基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置

本技术涉及一种盾构隧道原型管片形变测量装置，尤其涉及一种基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置。

背景技术：

1、盾构隧道建设在交通、水工、煤炭、油气等领域中广泛应用，盾构隧道的修建具有向大直径、高压力(水压或土压等)和大埋深方向发展的趋势。原型管片作为盾构隧道的主要承力结构，所承受的水土压力越来越大，研究原型管片的受力和变形状况成为保证施工和运营安全的重点。盾构隧道原型管片形变测量试验可以模拟原型管片所承受的真实荷载，并采集可靠的受力和变形数据，是研究原型管片受力和变形状况最直接、最有效的试验方法。

2、盾构隧道原型管片形变量的传统测量方式一般采用位移计完成，即在原型管片的待监测部位安装位移计，然后由人工采集多个位移计在各预定时间的位移数据，再借助其他设备对这些位移数据进行处理，得到原型管片的各监测部位发生位移的具体数据。

3、上述盾构隧道原型管片形变量的传统测量方式存在如下缺陷：

4、1、在大直径原型管片试验中，由于管片直径较大，需要监测的位置较多，布设的位移计数量随之增多，所以位移计的安装费时费力，而且每个位移计都需要通过数据线进行数据传输，所以位移计的线路布置显得十分庞杂；

5、2、位移计的测量准确性受外界干扰明显，位移计一般安装在管片旁的支架上，支架安装在不随管片位移而移动的地面上，而在进行试验时，工作人员需要不断地对管片的变形及裂缝进行肉眼观测，稍不留意对支架的触碰会对位移观测结果造成明显的干扰；

6、3、位移计不能及时呈现原型管片整体的变形结果，试验中通常需要人工采集各预定时间位移计的数据，再需要借助其他设备进行数据处理，不能及时地观测试验中原型管片的变形动态。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种便于安装、测量准确、便于及时呈现测量结果的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置。

2、本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，包括安装支架、测量仪、处理器和靶标，多个所述靶标安装在原型管片的多个待监测位置，多个所述测量仪安装在所述安装支架上并位于所述原型管片的上方，每个所述测量仪能够监测多个所述靶标且以该多个所述靶标为一组所述靶标，多个所述测量仪与多组所述靶标一一对应，多个所述测量仪与所述处理器通信连接。上述处理器用于将多个测量仪的信号进行汇总和处理，采用常规信号处理器即可，比如单片机、控制柜、计算机等；根据需要，处理器一般没有显示器，特殊情况也可以自带显示器，实现实时显示监测结果的功能。

4、作为优选，为了实现可靠的靶标位移监测功能，所述测量仪为具备边缘计算能力的智能摄像机，内部采用机器视觉专用硬件电路与嵌入式linux系统，内置并行机器视觉算法，可以识别靶标的精准坐标，当被测结构物(如本实用新型的原型管片)发生位移时，靶标的坐标随之变化，从而测量到被测结构物的水平与垂直双向位移。

5、作为优选，为了便于加工和精准识别，所述靶标包括靶标支架，所述靶标支架的上面设有靶标标识，所述靶标标识为由两个圆心角为90°的白色扇形和两个圆心角为90°的黑色扇形在圆周方向间隔排列而成的正圆标识。

6、作为优选，为了便于快速安装靶标，所述靶标支架为倒“l”形板，多个所述靶标支架的竖板分别粘贴安装在所述原型管片的内壁上，所述靶标标识设于所述靶标支架的上横板的上面。

7、作为优选，为了便于加工，所述靶标标识印刷在所述靶标支架上，或者，所述靶标标识印刷在介质上后再贴装在所述靶标支架上。

8、作为优选，为了便于管理人员及时获取监测信息并进行云端存储，所述基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置还包括本地服务器和云服务器，多个所述测量仪与所述处理器之间、所述处理器与所述本地服务器之间、所述处理器与所述云服务器之间均无线通信连接。无线通信可采用wifi、4g、5g等现有无线通信技术。

9、本实用新型的有益效果在于：

10、本实用新型通过在原型管片上安装靶标，在靶标的上方安装测量仪，将测量仪与处理器通信连接，能够实现对原型管片上各监测位置位移变化的实时精确监测，且一旦安装完成后能够自动监测并实时显示监测结果，不需要人为辅助参与，提高了监测精度和效率；本实用新型的靶标相比传统的位移计小巧得多，便于快速装拆，提高了试验效率；各电子设备之间通过无线通信连接，减少了布线，便于实施。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：包括安装支架、测量仪、处理器和靶标，多个所述靶标安装在原型管片的多个待监测位置，多个所述测量仪安装在所述安装支架上并位于所述原型管片的上方，每个所述测量仪能够监测多个所述靶标且以该多个所述靶标为一组所述靶标，多个所述测量仪与多组所述靶标一一对应，多个所述测量仪与所述处理器通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：所述测量仪为具备边缘计算能力的智能摄像机。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：所述靶标包括靶标支架，所述靶标支架的上面设有靶标标识，所述靶标标识为由两个圆心角为90°的白色扇形和两个圆心角为90°的黑色扇形在圆周方向间隔排列而成的正圆标识。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：所述靶标支架为倒“l”形板，多个所述靶标支架的竖板分别粘贴安装在所述原型管片的内壁上，所述靶标标识设于所述靶标支架的上横板的上面。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：所述靶标标识印刷在所述靶标支架上，或者，所述靶标标识印刷在介质上后再贴装在所述靶标支架上。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，其特征在于：所述基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置还包括本地服务器和云服务器，多个所述测量仪与所述处理器之间、所述处理器与所述本地服务器之间、所述处理器与所述云服务器之间均无线通信连接。

技术总结
本技术公开了一种基于机器视觉的盾构隧道原型管片形变测量装置，包括安装支架、测量仪、处理器和靶标，多个靶标安装在原型管片的多个待监测位置，多个测量仪安装在安装支架上并位于原型管片的上方，每个测量仪能够监测多个靶标且以该多个靶标为一组所述靶标，多个测量仪与多组靶标一一对应，多个测量仪与处理器通信连接。本技术通过在原型管片上安装靶标，在靶标的上方安装测量仪，将测量仪与处理器通信连接，能够实现对原型管片上各监测位置位移变化的实时精确监测，且一旦安装完成后能够自动监测并实时显示监测结果，不需要人为辅助参与，提高了监测精度和效率，并便于快速装拆，提高了试验效率。

技术研发人员：资谊,何川,吴鑫林,封坤,张力,鲁志鹏,刘伊腾,陈稳,张心源,连正洲
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：20231025
技术公布日：2024/6/18