本發(fā)明涉及一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，屬于水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

混凝土壩和砌石壩建成蓄水運(yùn)用后，在水、泥沙、浪、揚(yáng)壓力、溫度以及地震等作用下，必然發(fā)生變形，嚴(yán)重導(dǎo)致塌陷，案例不勝枚舉。大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)是國(guó)際關(guān)注問(wèn)題。

大壩結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及光學(xué)、傳感器、電子等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，發(fā)展經(jīng)歷兩個(gè)階段：

1、觀測(cè)階段(1891～1964年)，也稱原型觀測(cè)。因?yàn)樵撾A段的監(jiān)測(cè)水平較低，只是對(duì)放置在大壩結(jié)構(gòu)上的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行人工觀察和檢測(cè)，記錄大壩實(shí)時(shí)狀態(tài)。

2、安全觀測(cè)向安全監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變和發(fā)展的階段(1965年至今)。國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)領(lǐng)域逐漸意識(shí)到儀器檢測(cè)的局限性，便對(duì)大壩采用人工巡查與儀器觀測(cè)相結(jié)合。其中日本、美國(guó)是最早進(jìn)行巡視檢查的國(guó)家，隨后法國(guó)、意大利加拿大以及挪威等國(guó)家也都規(guī)定必須對(duì)大壩進(jìn)行人工巡檢，從而有效的避免了只用觀測(cè)儀器對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的缺陷。但由于人工巡查只能觀察大壩表面的變化，而對(duì)其內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變化以及安全隱患難以辨別，因此必須發(fā)明一種能夠隨時(shí)、隨地、及時(shí)、高效的反映和檢測(cè)大壩安全問(wèn)題的監(jiān)測(cè)技術(shù)。60年代后期，國(guó)外許多國(guó)家對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)大壩安全的儀器設(shè)備進(jìn)行研究和制造：日本首先實(shí)現(xiàn)了在拱壩上對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集；之后，意大利先后實(shí)現(xiàn)了垂線儀變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)和集中式采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)；1989年，加拿大將能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、遠(yuǎn)程以及分析等功能的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)安裝在大壩上。我國(guó)從80年代開(kāi)始對(duì)壩體變形實(shí)行監(jiān)測(cè)，也研制了分布式智能檢測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線通信模塊以及維護(hù)大壩網(wǎng)絡(luò)安全信息的軟件系統(tǒng)。

目前對(duì)壩體變形監(jiān)測(cè)基本上采用兩種方式：

1、根據(jù)基點(diǎn)高程和位置，使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電子測(cè)距儀或激光準(zhǔn)直儀、GPS、智能全站儀等來(lái)測(cè)量壩體表面標(biāo)點(diǎn)、覘標(biāo)處高程和位置變化，可實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的三維位移數(shù)據(jù)測(cè)量。

2、在壩體表面安裝或埋設(shè)一些監(jiān)測(cè)位移的儀器，通常只能測(cè)量測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)位移數(shù)據(jù)(水平位移或垂直位移)。常用的位移監(jiān)測(cè)儀器有位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、傾斜儀、沉降儀、垂線坐標(biāo)儀、引張線儀、多點(diǎn)位移計(jì)和應(yīng)變計(jì)等。

就變形監(jiān)測(cè)設(shè)備而言，從精度、穩(wěn)定性、安裝工程量、維護(hù)、價(jià)格等幾方面說(shuō),能滿足各項(xiàng)要求的設(shè)備幾乎沒(méi)有。壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)還只能使用傳統(tǒng)的單項(xiàng)位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，需要預(yù)先埋設(shè)或鉆孔安裝，施工不便，目前還沒(méi)有好的替代方法；壩體表面位移使用的三維數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝方便、性能穩(wěn)定、精度高，但受地理環(huán)境影響大，安裝條件受到限制，且成本高。

由此，研發(fā)一種低成本，不受地理環(huán)境影響，響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)，便于實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字化管理的壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意義重大。

發(fā)明專利《水庫(kù)壩體沉陷與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法》(專利號(hào)ZL201410450657.8)和《水庫(kù)壩體沉陷與水平位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》(專利號(hào)ZL201410450695.3)闡述了基于激光原理監(jiān)測(cè)壩體變形的原理和方法。關(guān)鍵技術(shù)是利用激光光束通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)的“十字架”折射產(chǎn)生清晰圖形獲取縱軸的特征值—弦長(zhǎng)及截距來(lái)推算壩體變形程度。其優(yōu)點(diǎn)是在識(shí)別圖像“十字架”的截距時(shí)相對(duì)比較容易，圖像處理起來(lái)簡(jiǎn)單；是一種好的方法，缺點(diǎn)是對(duì)激光平整度要求高，測(cè)長(zhǎng)距離的壩體需要較高的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，其能夠?qū)λ畮?kù)壩體沉陷與水平位移進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，不僅產(chǎn)品成本低、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定，而且安裝方便、不受地理環(huán)境影響、維護(hù)成本低、實(shí)用性強(qiáng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟：

1)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)及水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置

將若干檢測(cè)點(diǎn)等間距依次排列在壩體上且位于同一直線上，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置在靠近壩體頭尾側(cè)不變形的一端可對(duì)所有壩體上檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，用以獲取設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像信息，所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置大小相同，獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像中的監(jiān)測(cè)裝置圖像大小相同；

2)獲取檢測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)圖像信息

水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置從近到遠(yuǎn)依次對(duì)所有檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)放大不同檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置圖像的倍數(shù)來(lái)獲取每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像信息；

3)水庫(kù)壩體變形檢測(cè)

31)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取上位機(jī)的檢測(cè)命令后進(jìn)行自啟動(dòng)，獲取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)確定是否對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，如果對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)則進(jìn)行下一步，否則退出檢測(cè)進(jìn)入休眠狀態(tài)；

32)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置首先控制第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置拍攝范圍內(nèi)，然后對(duì)第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行拍攝并保存第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像；

33)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置首先控制第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置拍攝范圍內(nèi)且不受前面的檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置影響，然后對(duì)第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行拍攝并保存第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像，以此類推獲取其它檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像；

34)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置圖像進(jìn)行處理，通過(guò)與對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)圖像比較獲取水庫(kù)壩體變形特征值，并計(jì)算水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值，并將水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值上傳給上位機(jī)；

35)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入休眠狀態(tài)。

上述方法中，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)光體和檢測(cè)點(diǎn)控制器，且水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)靠近水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置側(cè)檢測(cè)點(diǎn)的發(fā)光體不影響水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取其它檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體的圖像信息，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器用以控制發(fā)光體工作。

上述方法中，所述發(fā)光體包括無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體、光源、供電電源和光源控制電路，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的上下兩端分別連接有光源，所述光源與供電電源電連接，所述光源控制電路設(shè)置在光源的供電電路中且可控光源的光亮程度，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的兩端設(shè)置有遮光物體且遮光物體位于光源的周圍。

上述方法中，對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)參照物圖像進(jìn)行處理過(guò)程中，水庫(kù)壩體的沉陷和水平位移的計(jì)算過(guò)程為：

從檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像中獲取檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的原始位置為(WL0,WH0)；

從檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像中獲取檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)位置為(WL1,WH1)；

計(jì)算該檢測(cè)點(diǎn)水平位移的距離：

ΔX＝|WL0-WL1|

式中，△X為檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置從原始位置的水平位移值；

計(jì)算該檢測(cè)點(diǎn)沉陷的距離：

ΔY＝|WH0-WH1|

式中，△Y為檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置從原始位置的沉陷值；

得到該檢測(cè)點(diǎn)的變形特征值為(△X,△Y)，即該檢測(cè)點(diǎn)的壩體變形狀態(tài)為既位移又沉陷。

本發(fā)明還提供一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置和若干檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置，所述的若干檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置等間距依次排列在壩體上且位于同一直線上，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置在靠近壩體頭尾側(cè)不變形的一端可對(duì)所有壩體上檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，用以獲取設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像信息；所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置大小相同，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像中的監(jiān)測(cè)裝置圖像大小相同；水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置依次對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，并將獲取的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)圖像與預(yù)先獲取每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像信息進(jìn)行比較來(lái)獲取水庫(kù)壩體變形特征值，并計(jì)算水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)光體和檢測(cè)點(diǎn)控制器，且水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)靠近水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置側(cè)檢測(cè)點(diǎn)的發(fā)光體不影響水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取其它檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體的圖像信息，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器用以控制發(fā)光體工作；所述發(fā)光體包括無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體、光源、供電電源和光源控制電路，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的上下兩端分別連接有光源，所述光源與供電電源電連接，所述光源控制電路設(shè)置在光源的供電電路中且可控光源的光亮程度，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的兩端設(shè)置有遮光物體且遮光物體位于光源的周圍。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置還包括檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體、第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面分別設(shè)置有通孔，在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體兩個(gè)通孔處的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)置有第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，所述發(fā)光體和檢測(cè)點(diǎn)控制器設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體內(nèi)，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器分別與光源控制電路、第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)連接；所述的第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)均包括固定在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體內(nèi)側(cè)壁上的支架板，在支架板一端設(shè)置有與通孔相應(yīng)大小的通光孔，支架板另一端設(shè)置有水平的軌道孔，軌道孔與通光孔聯(lián)通，在支架板靠近檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體側(cè)壁一側(cè)設(shè)置有滑槽，在滑槽內(nèi)設(shè)置有左右移動(dòng)的擋光板，所述擋光板背面設(shè)置有在軌道孔左右移動(dòng)的齒條，所述齒條與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪嚙合，所述旋轉(zhuǎn)軸的上端與固定在支架板上的步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)軸的下端設(shè)置在固定在支架板上的軸承座內(nèi)，在支架板左右兩端對(duì)應(yīng)齒條移動(dòng)行程的位置分別設(shè)置有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)；所述支架板上還設(shè)置有拉式電磁鐵，當(dāng)擋光板遮擋通光孔和通孔時(shí)拉式電磁鐵的擋頭下落在齒條遠(yuǎn)離通光孔的一端；所述限位開(kāi)關(guān)的輸出端與檢測(cè)點(diǎn)控制器連接，所述步進(jìn)電機(jī)的控制端與檢測(cè)點(diǎn)控制器連接，所述拉式電磁鐵的控制端與檢測(cè)點(diǎn)控制器連接。

優(yōu)選地，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置包括固定底座、可調(diào)底座總成、攝像儀器底座和攝像裝置，所述固定底座固定在水庫(kù)壩體上，固定底座上設(shè)置有底座導(dǎo)軌，所述可調(diào)底座總成包括上底板和下底板，所述下底板通過(guò)水平移動(dòng)螺絲桿設(shè)置在固定底座上且下底板在水平移動(dòng)螺絲桿驅(qū)動(dòng)下沿底座導(dǎo)軌方向水平移動(dòng)，所述上底板通過(guò)四組平衡螺絲設(shè)置在下底板上方，在上底板和下底板之間設(shè)置有垂直移動(dòng)螺絲桿，上底板在垂直移動(dòng)螺絲桿的驅(qū)動(dòng)下沿平衡螺絲方向上下移動(dòng)；所述攝像儀器底座固定在上底板上，所述攝像裝置設(shè)置在攝像儀器底座上；所述攝像裝置包括封閉殼體以及設(shè)置在封閉殼體內(nèi)的攝像機(jī)、目鏡和物鏡，所述攝像機(jī)設(shè)置在封閉殼體后端，所述物鏡設(shè)置在封閉殼體內(nèi)靠近前端位置，所述目鏡設(shè)置在攝像機(jī)和物鏡之間且前后位置可調(diào)，所述攝像機(jī)的鏡頭與目鏡和物鏡的中心線同軸；所述目鏡設(shè)置在目鏡底座上，目鏡底座通過(guò)目鏡導(dǎo)軌固定在封閉殼體內(nèi)，目鏡底座上還設(shè)置有螺絲導(dǎo)軌，所述螺絲導(dǎo)軌的一端設(shè)置有目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述螺絲導(dǎo)軌在目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)目鏡底座前后移動(dòng)，所述封閉殼體的前端側(cè)面板為通明玻璃板。

優(yōu)選地，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置還包括可移動(dòng)擋板，所述可移動(dòng)擋板連接有擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在螺絲導(dǎo)軌的兩端設(shè)置在目鏡行程開(kāi)關(guān)；在上底板上還設(shè)置有擋板行程開(kāi)關(guān)，用以限定可移動(dòng)擋板的移動(dòng)范圍。

優(yōu)選地，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置還包括監(jiān)測(cè)控制器、振動(dòng)傳感器、雨量傳感器和光亮度檢測(cè)傳感器，所述監(jiān)測(cè)控制器包括STM8L151單片機(jī)、Cortex-A7處理器、攝像機(jī)電源控制電路、無(wú)線射頻通信模塊、無(wú)線模塊電源控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源模塊，所述STM8L151單片機(jī)通過(guò)UART通訊電路電路與Cortex-A7處理器連接，所述攝像機(jī)電源控制電路分別與STM8L151單片機(jī)和Cortex-A7處理器、連接，所述Cortex-A7處理器通過(guò)USB接口與攝像機(jī)攝像頭連接，所述無(wú)線射頻通信模塊與STM8L151單片機(jī)連接，所述無(wú)線模塊電源控制電路分別與STM8L151單片機(jī)、無(wú)線射頻通信模塊和電源模塊連接，所述振動(dòng)傳感器設(shè)置在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部且與STM8L151單片機(jī)連接，所述的雨量傳感器和光亮度檢測(cè)傳感器設(shè)置在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置外部且與STM8L151單片機(jī)連接，所述電源模塊與STM8L151單片機(jī)連接；所述STM8L151單片機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)和擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，STM8L151單片機(jī)還分別與目鏡行程開(kāi)關(guān)和擋板行程開(kāi)關(guān)連接；所述無(wú)線射頻通信模塊采用LoRa SX1278芯片，所述LoRa SX1278芯片通過(guò)SPI接口與STM8L151單片機(jī)連接，LoRa SX1278芯片還連接有晶振芯片；所述STM8L151單片機(jī)通過(guò)無(wú)線射頻通信模塊分別與檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置連接。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明選取壩體N個(gè)檢測(cè)點(diǎn)逐一產(chǎn)生光源，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置采用漸遠(yuǎn)放大定位拍攝方法，獲取各檢測(cè)點(diǎn)光源圖像，進(jìn)而逐一進(jìn)行各檢測(cè)點(diǎn)變形特征值的提取，確定沉陷與水平位移。本發(fā)明采用望遠(yuǎn)鏡成像原理，逐步定點(diǎn)放大拍攝壩體基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))可發(fā)光攜帶校準(zhǔn)、特征值信息的標(biāo)志性物體的圖像，經(jīng)圖像處理求得特征值—壩體沉陷和水平位移，進(jìn)而上傳給上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納、數(shù)值模型求解獲得壩體變形程度和未來(lái)趨勢(shì)。

本發(fā)明的水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)λ畮?kù)壩體進(jìn)行沉陷與水平位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)，不僅產(chǎn)品成本低、測(cè)量精度高、測(cè)量壩體距離長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，而且安裝方便、不受地理環(huán)境影響、可實(shí)現(xiàn)變形跟蹤調(diào)整、維護(hù)成本低、實(shí)用性強(qiáng)。監(jiān)測(cè)控制器采用超低功耗的STM8L單片機(jī)構(gòu)成，功耗較低，整個(gè)系統(tǒng)滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要求。本發(fā)明提供方法對(duì)水庫(kù)壩變形進(jìn)行檢測(cè)，不僅算法簡(jiǎn)單，而且測(cè)量精度高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明壩體變形圖像形成的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明壩體變形特征值獲取方法的示意圖；

圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述發(fā)光體的示意圖；

圖6為本發(fā)明所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的機(jī)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明所述通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)(支架板背離殼體側(cè)壁一側(cè))的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明所述通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)(支架板靠近殼體側(cè)壁一側(cè))的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明所述檢測(cè)點(diǎn)控制器的電氣原理示意圖；

圖10為本發(fā)明所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明所述攝像裝置的俯視圖；

圖12為本發(fā)明所述攝像裝置的立體圖；

圖13為本發(fā)明所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置底座部分的俯視圖；

圖14為本發(fā)明所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置底座部分的立體圖；

圖15為本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)控制器的電氣原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式并結(jié)合其附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，它包括以下步驟：

1)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)及水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置

將若干檢測(cè)點(diǎn)等間距依次排列在壩體上且位于同一直線上，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置在靠近壩體頭尾側(cè)不變形的一端可對(duì)所有壩體上檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，用以獲取設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像信息，所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置大小相同，獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像中的監(jiān)測(cè)裝置圖像大小相同；

2)獲取檢測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)圖像信息

水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置從近到遠(yuǎn)依次對(duì)所有檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)放大不同檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置圖像的倍數(shù)來(lái)獲取每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像信息；

3)水庫(kù)壩體變形檢測(cè)

31)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取上位機(jī)的檢測(cè)命令后進(jìn)行自啟動(dòng)，獲取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)確定是否對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，如果對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)則進(jìn)行下一步，否則退出檢測(cè)進(jìn)入休眠狀態(tài)；

32)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置首先控制第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置拍攝范圍內(nèi)，然后對(duì)第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行拍攝并保存第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像；

33)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置首先控制第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置拍攝范圍內(nèi)且不受前面的檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置影響，然后對(duì)第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行拍攝并保存第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像，以此類推獲取其它檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像；

34)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置圖像進(jìn)行處理，通過(guò)與對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)圖像比較獲取水庫(kù)壩體變形特征值，并計(jì)算水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值，并將水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值上傳給上位機(jī)；

35)水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入休眠狀態(tài)。

本發(fā)明通過(guò)上述方法對(duì)水庫(kù)壩體變形進(jìn)行檢測(cè)，不僅算法簡(jiǎn)單，而且測(cè)量精度高。

在上述方法中，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)光體和檢測(cè)點(diǎn)控制器，且水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)靠近水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置側(cè)檢測(cè)點(diǎn)的發(fā)光體不影響水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取其它檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體的圖像信息，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器用以控制發(fā)光體工作。

在上述方法中，所述發(fā)光體包括無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體、光源、供電電源和光源控制電路，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的上下兩端分別連接有光源，所述光源與供電電源電連接，所述光源控制電路設(shè)置在光源的供電電路中且可控光源的光亮程度，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的兩端設(shè)置有遮光物體且遮光物體位于光源的周圍。

為了便于攝像機(jī)能夠獲得更好的檢測(cè)點(diǎn)圖像效果，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體采用無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光柱或無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光板。

為了能夠使導(dǎo)光體發(fā)出的均勻明亮光，所述光源采用白光光源和激光光源。

在具體實(shí)施過(guò)程中，為了便于采集各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)圖像，將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體豎直設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體在獲取的檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體圖像中依次左右排列且互不重疊，如圖2所示；或者將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體水平設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體在獲取的檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體圖像中依次左右排列且互不重疊。這種將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體固定設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置上，能夠保證在檢測(cè)點(diǎn)為發(fā)生壩體變形時(shí)使獲得的監(jiān)測(cè)圖像與初始基準(zhǔn)圖像位置一致，提高了監(jiān)測(cè)精度。

另外，無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體也可以采用活動(dòng)式設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置開(kāi)啟通孔板上，當(dāng)檢測(cè)該檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)推進(jìn)或者提升機(jī)構(gòu)將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體放置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的開(kāi)孔板上且與獲取初始基準(zhǔn)圖像時(shí)位置一致，當(dāng)檢測(cè)完成后再將攜帶無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的開(kāi)孔板移走，給下一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)讓位。

為獲取水庫(kù)壩體沉陷與水平位移的特征值，本發(fā)明采用發(fā)光體，該發(fā)光體光源可采用一般白光和激光做兩端光源，光柱采用國(guó)際最先進(jìn)的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光柱，當(dāng)光源通電后產(chǎn)生光，該兩端光將通過(guò)導(dǎo)光柱傳遞，使發(fā)光體產(chǎn)生均勻明亮的光柱。這樣白天晚上均可以看到(遠(yuǎn)處采用一體化裝置放大方式觀測(cè))，且有N種(暫且定位3種)光亮的控制端，實(shí)現(xiàn)明亮、灰暗、夜間的光亮的控制。為確保光的平整性，在導(dǎo)光柱兩端增加了與CCD拍攝方向一致的遮光體，這樣進(jìn)行圖像處理時(shí)可以獲取很好的邊緣。

本發(fā)明設(shè)定反光柱的尺寸一定，在具體實(shí)施過(guò)程中暫且設(shè)置高度h＝30mm,寬度w＝4mm。在壩體上拍攝各個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的發(fā)光柱大小也許稍微有差別，但通過(guò)已知光柱大小可以求得圖像像素點(diǎn)的的實(shí)際尺寸，這樣可以進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，而不受距離遠(yuǎn)近和環(huán)境影響。該發(fā)光體的測(cè)量精度跟壩體長(zhǎng)遠(yuǎn)和CCD點(diǎn)陣數(shù)量有關(guān)。如果我們用100萬(wàn)的像素1152×864攝像頭拍攝，該圖像的發(fā)光體長(zhǎng)度點(diǎn)陣行120，則測(cè)量精度為約0.4mm，小于1mm，滿足要求。采用高清攝像頭，效果更好。

上述方法中，如圖3所示，圖3(A)是安裝固定或原始校準(zhǔn)后的基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))原始圖像從孔觀測(cè)的示意圖，圖3(B)和圖3(C)分別是基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))原始圖像發(fā)生位移和沉陷的觀測(cè)示意圖；由于拍攝的位置不變，所以對(duì)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))原始位置和變形位置拍攝的圖如圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)所示。對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)參照物圖像進(jìn)行處理過(guò)程中，水庫(kù)壩體的沉陷和水平位移的計(jì)算過(guò)程為：

從檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像中獲取檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的原始位置為(WL0,WH0)；

從檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)圖像中獲取檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)位置為(WL1,WH1)；

計(jì)算該檢測(cè)點(diǎn)水平位移的距離：

ΔX＝|WL0-WL1|

式中，△X為檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置從原始位置的水平位移值；

計(jì)算該檢測(cè)點(diǎn)沉陷的距離：

ΔY＝|WH0-WH1|

式中，△Y為檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置從原始位置的沉陷值；

得到該檢測(cè)點(diǎn)的變形特征值為(△X,△Y)，即該檢測(cè)點(diǎn)的壩體變形狀態(tài)為既位移又沉陷。

如圖4所示，一種水庫(kù)壩體變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置和若干檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置，所述的若干檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置等間距依次排列在壩體上且位于同一直線上，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置在靠近壩體頭尾側(cè)不變形的一端可對(duì)所有壩體上檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，用以獲取設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像信息；所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置大小相同，水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取的所有檢測(cè)點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置圖像中的監(jiān)測(cè)裝置圖像大小相同；水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置依次對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，并將獲取的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)圖像與預(yù)先獲取每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的基準(zhǔn)圖像信息進(jìn)行比較來(lái)獲取水庫(kù)壩體變形特征值，并計(jì)算水庫(kù)壩體的沉陷和/或水平位移的數(shù)值。

水庫(kù)壩體較長(zhǎng)，一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的特征值不能反映壩體變形情況，應(yīng)需要選擇多個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)安裝一個(gè)發(fā)光柱，但各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的發(fā)光柱不在一條直線上，但相互平行。拍攝圖像過(guò)程：首先拍攝第一個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的發(fā)光柱，此時(shí)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置正對(duì)CCD攝像機(jī)側(cè)的通孔打開(kāi)，而另一側(cè)關(guān)閉，作為拍攝背景(黑色)，拍攝后兩側(cè)均打開(kāi)，同時(shí)第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置正對(duì)CCD側(cè)的通孔也打開(kāi)…以此類推。這樣經(jīng)放大攝像裝置的CCD通過(guò)不同時(shí)刻拍照后形成圖像。每一幅圖像只有一個(gè)變形特征值，光柱只有在拍攝該基點(diǎn)時(shí)候發(fā)亮。不發(fā)亮的光柱即使在圖像區(qū)域內(nèi)也很容易剔除。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)光體和檢測(cè)點(diǎn)控制器，且水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)靠近水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置側(cè)檢測(cè)點(diǎn)的發(fā)光體不影響水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置獲取其它檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體的圖像信息，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器用以控制發(fā)光體工作。

如圖5所示，所述發(fā)光體包括無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體、光源、供電電源和光源控制電路，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的上下兩端分別連接有光源，所述光源與供電電源電連接，所述光源控制電路設(shè)置在光源的供電電路中且可控光源的光亮程度，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的兩端設(shè)置有遮光物體且遮光物體位于光源的周圍。

所述發(fā)光體包括無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體、光源、供電電源和光源控制電路，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的上下兩端分別連接有光源，所述光源與供電電源電連接，所述光源控制電路設(shè)置在光源的供電電路中且可控光源的光亮程度，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體的兩端設(shè)置有遮光物體且遮光物體位于光源的周圍。

為了便于攝像機(jī)能夠獲得更好的檢測(cè)點(diǎn)圖像效果，所述無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體采用無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光柱或無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光板。

為了能夠使導(dǎo)光體發(fā)出的均勻明亮光，所述光源采用白光光源和激光光源。

在具體實(shí)施過(guò)程中，為了便于采集各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上發(fā)光柱的圖像，將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體豎直設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體在獲取的檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體圖像中依次左右排列且互不重疊，如圖2所示?；蛘邔o(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體水平設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體在獲取的檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體圖像中依次上下排列且互不重疊(此種情形與圖2類似，所有未在附圖中示出)。這種將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體固定設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，能夠保證在檢測(cè)點(diǎn)為發(fā)生壩體變形時(shí)使獲得的監(jiān)測(cè)圖像與基準(zhǔn)圖像一致，提高了監(jiān)測(cè)精度。

另外，無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體也可以采用活動(dòng)式設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)檢測(cè)該檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)推進(jìn)或者提升機(jī)構(gòu)將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體放置在檢測(cè)點(diǎn)上且與獲取基準(zhǔn)圖像時(shí)位置一致，當(dāng)檢測(cè)完成后在將無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光體移走。

為獲取水庫(kù)壩體沉陷與水平位移的特征值，本發(fā)明采用發(fā)光體，該發(fā)光體光源可采用一般白光和激光做兩端光源，光柱采用國(guó)際最先進(jìn)的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光柱，當(dāng)光源通電后產(chǎn)生光，該兩端光將通過(guò)導(dǎo)光柱傳遞，使發(fā)光體產(chǎn)生均勻明亮的光柱。這樣白天晚上均可以看到(遠(yuǎn)處采用一體化裝置放大方式觀測(cè))，且有N種(暫且定位3種)光亮的控制端，實(shí)現(xiàn)明亮、灰暗、夜間的光亮的控制。為確保光的平整性，在導(dǎo)光柱兩端增加了與CCD拍攝方向一致的遮光體，這樣進(jìn)行圖像處理時(shí)可以獲取很好的邊緣。

本發(fā)明設(shè)定反光柱的尺寸一定，在具體實(shí)施過(guò)程中暫且設(shè)置高度h＝30mm,寬度w＝4mm。在壩體上拍攝基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的光柱大小也許稍微有差別，但通過(guò)已知光柱大小可以求得圖像像素點(diǎn)的的實(shí)際尺寸，這樣可以進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，而不受距離遠(yuǎn)近和環(huán)境影響。該發(fā)光體的測(cè)量精度跟壩體長(zhǎng)度和CCD點(diǎn)陣數(shù)量有關(guān)。如果我們用100萬(wàn)的像素1152×864攝像頭拍攝，該圖像的發(fā)光體長(zhǎng)度點(diǎn)陣行120，則測(cè)量精度為約0.4mm，小于1mm，滿足要求。采用高清攝像頭，效果更好。

優(yōu)選地，如圖6所示，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置還包括檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體1、第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)3和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5，所述檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體1對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面分別設(shè)置有通孔，在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體兩個(gè)通孔處的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)置有第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)3和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5，所述發(fā)光體2通過(guò)發(fā)光體固定裝置設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體1內(nèi)，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器5設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體1內(nèi)且分別與光源控制電路、第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)3和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5連接；所述的第一通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)3和第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5結(jié)構(gòu)相同，以第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5為例，如圖7和8所示，第二通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)5包括固定在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體內(nèi)側(cè)壁上的支架板501，在支架板501一端設(shè)置有與通孔相應(yīng)大小的通光孔502，支架板另一端設(shè)置有水平的軌道孔503，軌道孔503與通光孔502聯(lián)通，在支架板靠近檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體側(cè)壁一側(cè)設(shè)置有滑槽504，在滑槽504內(nèi)設(shè)置有左右移動(dòng)的擋光板505，所述擋光板505背面設(shè)置有在軌道孔左右移動(dòng)的齒條506，所述齒條506與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸507上的齒輪508嚙合，所述旋轉(zhuǎn)軸507的上端與固定在支架板上的步進(jìn)電機(jī)509的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)軸507的下端設(shè)置在固定在支架板上的軸承座510內(nèi)，在支架板左右兩端對(duì)應(yīng)齒條移動(dòng)行程的位置分別設(shè)置有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)511和512；所述支架板501上還設(shè)置有拉式電磁鐵513，當(dāng)擋光板遮擋通光孔和通孔時(shí)拉式電磁鐵513的擋頭下落在齒條506遠(yuǎn)離通光孔的一端；所述限位開(kāi)關(guān)511和512的輸出端與檢測(cè)點(diǎn)控制器4連接，所述步進(jìn)電機(jī)509的控制端與檢測(cè)點(diǎn)控制器4連接，所述拉式電磁鐵513的控制端與檢測(cè)點(diǎn)控制器4連接。

所述遮擋板505背離支架板的一面緊靠在發(fā)射器殼體41內(nèi)側(cè)壁上；所述發(fā)射器殼體41為防水殼體；所述遮擋板505采用聚乙烯板。增加了發(fā)射器殼體的密封性和防水性。

如圖9所示，所述檢測(cè)點(diǎn)控制器包括STM8L151單片機(jī)(1)、無(wú)線射頻通信模塊、無(wú)線模塊電源控制電路、振動(dòng)傳感器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源模塊，所述無(wú)線射頻通信模塊與STM8L151單片機(jī)(1)連接，所述無(wú)線模塊電源控制電路分別與STM8L151單片機(jī)(1)、無(wú)線射頻通信模塊和電源模塊連接，所述振動(dòng)傳感器設(shè)置在檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置殼體內(nèi)且與STM8L151單片機(jī)(1)連接，所述STM8L151單片機(jī)(1)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)的控制端連接，所述電源模塊與STM8L151單片機(jī)連接。

本發(fā)明的檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)設(shè)置通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置的通孔自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，通孔開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)中遮擋板采用高密度聚乙烯板加工制成，成本較低，耐用抗腐蝕，且不變型。

為獲取沉陷與水平位移的特征值，本發(fā)明采用了發(fā)光體，該發(fā)光體光源采用一般白光和激光做兩端光源，光柱采用國(guó)際最先進(jìn)的無(wú)點(diǎn)陣導(dǎo)光柱，當(dāng)光源通電后產(chǎn)生光，該兩端光將通過(guò)導(dǎo)光柱傳遞，使發(fā)光體產(chǎn)生均勻明亮的光柱。這樣白天晚上均可以看到(遠(yuǎn)處采用一體化裝置放大方式觀測(cè))，且有N種(暫且定位3種)光亮的控制端，實(shí)現(xiàn)明亮、灰暗、夜間的光亮的控制。為確保光的平整性，在導(dǎo)光柱兩端增加了與拍攝機(jī)方向一致的遮光體，這樣進(jìn)行圖像處理時(shí)可以獲取很好的邊緣。

本發(fā)明設(shè)定反光柱的尺寸一定，暫且設(shè)置高度h＝30mm,寬度w＝4mm。在壩體上拍攝基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的光柱大小也許稍微有差別，但通過(guò)已知光柱大小可以求得圖像像素點(diǎn)的的實(shí)際尺寸，這樣可以進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，而不受距離遠(yuǎn)近和環(huán)境影響。該發(fā)光體的測(cè)量精度跟壩體長(zhǎng)度和CCD點(diǎn)陣數(shù)量有關(guān)。如果采用用100萬(wàn)的像素1152×864攝像頭拍攝，該圖像的發(fā)光體長(zhǎng)度點(diǎn)陣行120，則測(cè)量精度為約0.4mm，小于1mm，滿足要求。采用高清攝像頭，效果更好。

如圖10至圖14所示，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置包括固定底座219、可調(diào)底座總成220、攝像儀器底座208和攝像裝置，所述固定底座219固定在水庫(kù)壩體上，固定底座219上設(shè)置有底座導(dǎo)軌218，所述可調(diào)底座總成220包括上底板和下底板，所述下底板通過(guò)水平移動(dòng)螺絲桿216設(shè)置在固定底座上且下底板在水平移動(dòng)螺絲桿驅(qū)動(dòng)下沿底座導(dǎo)軌方向水平移動(dòng)，所述上底板通過(guò)四組平衡螺絲設(shè)置在下底板上方，在上底板和下底板之間設(shè)置有垂直移動(dòng)螺絲桿217，上底板在垂直移動(dòng)螺絲桿的驅(qū)動(dòng)下沿平衡螺絲方向上下移動(dòng)；所述攝像儀器底座208固定在上底板上，所述攝像裝置設(shè)置在攝像儀器底座上；所述攝像裝置包括封閉殼體以及設(shè)置在封閉殼體內(nèi)的攝像機(jī)201、目鏡203和物鏡207，所述攝像機(jī)201設(shè)置在封閉殼體后端，所述物鏡207設(shè)置在封閉殼體內(nèi)靠近前端位置，所述目鏡203設(shè)置在攝像機(jī)和物鏡之間且前后位置可調(diào)，所述攝像機(jī)201的鏡頭與目鏡和物鏡三者的中心線同軸；所述目鏡203設(shè)置在目鏡底座204上，目鏡底204座通過(guò)目鏡導(dǎo)軌205固定在封閉殼體內(nèi)，目鏡底座上還設(shè)置有螺絲導(dǎo)軌202，所述螺絲導(dǎo)軌的一端設(shè)置有目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)206，所述螺絲導(dǎo)軌在目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)目鏡底座前后移動(dòng)，所述封閉殼體的前端側(cè)面板為通明玻璃板209。

為了保護(hù)攝像裝置，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置還包括可移動(dòng)擋板210，所述可移動(dòng)擋板連接有擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)212，在螺絲導(dǎo)軌的兩端設(shè)置在目鏡行程開(kāi)關(guān)221。為了便于控制可移動(dòng)擋板210，在上底板上還設(shè)置有擋板行程開(kāi)關(guān)211，用以限定可移動(dòng)擋板的移動(dòng)范圍。

為了能夠準(zhǔn)確調(diào)整攝像裝置的位置，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置還包括位移標(biāo)尺214，所述位移標(biāo)尺214包括水平刻度尺和垂直刻度尺，所述水平刻度尺設(shè)置在固定底座且與底座導(dǎo)軌平行，所述垂直刻度尺設(shè)置在下底板上，上底板上下移動(dòng)距離在垂直刻度尺的刻度范圍內(nèi)。

為了能夠快速將水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置調(diào)節(jié)水平，所述上底板的上表面上設(shè)置有兩個(gè)水平儀215，其中一個(gè)水平儀沿?cái)z像機(jī)攝像方向設(shè)置，另一個(gè)水平儀沿底座導(dǎo)軌方向且與攝像機(jī)攝像方向垂直設(shè)置。

眾所周知，用望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)遠(yuǎn)處物體的細(xì)節(jié)，把這一原理應(yīng)用到壩體觀測(cè)中，可實(shí)現(xiàn)壩體變形的自動(dòng)檢測(cè)。放大鏡原理可以采用望遠(yuǎn)鏡開(kāi)普勒和伽利略望遠(yuǎn)鏡都行。開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡原理由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成，這種望遠(yuǎn)鏡成像是上下左右顛倒的,把圖像的點(diǎn)陣重新排布，讓圖像90度翻轉(zhuǎn)即可形成正像。

該裝置的拍攝點(diǎn)和放大倍數(shù)可以根據(jù)壩體長(zhǎng)度的而定。如果壩體1000米，采用50-100倍的放大倍數(shù)即可滿足要求?？梢栽谡麄€(gè)壩體安裝N個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))，每個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))采用的放大倍數(shù)不同，從第一個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))開(kāi)始調(diào)整好放大倍數(shù)：5、10、15、20、25、30、35、40、45、50倍以及相對(duì)應(yīng)的調(diào)整焦距位置X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10，此聚焦位置通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)目鏡移動(dòng)而確定。在控制器順序控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)程下，按不同放大倍數(shù)拍攝各基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))標(biāo)志性物體的照片，用圖像處理求得特征值，即可求得變形值。為保證放大鏡內(nèi)不會(huì)有水汽凝結(jié)和灰塵進(jìn)入，確保放大鏡的使用性能，可在一體化裝置攝像部分內(nèi)部充氮?dú)?。壩體檢測(cè)點(diǎn)安裝后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，如果壩體整體變形，則通過(guò)調(diào)整一體化控制的底座來(lái)抵消壩體變形情況，如果是壩體沉陷，可以調(diào)整底座的16-垂直移動(dòng)螺旋桿以及基于水平儀儀的該平面的四個(gè)平衡螺絲來(lái)調(diào)整；如果是水平位移可以通過(guò)調(diào)整15-水平移動(dòng)螺旋桿來(lái)調(diào)整，垂直和水平調(diào)整的大小可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀出，同時(shí)輸入到管理計(jì)算機(jī)里作為基數(shù)。這樣定期調(diào)整底座的基準(zhǔn)位置以便適應(yīng)壩體的沉陷和水平位移，而不必調(diào)整壩體基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))位置。

如圖15所示，所述水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置還包括監(jiān)測(cè)控制器、振動(dòng)傳感器、雨量傳感器和光亮度檢測(cè)傳感器，所述監(jiān)測(cè)控制器包括STM8L151單片機(jī)(2)、Cortex-A7處理器、攝像機(jī)電源控制電路、無(wú)線射頻通信模塊、無(wú)線模塊電源控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源模塊，所述STM8L151單片機(jī)(2)通過(guò)UART通訊電路電路與Cortex-A7處理器連接，所述攝像機(jī)電源控制電路分別與STM8L151單片機(jī)(2)和Cortex-A7處理器、連接，所述Cortex-A7處理器通過(guò)USB接口與攝像機(jī)攝像頭連接，所述無(wú)線射頻通信模塊與STM8L151單片機(jī)(2)連接，所述無(wú)線模塊電源控制電路分別與STM8L151單片機(jī)(2)、無(wú)線射頻通信模塊和電源模塊連接，所述振動(dòng)傳感器設(shè)置在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部且與STM8L151單片機(jī)(2)連接，所述的雨量傳感器和光亮度檢測(cè)傳感器設(shè)置在水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置外部且與STM8L151單片機(jī)(2)連接，所述電源模塊與STM8L151單片機(jī)(2)連接；所述STM8L151單片機(jī)(2)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與目鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)和擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，STM8L151單片機(jī)(2)還分別與目鏡行程開(kāi)關(guān)和擋板行程開(kāi)關(guān)連接；所述無(wú)線射頻通信模塊采用LoRa SX1278芯片，所述LoRa SX1278芯片通過(guò)SPI接口與STM8L151單片機(jī)連接，LoRa SX1278芯片還連接有晶振芯片。所述STM8L151單片機(jī)(2)通過(guò)無(wú)線射頻通信模塊與檢測(cè)點(diǎn)的光源控制電路連接。

SX1278無(wú)線芯片通過(guò)SPI接口與STM8L151單片機(jī)(2)連接，該芯片采用了LoRa擴(kuò)頻技術(shù)，具有高效的接收靈敏度和超強(qiáng)的抗干擾性能。無(wú)線芯片負(fù)責(zé)接收計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制指令，并將測(cè)得的位移數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，其電源通過(guò)單片機(jī)控制，周期打開(kāi)和關(guān)閉無(wú)線模塊，這樣大大降低系統(tǒng)功耗。

所述監(jiān)測(cè)控制器還包括GPRS通信模塊，所述GPRS通信模塊與STM8L151單片機(jī)(2)連接。當(dāng)測(cè)試點(diǎn)與上位機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，還可以使用GPRS與服務(wù)器通信，保證數(shù)據(jù)傳輸。

所述電源模塊包括太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能充電器和鋰電池，所述的太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能充電器和鋰電池依次相連接，所述鋰電池分別與攝像機(jī)電源控制電路和STM8L151單片機(jī)(2)電連接。系統(tǒng)使用太陽(yáng)能板和鋰電池的供電方案，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，不需要額外市電，綠色節(jié)能。太陽(yáng)能充電器與太能板和鋰電池連接，實(shí)時(shí)給鋰電池充電，保證系統(tǒng)供電穩(wěn)定。

電源模塊還可以采用交直流轉(zhuǎn)換模塊，交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接入市電，輸出端分別與攝像機(jī)電源控制電路和STM8L151單片機(jī)(2)電連接。本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)主要由水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置和若干檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置組成。水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置一般固定在不易發(fā)生移動(dòng)的平臺(tái)上，保證基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確性；檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置負(fù)責(zé)壩體沉陷和水平位移的檢測(cè)，安裝在壩體上的平臺(tái)上，一般每隔100米安裝一套，檢測(cè)該點(diǎn)的沉陷和水平位移情況；管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、無(wú)線模塊、GPRS模塊組成，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件發(fā)送檢測(cè)命令和接受檢測(cè)壩體變形的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)保存、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等。

利用該系統(tǒng)對(duì)水庫(kù)壩體進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程如下：

1、上位機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊或GPRS發(fā)出檢測(cè)命令給監(jiān)測(cè)控制器；

2、監(jiān)測(cè)控制器喚醒進(jìn)入檢測(cè)管理狀態(tài)，對(duì)各功能模塊進(jìn)行通電；首先測(cè)試環(huán)境情況-雨量、明暗程度等外界參數(shù)。如果可以，則進(jìn)行對(duì)壩體第一檢測(cè)點(diǎn)控制器發(fā)出命令測(cè)試命令(含發(fā)光體的亮度指令)；

3、檢測(cè)點(diǎn)控制器喚醒進(jìn)入測(cè)試管理狀態(tài)，對(duì)各功能模塊進(jìn)行通電，打開(kāi)對(duì)應(yīng)CCD側(cè)的通孔，根據(jù)命令開(kāi)通及控制導(dǎo)光柱光亮；完畢發(fā)出準(zhǔn)備好命令給監(jiān)測(cè)控制器；

4、監(jiān)測(cè)控制器接到命令后進(jìn)行拍攝，將圖像儲(chǔ)存；監(jiān)測(cè)控制器開(kāi)啟步進(jìn)電機(jī)，將目鏡移動(dòng)焦距到第二個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))拍攝的位置；同時(shí)給第一檢測(cè)點(diǎn)控制器發(fā)出拍攝結(jié)束命令，并發(fā)出準(zhǔn)備拍攝第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)拍攝命令；

5、第一檢測(cè)點(diǎn)控制器得到監(jiān)測(cè)控制器拍攝完畢命令后，則開(kāi)啟相對(duì)應(yīng)的另一側(cè)通孔；第二檢測(cè)點(diǎn)控制器接到命令后，檢測(cè)點(diǎn)控制器被喚醒進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，對(duì)各功能模塊進(jìn)行通電，打開(kāi)對(duì)應(yīng)CCD側(cè)的通孔，開(kāi)通發(fā)光體光亮度；完畢發(fā)出準(zhǔn)備好命令給監(jiān)測(cè)控制器；

6、以此類推拍攝所有檢測(cè)點(diǎn)發(fā)光體的圖像后，對(duì)所有的檢測(cè)點(diǎn)控制器發(fā)出結(jié)束命令，檢測(cè)點(diǎn)控制器關(guān)閉所有通孔，進(jìn)入休眠狀態(tài)。

7、監(jiān)測(cè)控制器對(duì)所有圖像進(jìn)行處理，求得特征值-沉陷和水平位移，將該值保存并通過(guò)無(wú)線模塊或GPRS上傳給上位機(jī)，完畢進(jìn)入休眠特征。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)形成圖像方式不同：傳統(tǒng)形成圖像方法是通過(guò)攔截“激光”而形成圖像，是二維方式；而本申請(qǐng)的方法是僅產(chǎn)生發(fā)光源，產(chǎn)生一維圖像。

2)拍攝圖像方式不同：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)均有CCD攝像頭，各自拍攝各自的二維圖像，而本申請(qǐng)是基于基準(zhǔn)點(diǎn)遠(yuǎn)程逐步拍攝壩體檢測(cè)點(diǎn)導(dǎo)光柱圖像，采用一維方式，求得沉陷和水平位移。

3)圖像包含信息量不同：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅含有沉陷和水平位移特征值，而本申請(qǐng)圖像處理含有變形值外，還含有確定的高度寬度基準(zhǔn)信息，以此獲取準(zhǔn)確的沉陷和水平位移值。

3)圖像處理不同：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是每個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的監(jiān)測(cè)控制器處理，而本申請(qǐng)是水庫(kù)壩體集中監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)控制器進(jìn)行統(tǒng)一處理。

4)精確測(cè)量：每個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))的圖像是有差異的，即每個(gè)基點(diǎn)(檢測(cè)點(diǎn))圖像具有特定性，每次獲取圖像首先求得導(dǎo)光柱的高度h和寬度w，由此算出圖像點(diǎn)陣的大小，從而確定變形程度。精度的高低跟放大攝像一體機(jī)鏡頭質(zhì)量、焦距以及壩體長(zhǎng)度有關(guān)。自動(dòng)測(cè)量不受時(shí)間和一般氣候影響。

5)通孔開(kāi)啟機(jī)構(gòu)不同：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置通孔開(kāi)啟采用收縮移動(dòng)方式打開(kāi)，而本申請(qǐng)的是采用內(nèi)外封閉的平移開(kāi)啟方式。

6)集中監(jiān)測(cè)裝置的移動(dòng)平臺(tái)不同：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的集中監(jiān)測(cè)裝置移動(dòng)平臺(tái)基于粗略的調(diào)整機(jī)構(gòu)，而本申請(qǐng)采用精密的XY軸移動(dòng)平臺(tái)。

此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書(shū)中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開(kāi)發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。