一種測量相對位移的激光圖像實時監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大型交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測方法，特別是一種測量相對位移的 激光圖像實時監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國綜合國力的日益增強，交通運輸事業(yè)發(fā)展迅速，各類橋梁、涵洞及隧道等 大型基礎(chǔ)設(shè)施在鐵路和公路交通工程中的重要性日益突出，其安全檢測必不可少。大型交 通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測項目主要包括工程基體的沉降、傾斜、混凝土徐變對長時間撓度的 影響、地質(zhì)災(zāi)害及洪水對結(jié)構(gòu)體的損傷及內(nèi)應(yīng)力造成的結(jié)構(gòu)形變等。但近幾年來，大型交通 基礎(chǔ)設(shè)施的工程事故呈頻發(fā)趨勢，嚴重威脅著人民生命財產(chǎn)安全。多個鐵路隧道相繼發(fā)生 塌方事故，傷亡慘重。宄其原因，長期以來，上述項目的安全監(jiān)測方法相對落后，所使用的 儀器包括水平尺、水準儀、全站儀和經(jīng)煒儀等，主要采用人工定期檢測并進行數(shù)據(jù)比對的方 式。這種傳統(tǒng)方法精度低，干擾因素多，費時費力，也容易威脅到檢測人員的安全，所以傳 統(tǒng)監(jiān)測手段已無法適應(yīng)大型交通基礎(chǔ)設(shè)施安全性監(jiān)測的需求。具有高度自動化、高精度、能 在無人值守的情況下長期不間斷實時監(jiān)測、不干擾車輛營運和工程施工、快速報警、校準方 便、能應(yīng)用在惡劣的工程環(huán)境、具有較強的抗干擾能力、可組網(wǎng)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的遠程通訊等 特點，適用于大型交通基礎(chǔ)設(shè)施安全性的實時監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的研制任務(wù)迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種測量相對位移的激光圖像 實時監(jiān)測方法，該方法能夠適用大型交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測，并具有高度自動化、高精 度、能在無人值守的情況下長期遠距離不間斷實時監(jiān)測、不干擾車輛營運和工程施工、快速 報警、校準方便、有較強的抗干擾能力、可組網(wǎng)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的遠程通訊等特點。
[0004] 本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種測量相對位 移的激光圖像實時監(jiān)測方法，其特征在于，將光學基準模塊安裝在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)上，將激光圖 像采集模塊安裝在基準面上，所述光學基準模塊包括二維旋轉(zhuǎn)臺和固裝在其上的激光發(fā)射 器，所述二維旋轉(zhuǎn)臺采用驅(qū)動器和減速機組件驅(qū)動；所述激光圖像采集模塊包括濾光透射 屏和CCD相機，所述CCD相機的視場與所述濾光透射屏平行，所述濾光透射屏位于所述CCD 相機的焦距位置處；所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光打在所述濾光透射屏上；所述CCD相機對 所述濾光透射屏上的激光光斑進行圖像數(shù)據(jù)采集，并將圖像數(shù)據(jù)實時傳輸給監(jiān)測上位機； 所述監(jiān)測上位機首先計算被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移：
[0006] 其中：Ay是空間坐標系中被監(jiān)測結(jié)構(gòu)在的水平位移，AZ是空間坐標系中被監(jiān)測 結(jié)構(gòu)在的豎直位移；AY是圖像坐標系中光斑在水平方向的變化量；AZ是圖像坐標系中光 斑在豎直方向的變化量；所述空間坐標系以濾光透射屏法向方向為x軸，水平方向為y軸， 豎直方向為Z軸；所述圖像坐標系以水平方向為Y軸，豎直方向為Z軸；a和b是空間坐標 系和圖像坐標系的轉(zhuǎn)換系數(shù)；然后，所述監(jiān)測上位機判斷被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移是否超過安全 閾值，如果是，控制報警器報警，如果否，繼續(xù)接收所述CCD相機傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)；所述驅(qū)動 器由所述監(jiān)測上位機控制。
[0007] 在所述驅(qū)動器和減速機組件中的減速機的減速比確定的條件下，通過設(shè)置驅(qū)動器 的細分來控制所述激光發(fā)射器發(fā)出的激光光束的調(diào)整分辨率。
[0008] 所述C⑶相機與所述監(jiān)測上位機采用無線通訊的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0009] 所述報警器為聲光報警器。
[0010] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：采用相機采集激光光斑的方式，檢測激光發(fā)射 端與屏幕接收端的相對位移，并與上位機相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離、自動化和24小時實時 監(jiān)測。利用激光的單色性，能夠得到高信噪比的信號，提高了監(jiān)測的可靠性，可以在野外氣 候條件下使用，測量范圍廣，操作簡單。尤其在大型交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測中，具有高度 自動化、高精度、能在無人值守的情況下長期不間斷地實時監(jiān)測、不干擾車輛營運和工程施 工、快速報警、校準方便、有較強的抗干擾能力、可組網(wǎng)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的遠程通訊等特點。綜 上所述，本發(fā)明采用激光圖像遠距離監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形，克服了現(xiàn)有儀器監(jiān)測操作人員主觀性 強，不便實時監(jiān)控，精度較低，不能多點同時監(jiān)測等缺點。在監(jiān)測隧道、礦井變形時能夠及時 發(fā)現(xiàn)危險，發(fā)出預(yù)警，保證施工安全。
【附圖說明】
[0011] 圖1為用于本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的激光投射原理圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的空間坐標系示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的圖像坐標系不意圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明的上位機工作流程圖。
[0016] 圖中：1、激光發(fā)射器；2、二維旋轉(zhuǎn)臺；3、濾光透射屏；4、CCD相機；5、無線數(shù)據(jù)傳 輸模塊；6、監(jiān)測上位機；7、激光圖像采集模塊；8、光學基準模塊；9、報警器。
【具體實施方式】
[0017] 為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細說明如下：
[0018] 請參閱圖1~圖5,一種測量相對位移的激光圖像實時監(jiān)測方法，將光學基準模塊 8安裝在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)上，將激光圖像采集模塊7安裝在基準面上，所述光學基準模塊8包括 二維旋轉(zhuǎn)臺2和固裝在其上的激光發(fā)射器1，所述二維旋轉(zhuǎn)臺2采用驅(qū)動器和減速機組件驅(qū) 動；所述激光圖像采集模塊7包括濾光透射屏3和CCD相機4,所述CCD相機4的視場與所 述濾光透射屏3平行，所述濾光透射屏3位于所述CCD相機4的焦距位置處；所述激光發(fā)射 器1發(fā)射的激光打在所述濾光透射屏3上；所述CCD相機1對所述濾光透射屏3上的激光 光斑進行圖像數(shù)據(jù)采集，并將圖像數(shù)據(jù)實時傳輸給監(jiān)測上位機6 ;所述監(jiān)測上位機6首先計 算被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移：
[0020] 其中：Ay是空間坐標系中被監(jiān)測結(jié)構(gòu)在的水平位移，AZ是空間坐標系中被監(jiān)測 結(jié)構(gòu)在的豎直位移；AY是圖像坐標系中光斑在水平方向的變化量；AZ是圖像坐標系中光 斑在豎直方向的變化量；所述空間坐標系以濾光透射屏3法向方向為x軸，水平方向為y 軸，豎直方向為z軸；所述圖像坐標系以水平方向為Y軸，豎直方向為Z軸；a和b是空間坐 標系和圖像坐標系的轉(zhuǎn)換系數(shù)；然后，所述監(jiān)測上位機6判斷被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移是否超過 安全閾值，如果是，控制報警器9報警，如果否，繼續(xù)接收所述CCD相機4傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)； 所述驅(qū)動器由所述監(jiān)測上位機6控制，驅(qū)動器驅(qū)動二維旋轉(zhuǎn)臺2進行水平偏轉(zhuǎn)或上下俯仰， 進而對激光發(fā)射器1的指向進行調(diào)整，當方向調(diào)整到位后，二維旋轉(zhuǎn)臺會自動鎖死。
[0021] 在本實施例中，所述(XD相機4與所述監(jiān)測上位機6通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊5進 行通訊，采用無線通訊