移情况时，将带动形变监测点位处的激光发射器10发生位移或者偏转，进而使得其发射出的激光束在成像区域21上的光斑落点发生改变。同时，计算部件30将通过图像采集装置22即时的接收到变化后的光斑图像，通过对比可以得到该光斑图像的像素点阵与基准像素点阵不符合，进而可以控制发出形变警报。
36.在一些实施例中，激光发射器10包括激光二极管、透镜和恒定功率电路板，恒定功
率电路板与激光二极管电连接，透镜设置于激光二极管的光路上的一侧，恒定功率电路板控制激光二极管发出光线，光线经过透镜收束发射激光束，激光发射器中填充有散热硅胶，散热硅胶填充于恒定功率电路板与激光发射器的内壁之间用于为电路板运行提供散热。
37.在一些实施例中，还包括滤光板，滤光板设置在成像区域朝向激光发射器10的一侧，滤光板用于隔离激光发射器发射的激光以外的光线投射至成像区域。
38.在一些实施例中，如图激光发射器10还具有第一电源，第一电源包括12伏1500毫安时的锂电池。
39.在一些实施例中，图像采集装置22包括光学镜头、滤光片、接触式图像传感器(cis)和图像信号处理器(isp芯片)，接触式图像传感器用于扫描成像区域并将扫描内容传说至图像信号处理器以生成光斑图像，其中图像采集装置22的供电部件接入12v电压电源。
40.在一些实施例中，图像识别设备20还包括固定支架和重力垂直线缆，成像区域设于接收板之上，接收板和图像采集装置均设置在固定支架之上，接收板通过重力垂直线缆吊起使得接收板与重力方向相平行。
41.在一些实施例中，光斑图像的像素大于30万像素，光斑图像的尺寸大于640*480。
42.在一些实施例中，基准像素点阵为在系统布置完成后通过固定好的激光发射器10向固定好的成像区域21发射激光束，图像采集装置22扫描成像区域21形成基准像素点阵。
43.在一些实施例中，计算部件30包括mcu控制板，计算部件通过rs485协议与图像采集装置22通讯连接，其供电部件接入12v电压电源。
44.在一些实施例中，计算部件30用于将形变量与形变阈值进行比较，若形变量超出形变阈值，则发出警报信号。
45.本发明提供的一种激光与图像识别的位移监测系统，通过将激光发射器固定设置在形变监测点之上，并且使得发出的激光束照射在图像识别设备的发光区域中形成光斑，通过图像采集装置扫描发光区域形成光斑图像并且发送至计算部件，以确定对应的形变监测点位是否发生形变位移的设计。与现有技术中的gnss卫星定位技术相比，现有技术中的gnss卫星差分定位技术需要2个小时左右的计算机高速运算才出一个定位数据，计算时间长对运算设备要求高，本发明响应速度快，3秒内可以完成一次位移测试，对控制设备要求低，8位mcu控制板都可以满足运算要求，本发明功耗低，12v1500毫安时的锂电池可以满足1年的工作供电需要。
46.尽管本文中较多的使用了诸如激光发射器、形变监测点位、图像识别设备、成像区域、图像采集装置、光斑图像以及计算部件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。