水库大坝沉陷和水平位移自动测量方法研究

摘要

随着社会经济建设的快速发展，国家大力开发水力资源造福人类，兴建了大量的水库大坝工程，确保水库大坝安全运行显得尤为重要。当前，我国中小型水库大坝位移监测系统主要采用“有线”方式，该方式能准确实现信号的采集，离线后进行数据分析，具有较好的抗干扰性，但网络布线量大，不能全面分析大坝的实时结构状态、运行情况等。针对传统有线方式监测系统存在的缺点，介绍一种基于无线传感器网络的 CMOS成像技术的监测方法，能够实时观测大坝的位移。该技术利用激光图像检测方法，将激光平行光管（总基准点）固定在远离坝体的一端，坝体上固定多个监测点，等间距分布，通过光电探测器（CMOS图像传感器）采集光斑图像，进行图像处理，获得光斑中心点坐标，推算出大坝实际的位移量，数据经无线网络传送到监测中心，实时分析和存储。此方法具有高效率、低成本、集成化等优点，可弥补有线网络传感器的不足之处。
　　本文主要研究无线网络监测系统的图像采集模块、硬件开发模块和软件图像处理模块等，深入研究激光光斑图像处理算法。当外界环境具有强干扰因素时，传统算法对光斑图像进行处理，经常会出现一些分散的斑点或检测到边缘不完整的地方，甚至致使光斑中心定位产生严重的偏差。结合传统算法，设计一种基于差分运算的目标光斑中心定位算法，首先采集多幅背景图像和目标图像，分别进行中值处理，得到相应的背景图像（无光斑）和目标图像（有光斑），经差分运算去除噪声后，得到目标明确的图像并识别出光斑，同时进行中值滤波和形态学开闭运算滤除噪声点，增强算法抗干扰性；计算合理的梯度算子，结合圆拟合计算方法对光斑中心定位，提高精度。通过实验对此论证，在外界干扰环境下，对采集到的激光光斑图像分别采用重心法和圆拟合方法进行光斑像素中心点的提取，对比分析得出的实验数据，验证改进后的算法具有较高的精度。
　　基于无线网络 CMOS图像处理技术的位移测量方法，具有稳、快、准、操作简单等优点，可同时对水库大坝的垂直位移和水平位移进行监测，弥补人工测量的不足，是一种新型的坝体位移监测方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外大坝位移测量的研究现状与发展趋势

1.3 文章主要研究内容和构架

第二章 大坝位移现有测量方法研究

2.1 水平位移在线监测技术

2.2 垂直位移在线监测技术[24,28]

2.3 三维位移在线监测技术

2.4 本章小结

第三章 水库坝体位移监测系统整体方案研究

3.1 系统方案研究思路

3.2 各子系统架构的研究思路分析

3.3 本章小结

第四章 图像处理方法研究

4.1 MTALB数字图像处理软件

4.2 图像处理过程

4.3 本章小结

第五章 标靶光斑图像处理实验结果与分析

5.1 提取标靶上激光光斑图像的边缘

5.2 光斑中心定位实验以及位移测量的整个过程

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录