工程場地微小位移量監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高精度工程攝影監(jiān)測技術(shù)，用于監(jiān)測工程場地各維方向上的微小 形變量。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程場地中經(jīng)常需要測量工程場地環(huán)境、工程體、或已建建筑物的某些部位，相對 于其它部位或相對于周圍地面的形變性位移。如邊坡的滑動位移、基坑的擠壓位移、建筑物 的沉降位移、橋梁的變形位移等等。傳統(tǒng)的測量方法是使用高精度的測量儀器，如全站儀、 水準(zhǔn)儀、GPS接收機、激光掃描儀等。這些方法都是對實際的變形量進行直接觀測，其測量 精度不高，一般很難監(jiān)測到小于1_量級或更微小的形變，如〇. 1_ ;而且工作效率較低，全 部靠人工操作，不能適應(yīng)如山區(qū)滑坡等特殊環(huán)境地區(qū)的監(jiān)測、以及滿足24小時不間斷觀測 的需求。
[0003] 又如公開號為CN1789905A的專利技術(shù)，其公開了一種位移/撓度檢測和監(jiān)測裝置 及方法，其主要技術(shù)要點是在待監(jiān)測體上設(shè)置激光發(fā)射器，將激光垂直發(fā)射至設(shè)置在固定 地點上的投影面板上，由攝影設(shè)備攝取面板上的激光斑點，通過計算機分析處理以確定待 監(jiān)測體的相對位移。該技術(shù)在實際操作時存在以下缺陷：1、當(dāng)待測體發(fā)生形變時，通過三角 支架所設(shè)置的激光發(fā)射器發(fā)射的激光束與投影面板將形成非直角的夾角，無法保證激光束 垂直于投影面板，從而影響其計算結(jié)果，甚至激光束將無法準(zhǔn)確地發(fā)射至投影面板上，使監(jiān) 測失敗。2、該監(jiān)測方法是通過攝影設(shè)備攝取光斑點變化進行監(jiān)測待測體的，在待測體形變 較小時，如0. 1mm時，是無法準(zhǔn)確進行監(jiān)測和方向上的定位。3、受激光束發(fā)射頻率的影響不 能持續(xù)進行監(jiān)測，當(dāng)激光束發(fā)射頻率過大時，激光斑點過密，無法準(zhǔn)確進行檢測，從而影響 監(jiān)測結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有工程場地形變監(jiān)測的精度不足、工作效率低且不能實現(xiàn)24 小時全天候不間斷連續(xù)監(jiān)測等技術(shù)問題；進而提供一種對工程場地微小位移量進行監(jiān)測的 方法，為一種監(jiān)測精度能達(dá)到0. 1mm量級的、自動的、全天候的連續(xù)監(jiān)測方法。
[0005] 本發(fā)明的一種工程場地微小位移量監(jiān)測方法，是一種通過攝影技術(shù)對待監(jiān)測體微 小形變進行實時、連續(xù)的監(jiān)測過程，它包括待監(jiān)測體的形變位移的攝影檢測、圖像上傳和圖 像處理；該攝影檢測是通過攝像機實時攝取待監(jiān)測體的圖像，其具體過程如下：①、在待監(jiān) 測體的目標(biāo)點上設(shè)置一個固定反射鏡，在該反射鏡的鏡面上設(shè)置有等間隔的縱向或/和橫 向的黑色條紋組；②、在待監(jiān)測體的目標(biāo)點之外一定距離處的固定地面上建造固定墩，在固 定墩上設(shè)置一塊面向反射鏡的靶標(biāo)板和一個面向反射鏡且用于攝取由反射鏡反射過來的 靶標(biāo)板圖像的攝像機，在該靶標(biāo)板上設(shè)置有與反射鏡黑色條紋組相對應(yīng)的且黑白相隔的靶 標(biāo)條紋組；當(dāng)攝像機攝取反射鏡上的黑色條紋組時，該靶標(biāo)板上對應(yīng)于該組黑色條紋組的 靶標(biāo)條紋組圖像正好映射至反光鏡中的該組黑色條紋組區(qū)域并與之重疊，且黑色條紋組與 映射過來的靶標(biāo)條紋組在鏡面上構(gòu)成一個微小角度9，因而兩組條紋組同時被攝像機所攝 ??；
[0006] 通過攝像機攝取映射的靶標(biāo)條紋組與反射鏡面的黑色條紋組相重疊的圖像并經(jīng) 圖像上傳及圖像處理，可檢測出目標(biāo)點位相對于固定墩位在各時間段內(nèi)的相對微小位移 量；該相對微小位移量A=k.S.tan(9,其中Q為黑色條紋組與映射過來相對應(yīng)的靶標(biāo)條紋 組在鏡面上所構(gòu)成的微小角度，S為某時間段內(nèi)靶標(biāo)條紋組沿黑色條紋組線劃方向所移動 的距離的平均值，k為像元系數(shù)。
[0007] 進一步，在反射鏡1上的黑色條紋組的條紋方向垂直于欲檢測位移矢量的方向； 與黑色條紋組相對應(yīng)的靶標(biāo)板上的靶標(biāo)條紋組映射至反射鏡中時，與反射鏡上相對應(yīng)的黑 色條紋組構(gòu)成一個微小角度9,該微小角度0 =4°~10°。
[0008] 再進一步，上述的微小角度0=arctn0? 1=6°。
[0009] 進一步，在反射鏡和靶標(biāo)板上設(shè)置有相對應(yīng)的兩組條紋組，可同時檢測目標(biāo)點上 的2個相垂直方向上的微小位移量。
[0010] 進一步，上述圖像上傳是將攝像機所攝取的圖像傳至計算機中以進行圖像處理； 該圖像上傳可采取適應(yīng)于待監(jiān)測體工地環(huán)境的以下方式：用攝像機內(nèi)的記存卡將圖像轉(zhuǎn)到 計算機；或通過WIFI直接傳輸?shù)接嬎銠C；或先通過WIFI傳輸?shù)绞謾C后再經(jīng)手機轉(zhuǎn)傳至計 算機。
[0011] 更進一步，圖像處理采用人機交互式的手動處理方式。
[0012] 更進一步，上述圖像處理通過計算機程序進行自動處理；該圖像自動處理包括以 下步驟：①、對圖像作LOG變換及邊緣檢測，以確定各條紋線的邊緣；②、對檢測的邊緣點進 行Hough變換并提取各條紋線的邊緣直線；③、求各直線交點坐標(biāo)；④、比較前一時刻與當(dāng) 前時刻的交點坐標(biāo)，求算目標(biāo)點在該時間段內(nèi)的相對微小位移量。
[0013] 再進一步，該方法應(yīng)用于滑坡監(jiān)測。
[0014] 本發(fā)明相比現(xiàn)有全站儀、水準(zhǔn)儀、GPS接收機、激光掃描儀等現(xiàn)有技術(shù)，有如下優(yōu) 點：（1)由于采用了反射鏡上黑色條紋組與靶標(biāo)板上的靶標(biāo)條紋組以一個小的角度重疊成 像，能將目標(biāo)點上的微小位移量進行放大顯示，從而使量測精度提高一個數(shù)量級，能精確 地檢測到如0. 1mm量級的微小形變；（2)在同等精度水平上，設(shè)備成本比全站儀、GPS接收 機、激光掃描儀低一個數(shù)量級；（3)可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)24小時不間斷的多點監(jiān)測，提高監(jiān)測 效率。同時也可以利用internet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的監(jiān)測。（4)通過加設(shè)反光鏡和靶標(biāo)板 可用于多維（如三維）矢量方向的微小位移量的監(jiān)測。（5)、該方法不受地理條件限制，可 廣泛應(yīng)用于滑坡等特殊地面條件的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明工程場地微小位移量的監(jiān)測原理圖；
[0016] 圖2是目標(biāo)點微小位移量經(jīng)靶標(biāo)條紋組放大顯示后的原理圖；
[0017] 圖3是同時檢測兩個相垂直方向的位移量時靶標(biāo)板和反光鏡上的條紋形狀，其中 圖a為靶標(biāo)板上的靶標(biāo)條紋組，圖b為反光鏡上的黑色條紋組；
[0018] 圖4為自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0019] 圖5為本發(fā)明應(yīng)用于滑坡監(jiān)測時原理示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 實施例一
[0021] 本發(fā)明的工程場地微小位移量的監(jiān)測方法，是一種通過攝影技術(shù)對待監(jiān)測體微小 形變進行實時、連續(xù)的監(jiān)測過程，利用攝像技術(shù)可對待監(jiān)測體發(fā)生形變所產(chǎn)生的實時圖像 進行全天候的連續(xù)拍攝。該待監(jiān)測體包括一切需要監(jiān)測的工程場地、工程體、或已建建筑 物等等，通過監(jiān)測以準(zhǔn)確判斷待監(jiān)測體相對于其它部位或周圍地面的形變性位移；如邊坡 的滑動位移、基坑的擠壓位移、建筑物的沉降位移、橋梁的變形位移等等。該監(jiān)測方法包括 待監(jiān)測體的形變位移的攝影檢測、圖像上傳和圖像處理。該攝影檢測是通過攝像機實時攝 取待監(jiān)測體的圖像，如攝取發(fā)生形變位移當(dāng)時的圖像，以確定該時刻所發(fā)生形變相對于之 前某時刻的形變位移量。參見圖1，該攝影檢測的具體過程如下：①、在待監(jiān)測體的目標(biāo)點 上設(shè)置一個固定反射鏡1，在該反射鏡的鏡面上設(shè)置有等間隔的縱向或/和橫向的黑色條 紋組11，圖1中所示為一組縱向條紋組。該黑色條紋組11的寬度和間隔均為2厘米，長度 為30厘米；②、在待監(jiān)測體的目標(biāo)點之外50米處的固定地面上建造固定墩，在固定墩上設(shè) 置一塊面向反射鏡的靶標(biāo)板2和一個面向反射鏡1且用于攝取由反射鏡反射過來的靶標(biāo)板 圖像的數(shù)字?jǐn)z像機3,在該靶標(biāo)板2上設(shè)置有與反射鏡黑色條紋組11相對應(yīng)的且黑白相隔 的靶標(biāo)條紋組21 ;當(dāng)攝像機攝取反射鏡上的黑色條紋組時，該靶標(biāo)板上對應(yīng)于該組黑色條 紋組的靶標(biāo)條紋組圖像正好映射至反光鏡中的該組黑色條紋組區(qū)域并與之重疊（如圖2所 示），且黑色條紋組與映射過來的靶標(biāo)條紋組在鏡面上構(gòu)成一個微小角度9，因而兩組條 紋組同時被攝像機所攝取。通過攝像機攝取映射的靶標(biāo)條紋組與反射鏡面的黑色條紋組相 重疊的圖像并經(jīng)圖像上傳及圖像處理，即可檢測出目標(biāo)點位相對于固定墩位在各時間段內(nèi) 的相對微小位移量。該相對微小位移景A=k.S.lan0，其中9為黑色條紋組與映射過來相 對應(yīng)的靶標(biāo)條紋組在鏡面上所構(gòu)成的微小角度，X為某時間段內(nèi)靶標(biāo)條紋組沿黑色條紋組 線劃方向所移動的距離的平均值（單位為像元素），k為像元系數(shù)即鏡面處的像元尺寸（單 位為毫米/像元），該系數(shù)與攝像機性能等因素相關(guān)。
[0022] 再參閱圖1。圖1所示，在反射鏡1上的黑色條紋組11的條紋方向為縱向即平行 于Y軸方向，該方向垂直于欲檢測位移矢量的方向即X軸方向，用于準(zhǔn)確監(jiān)測待監(jiān)測體相對 于固定墩位在X軸方向上各時間段內(nèi)的相對位移量。與黑色條紋組相對應(yīng)的靶標(biāo)板2上的 靶標(biāo)條紋組21映射至反