一种非接触隧洞沉降视觉测量装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种基于机器视觉的微小位移量的测量装置，能够在5-10m范围内实现对微小位移量的动态测量，且精度达到1_。该装置与无线传感网络共同构成了隧洞沉降视觉测量装置。
【背景技术】
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[0002]目前对于隧洞沉降的测量，往往采用水准仪测量、三角高程测量或激光测量等方法进行测量，水准仪方法和三角高程方法是人工测量方法，即工人定期在现场布设仪器进行测量，无法做到对隧道的实时性监测。而激光法只能对单个特征点进行测量，但对于具有较大径高的隧道、往往需要对较多的断面观测点进行测量，激光方法很难得到真正的实施。同时由于施工环境比较复杂，传统方法很难保证长时间持续性的测量。且很难保证对隧洞安全状况的实时监测。
【发明内容】
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[0003]为了克服现有的视觉测量装置很难保证长时间持续性测量的缺点，并利用视觉测量所具有的精度高、非接触性和适合多点测量的优势，本实用新型提供一种视觉测量装置，该视觉测量装置不仅能够在较远距离非接触测量的基础上达到甚至超过人工测量的精度，并且能够长时间动态监测待测目标的微小位移量，过程中无需人员看守。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:将整个装置分为三个部分，分别是单目视觉测量部分、无线信号传输部分和信号接收显示部分。每个检测站点分别由一台摄像机、环形标志物、一套光源系统、一个ZigBee (基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，又称紫蜂协议，后均简称ZigBee)节点和一台处理数据的PC机(下位机)构成一个节点的视觉测量系统。标志点布置在洞壁上待测位移处，摄像机的镜头对准自身前方5-10米处的各个标志点，每隔一定时间进行拍摄。PC机(下位机)处理摄像机拍摄的图像，计算出标志点的位置和不同时刻标志点的偏移量，通过ZigBee传输给洞口的上位机，上位机对每次传输来的数据进行存储、分析、显示，并通过对比设置好的警戒数值，判断是否超出警戒线，若超出范围则实现声音和画面的同时报警。
[0005]本实用新型的有益效果是，采用高分辨率镜头和相机，与环形光源一起构成视觉测量装置，通过采集环形标志物的图像，采用图像处理与分析方法，计算标志点的空间位移；采用无线传感网络在隧洞中传输测量数据；提升了测量精度的同时，实现了无人动态实时较距离微小位移量的监测，尤其在隧洞沉降、洞壁变形检测具有重大意义，及时动态检测，确保了施工过程中的安全。
【附图说明】
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[0006]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
[0007]图1是分布式测量系统结构示意图。
[0008]图2是单目视觉测量部分结构图。
[0009]图3是组网结构示意图。
[0010]图4是革El标示意图
[0011]图中1.标志点，2.摄像机，3.下位机，4.无线传感模块，5.无线传输，6.镜头，
7.RS-232(电子工业协会制定的异步传输标准接口，后简称RS-232)，8.上位机，9.图像显示界面，10.隧洞，11.监控室，12.单目视觉测量部分，13.无线信号传输部分。14.信号接收显示部分，15.环形光源。
【具体实施方式】
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[0012]在图1中，整个系统分为:单目视觉测量部分(12)、无线信号传输部分(13)、信号接收显示部分(14)三个部分，隧洞(10)内各组建构建如图，标志点(I)布置在洞壁上待测位移处，摄像机(2)的广角镜头对准自身前方5-50米处的各个标志点，每隔一定时间进行拍摄，并通过RS_232(7)传输给下位机(3)，下位机(3)处理摄像机拍摄的图像，计算出标志点的位置和不同时刻标志点的偏移量，通过无限传感模块(4)无线传输(5)给洞口的上位机(8)，上位机对每次传输来的数据进行存储、分析，最终显示在图像显示界面上(9)，并通过对比设置好的警戒数值，判断是否超出警戒线，若超出范围则实现声音和画面的同时报警，其中RS-232接口选择DB-9(9个引脚)形态。
[0013]图2所示为单目视觉测量部分内部结构图，摄像机⑵的镜头(6)周围应环绕以环形光源(15)，以适应隧洞内部阴暗环境，保证采集图像的清晰度。
[0014]图3所示为组网结构示意图，该实用新型所选择的无线传感模块(4)是一种基于IEEE802.15.4的底层协议栈技术的ZigBee模块，其传输距离约为100-2000米，传输速率为250kbps。通过模拟实验，本项目选择了 ZigBee的图3所示的树状组网结构，所获得的沉降和形变量数据由ZigBee节点进行“接力式”无线传输，即在一个隧洞内每隔50m设置一个Zigbee节点，每个监测点的数据由监测点处的ZigBee节点传输给下一个节点，数据在节点之间传输，最后通过RS-232 (7)传达至洞口的上位机(8)。
[0015]图4所示为靶标示意图，斜线部分为工程级反光膜，环形标志物整体设计为圆环形结构，分别由最内一个小圆和中部、外部各一个圆环组成，设计成回光反射标志，并采用3M EPG反光膜为材料制成。这样在隧洞内的阴暗环境下，所摄取的标志点图像非常清晰，接近二值化图像，使目标分割容易实现。并应采用多个环形嵌套的形式保证测量精度，具体尺寸应根据现场实际情况确定。
【主权项】
1.一种非接触隧洞沉降视觉测量装置，在整个视觉测量装置系统中为三个部分:单目视觉测量部分、无线信号传输部分和信号接收显示部分；每个检测站点分别由一台摄像机、环形标志物、一套光源系统、一个ZigBee节点和一台处理数据的PC机构成一个节点的视觉测量系统；其特征是:标志点布置在洞壁上待测位移处，摄像机的广角镜头对准自身前方5-50米处的各个标志点，每隔一定时间进行拍摄；下位机处理摄像机拍摄的图像，计算出标志点的位置和不同时刻标志点的偏移量，通过ZigBee传输给洞口的上位机，上位机对每次传输来的数据进行存储、分析、显示，并通过对比设置好的警戒数值，判断是否超出警戒线。
2.根据权利要求1所述的一种非接触隧洞沉降视觉测量装置，其特征是:所述环形标志物整体设计为圆环形结构，分别由最内一个小圆和中部、外部各一个圆环组成，设计成回光反射标志，并采用3M EPG反光膜为材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种非接触隧洞沉降视觉测量装置，其特征是:采用无线传感网络在隧洞中传输测量数据。
【专利摘要】一种非接触隧洞沉降视觉测量装置，整个系统分别由单目视觉测量部分、无线信号传输部分和信号接收显示部分三个部分组成。每个检测站点分别由一台摄像机、环形标志物、一套光源系统、一个ZigBee节点和一台处理数据的PC机构成一个节点的视觉测量系统。标志点布置在洞壁上待测位移处，摄像机的广角镜头对准自身前方5-50米处的各个标志点，每隔一定时间进行拍摄。PC机(下位机)处理摄像机拍摄的图像，计算出标志点的位置和不同时刻标志点的偏移量，通过ZigBee传输给洞口的上位机，上位机对每次传输来的数据进行存储、分析、显示，并通过对比设置好的警戒数值，判断是否超出警戒线，若超出范围则实现声音和画面的同时报警。
【IPC分类】G01C5-00, G01B11-02
【公开号】CN204495331
【申请号】CN201520122121
【发明人】刘强, 迟健男, 杨作云, 鲁亿方, 韩伟, 梁怀刚, 苏德志, 王海清, 茅云青, 孔思, 樊建伟
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月3日