專利名稱：一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及邊坡工程，特別是涉及一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠
程監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)庫技術(shù)和Web技術(shù)相結(jié)合運用到土木工程監(jiān)測已經(jīng)成為一個新的發(fā)展方向。 國內(nèi)外學者和專家對監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行了研究，開發(fā)了一些應用于大型工程實踐的 變形監(jiān)測管理系統(tǒng)。周國浩、郝迎吉等(2003)開發(fā)了激光隧道圍巖位移遠程實時監(jiān)測系 統(tǒng)，系統(tǒng)可實時、遠程、高精度、無接觸地監(jiān)測隧道圍巖的變形位移并進行數(shù)據(jù)庫的管理，系 統(tǒng)可用于巖土邊坡、基坑、大壩、建筑物及橋梁等的位移監(jiān)測。伍毅敏、呂康成(2004)應用 激光技術(shù)、單片機技術(shù)和通信技術(shù)開發(fā)了隧道位移實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了隧道二維位移的 高精度、自動、實時和遠程量測。該兩種系統(tǒng)運用激光技術(shù)進行變形監(jiān)測，費用昂貴，且沒有 運用無限傳輸系統(tǒng)，在沒有通網(wǎng)絡(luò)的邊遠地區(qū)該系統(tǒng)使用受限。 傳感器監(jiān)測變形設(shè)備費用高，傳感器的布設(shè)、維護、施工困難，成本也高；全站儀進 行變形監(jiān)測需人員進行采集，耗費人力，對人員要求高，無法實現(xiàn)自動化，設(shè)備昂貴；衛(wèi)星定 位精度高但費用很高，無法普及；CCD進行攝影測量主要運用工業(yè)相機，設(shè)備費用高，遠距 離拍攝精度低等缺點。 隨著各項科學技術(shù)的進步和大量巖土工程的開展，采用數(shù)碼相機的照相測量 技術(shù)開始應用到這個領(lǐng)域中。2004年，Gaich， A等人講述了專業(yè)巖體圖像分析軟件 JointMetriX3D在巖體結(jié)構(gòu)非接觸測量方面的應用。2004年，Maerz等人總結(jié)前人對巖體碎 片圖像識別研究的基礎(chǔ)上將該技術(shù)應用到了巖石隧道開挖現(xiàn)場。2005年，Kemeny， John等 人使用LIDAR(三維激光掃描儀)測量、高解析度數(shù)碼相機以及數(shù)據(jù)處理的軟件對巖體進行 識別分類以及可視化展示。2005年，日本人Y. Ohnish等人應用數(shù)字照相技術(shù)對邊坡進行三 維位移分析，得到了3mm精度。2004年到2005年間，西南交通大學的劉大剛、賈劉強在其碩 士論文中詳細的敘述了數(shù)字圖像處理技術(shù)在巖石隧道位移量測中的應用，主要應用自由拍 攝二次比較方法，僅針對有標志點情況進行了室內(nèi)試驗，應用到實際已運營的隧道中。2005 年，王國輝、馬莉等實現(xiàn)檢測洞室三維收斂近景攝影測量。上述數(shù)字照相系統(tǒng)都沒有引入網(wǎng)
絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和亞像素圖像處理技術(shù)等，沒有形成對巖土工程變形監(jiān)測的遠程監(jiān)測 系統(tǒng)，自動化程度低，不能做到適時預警。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供 一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土 工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集裝置、無線傳輸裝置以及遠程分析處理 控制裝置，所述的圖像采集裝置包括多個標志點、數(shù)碼相機以及工控機，所述的多個標志點
3均勻設(shè)于巖土工程的待監(jiān)控處，所述的數(shù)碼相機設(shè)于多個標志點的相對側(cè)，該數(shù)碼相機與 工控機有線或無線連接，所述的工控機通過無線傳輸裝置與遠程分析處理控制裝置無線連 接。 所述的標志點包括混凝土基座、支撐桿以及標志面，所述的標志面通過支撐桿設(shè) 于混凝土基座的上方，所述的標志面為一黑底的正方形，其中心處設(shè)有一白色的標志圓。 所述的圖像采集裝置還包括云臺，所述的數(shù)碼相機以及工控機設(shè)于云臺上，所述 的巖土工程的待監(jiān)控處為邊坡，所述的多個標志點的混凝土基座均勻埋設(shè)于邊坡的地面 下。 所述的巖土工程的待監(jiān)控處為隧道斷面，所述的數(shù)碼相機設(shè)于可通視的隧道拱
頂，所述的多個標志點的混凝土基座均勻埋設(shè)于隧道斷面內(nèi)。 所述的數(shù)碼相機與巖土工程待監(jiān)控處的距離在50m以內(nèi)。所述的正方形標志面的尺寸為200咖*200咖，其上的標志圓直徑為100mm。 所述的數(shù)碼相機為佳能G9數(shù)碼相機。 所述的無線傳輸裝置通過CDMA網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠程分析處理控制裝置連 接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點 —、成本低廉采用普通數(shù)碼相機，價格遠遠低于工業(yè)用量測相機，現(xiàn)場無需人員 操作大大降低人力成本，維護成本也相當?shù)?，現(xiàn)行邊坡監(jiān)測的其他方法成本均大大高于本 實用新型； 二、適用廣泛、實用性好傳輸系統(tǒng)采用無限傳輸，在手機信號覆蓋區(qū)都能實現(xiàn)數(shù)
據(jù)傳輸和指令下達，不受有線網(wǎng)絡(luò)限制，對邊坡普遍分布的偏遠地區(qū)尤其適用； 三、穩(wěn)定安全，迅速預警經(jīng)過現(xiàn)場工控機初步分析、壓縮后，數(shù)據(jù)傳輸量小，不會
發(fā)生數(shù)據(jù)擁堵和傳輸滯后現(xiàn)象，且遠程分析處理系統(tǒng)穩(wěn)定、高效，保證了對危險的迅速預

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型的標志點的示意圖； 圖3為本實用新型實施例1的現(xiàn)場監(jiān)測布置圖； 圖4為本實用新型實施例2的現(xiàn)場監(jiān)測布置圖； 圖5為本實用新型的系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。 如圖1、2所示，一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括圖像 采集裝置1、無線傳輸裝置2以及遠程分析處理控制裝置3，所述的圖像采集裝置1包括多 個標志點12、數(shù)碼相機10以及工控機13，所述的多個標志點12均勻設(shè)于巖土工程的待監(jiān) 控處，所述的數(shù)碼相機10設(shè)于多個標志點12的相對側(cè)，該數(shù)碼相機10與工控機13有線或 無線連接，所述的工控機13通過無線傳輸裝置2與遠程分析處理控制裝置3無線連接。[0025] 所述的標志點12包括混凝土基座120、支撐桿121以及標志面122，所述的標志面 122通過支撐桿121設(shè)于混凝土基座120的上方，所述的標志面122為一黑底的正方形，其 中心處設(shè)有一白色的標志圓；所述的數(shù)碼相機10與巖土工程待監(jiān)控處的距離在50m以內(nèi)； 所述的正方形標志面的尺寸為200咖*200咖，其上的標志圓直徑為100mm ;所述的數(shù)碼相機 10為佳能G9數(shù)碼相機；所述的無線傳輸裝置2通過CDMA網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠程分析 處理控制裝置3連接。目前國內(nèi)市場上一千兩百萬以上像素數(shù)碼相機都可以作為本系統(tǒng)的 監(jiān)測用數(shù)碼相機。 實施例1 如圖3所示，本實施例用于邊坡4的監(jiān)控，其中圖像采集裝置1還包括云臺11，數(shù) 碼相機10以及工控機13設(shè)于云臺11上，多個標志點12的混凝土基座120均勻埋設(shè)于邊 坡4的地面下；云臺作為固定數(shù)碼相機的基座和保護數(shù)碼相機、工控機等的保護罩；圖3為 本實施例的現(xiàn)場監(jiān)測布置的示意圖，標志點根據(jù)實際邊坡以行為單位間隔一定距離布設(shè)在 邊坡上，數(shù)碼相機固定在云臺上，相機與邊坡距離建議控制在50m以內(nèi)；本實施例的其他結(jié) 構(gòu)與上述描述相同。本實施例主要通過架設(shè)在云臺內(nèi)的數(shù)碼相機對布設(shè)在邊坡上的標志點 進行拍照，在本地組建有線或無線網(wǎng)絡(luò)將圖像信息傳輸至工控機儲存并進行初步分析，運 用CDMA或GPRS無線傳輸將工控機初步分析、壓縮得到的數(shù)字信息傳輸至遠程服務(wù)器，遠程 服務(wù)器接收、分析信息并控制數(shù)碼相機拍照，對結(jié)果進行評價和預警，并針對分析結(jié)果調(diào)整 數(shù)碼相機拍攝時間和拍攝間隔滿足監(jiān)測要求。 實施例2 如圖4所示，本實施例用于隧道斷面5的監(jiān)控，其中數(shù)碼相機10設(shè)于可通視的隧 道拱頂，多個標志點12的混凝土基座120均勻埋設(shè)于隧道斷面5內(nèi)；圖5為本實施例的現(xiàn) 場監(jiān)測布置的示意圖，標志點根據(jù)實際隧道在斷面上布設(shè)多個標志點，數(shù)碼相機固定在能 夠通視的隧道拱頂，相機與隧道待測斷面距離建議控制在50m以內(nèi)，可同時用一臺數(shù)碼相 機測多組通視斷面。本實施例的其他結(jié)構(gòu)與上述描述相同。 標志點，為配套圖像處理系統(tǒng)開發(fā)的專用圖形標志點，為黑底的白色圓形； 如圖2所示，標志點采用黑底白色圓形，外部為正方形，內(nèi)部為白色圓形，黑色輪廓為 200mmX200mm，中心白色標志圓直徑為100mm，標志點大小可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。標志 點下附支撐桿，材質(zhì)為鋼鐵，底部為混凝土基礎(chǔ)埋設(shè)在邊坡地面下用以固定標志點。 工控機，與數(shù)碼相機有線或無線連接，在現(xiàn)場采集保存原始圖像，進行初步分析； 遠程傳輸系統(tǒng)，可根據(jù)實際情況選用CDMA或GPRS，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器和服務(wù)器指令 的下達；遠程分析處理控制系統(tǒng)，在遠離工地現(xiàn)場的控制室內(nèi)，包括服務(wù)器和系統(tǒng)軟件，進 行圖像處理分析、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)查看、系統(tǒng)預警和系統(tǒng)控制等。 圖像處理時采用亞像素技術(shù)提高處理精度。首先運用重心法粗略確定圓心位置 與半徑；再運用OCD法，用構(gòu)造的掩?；趫A心以一定角度(20° )旋轉(zhuǎn)尋找圓邊緣精確位 置，得到36組圓邊緣點坐標；最后基于尋找到的待測圓邊緣點進行圓的最小二乘擬合，得 到圓心坐標。 本系統(tǒng)工作流程，詳見圖4。
權(quán)利要求一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集裝置、無線傳輸裝置以及遠程分析處理控制裝置，所述的圖像采集裝置包括多個標志點、數(shù)碼相機以及工控機，所述的多個標志點均勻設(shè)于巖土工程的待監(jiān)控處，所述的數(shù)碼相機設(shè)于多個標志點的相對側(cè)，該數(shù)碼相機與工控機有線或無線連接，所述的工控機通過無線傳輸裝置與遠程分析處理控制裝置無線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的標志點包括混凝土基座、支撐桿以及標志面，所述的標志面通過支撐桿設(shè)于混凝土基座的上方，所述的標志面為一黑底的正方形，其中心處設(shè)有一白色的標志圓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像采集裝置還包括云臺，所述的數(shù)碼相機以及工控機設(shè)于云臺上，所述的巖土工程的待監(jiān)控處為邊坡，所述的多個標志點的混凝土基座均勻埋設(shè)于邊坡的地面下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的巖土工程的待監(jiān)控處為隧道斷面，所述的數(shù)碼相機設(shè)于可通視的隧道拱頂，所述的多個標志點的混凝土基座均勻埋設(shè)于隧道斷面內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)碼相機與巖土工程待監(jiān)控處的距離在50m以內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的正方形標志面的尺寸為200咖*200咖，其上的標志圓直徑為100mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)碼相機為佳能G9數(shù)碼相機。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線傳輸裝置通過CDMA網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠程分析處理控制裝置連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基于數(shù)字照相技術(shù)的巖土工程變形遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、無線傳輸裝置以及遠程分析處理控制裝置，所述的圖像采集裝置包括多個標志點、數(shù)碼相機以及工控機，所述的多個標志點均勻設(shè)于巖土工程的待監(jiān)控處，所述的數(shù)碼相機設(shè)于多個標志點的相對側(cè)，該數(shù)碼相機與工控機有線或無線連接，所述的工控機通過無線傳輸裝置與遠程分析處理控制裝置無線連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型成本低廉、適用廣泛、實用性好，并且穩(wěn)定安全，可以迅速預警。
文檔編號G01B11/16GK201463843SQ20092007809
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者劉學增, 葉康, 周春霖, 朱合華, 朱愛璽, 楊建華, 羅仁立 申請人:上海同巖土木工程科技有限公司