一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统

摘要

本发明涉及一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统，包括机器视觉传感器、测量靶、基准靶、校准靶、网关、云端服务器；并按照下面方法运行：步骤一：预先按监测要求在测量点安装测量靶并同步安装好基准靶和校准靶，在基坑监测区域内选择合适地点安装机器视觉传感器装置；步骤二：机器视觉传感器通过拍摄并计算每一个测量靶与基准靶在同一个画面中的水平和竖向像素变化量，计算出监测点的水平和竖向位移变化情况；步骤三：步骤二步骤得到的测量靶处水平和竖向位移变化量在机器视觉传感器装置内部计算完成并以文本的方式输出，本发明基于机器视觉实时监测计算基坑支护围檩水平和竖向位移变化，具有连续性和系统性，提高监测精度和效率。

说明书

技术领域

本发明涉及基坑监测技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉传感器的基坑表面（如，围檩）水平和竖向位移监测系统，具体是涉及一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统。

背景技术

目前，住房建设基坑表面变形监测主要还是人工使用水准仪、全站仪或经纬仪进行位移的测量。水准仪主要测量监测点的沉降，即竖向位移；全站仪或经纬仪主要测量监测点的水平位移。但是这两种方法均是基于人为操作来进行，其测量数据受人为影响因素较大，数据为单次性，缺乏连续性和系统性，也易出现安全响应不及时的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统，基于机器视觉实时监测计算基坑顶部围檩位移变化，具有连续性和系统性，提高监测精度和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统，包括机器视觉传感器、测量靶、基准靶、校准靶、网关、云端服务器；并按照下面方法运行：

步骤一：预先按监测要求在测量点安装测量靶并同步安装好基准靶和校准靶，在基坑监测区域内选择合适地点安装机器视觉传感器装置，使被监测的测量靶和对应的基准靶、校准靶处于对应机器视觉传感器的拍摄范围内；

步骤二：机器视觉传感器通过拍摄并计算每一个测量靶与基准靶在同一个画面中的水平方向和竖向方向像素变化量来反应测量靶的水平和竖向变形情况；

步骤三：步骤二步骤得到的水平和竖向位移变化量在机器视觉传感器装置内部计算完成并以文本的方式输出，通过以太网传输至网关，经网关上传至云端服务器。

在上述方案基础上，还包括有校准靶；测量靶或基准靶所在的安装物体表面上还安装有校准靶，校准靶位于基准靶的旁侧，也可位于测量靶旁侧；

在步骤二步骤得到位移变化量数据后，机器视觉传感器装置按照下面方法进行校准计算：

步骤一：预先测量校准靶到基准靶或测量靶之间的距离作为参照值，该参考值记为：La；

步骤二：当监测区域的温度变化或机器视觉传感器发生轻微移动时，通过机器视觉传感器装置测量的校准靶与基准靶或测量靶之间的距离会发生变化，该距离记为：Lb，因上述变化造成的测量结果变化系数K则为：K=La/Lb；

步骤三：将步骤二步骤得到位移变化量结果乘以K可以得到校准后的位移变化量。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明基于机器视觉传感器通过基准靶能够自动地实时拍摄、监测测量靶的水平和竖向位移变化，并将监测结果上传云端服务器，实时监测、及时反应，具有连续性和系统性，能够提高监测精度和效率。

附图说明

图1为本发明机器视觉传感器、测量靶、基准靶、校准靶、网关、云端服务器布设的一种示意图；

图2为附图1的纵向截面示意图。（图中，L0为机器视觉传感器与基准靶及校准靶之间的距离（平距），L1为第一个测量靶与机器视觉传感器之间的距离。L2~Ln依次类推）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种用于基坑表面位移监测的自动化图像位移测量系统，包括测量靶、基准靶、校准靶、机器视觉传感器装置、网关、云端服务器；并按照下面方法运行：

步骤一：预先在测量点安装测量靶，在基坑位移影响区域外的地方安装基准靶，使被监测的测量靶和对应的基准靶及校准靶处于对应机器视觉传感器装置的拍摄范围内；测量靶或基准靶所在的安装物体表面上还安装有校准靶，校准靶位于该测量靶或基准靶的旁侧；而且，所述的安装物体就是为测量靶、基准靶、校准靶提供安装位，该安装物体选用同一个温度膨胀系统较低的物体，例如钢、混凝土；由于处于同一个低膨胀系数的物体表面上的两个标靶之间的距离不会随着温度和环境的变化而变化，因此，通过这个距离定值来实时修正监测数据。而且，实施中，测量靶主要安装于基坑顶部围檩上，用于测量支护围檩的横向和竖向位移，基准靶安装于机器视觉传感器装置视场范围内且基坑变形影响区域外的位置。

例如图1-2所示，提供了一种针对方形基坑的机器视觉传感器装置、测量靶、基准靶布设的示意图，其中，四边形的边代表方形基坑的支护围墙，该四边形的各条边的若干个圆点代表着测量靶，该四边形的各条边的一侧布设一个基准靶和校准靶、另一侧布设一个机器视觉传感器装置，该四边形的各条边上的测量靶及对应的基准靶均处于对应机器视觉传感器装置的视场范围，如图1中由机器视觉传感器装置延伸处出的阴影覆盖的范围即是其视场范围。

步骤二：机器视觉传感器装置通过拍摄并计算每一个测量靶与基准靶在同一个画面中的位移变化量来反应监测点的位移情况；

步骤三：步骤二步骤得到的位移变化量在机器视觉传感器装置内部计算，该

校准计算按照下面方法进行。（这个计算方法不是位移计算方法，是修正方法）

步骤一：预先测量校准靶到基准靶或测量靶之间的距离（La）作为参照值；

步骤二：当监测区域的温度变化时，通过机器视觉传感器装置测量的校准靶与基准靶或测量靶之间的距离（Lb）会发生变化，则因温度变化造成的测量结果变化系数K则为：K=La/Lb；

步骤三：将步骤二步骤得到位移变化量结果乘以K可以得到校准后的位移变化量。

然后该实际位移变化量计算完成并以文本的方式输出，通过以太网传输至网关，经网关上传至云端服务器。

在基准靶旁同时设置校准靶可修正环境温度变化造成的数据波动，也能够避免因视觉传感器本身的移动造成的数据偏差。

其中，测量靶和基准靶的相对空间位置变化被机器视觉传感器装置按照设定的时间间隔拍摄。在监测前，需要在相应的机器视觉传感器装置为测量范围内每个测量靶标定并建立相应的“空间距离-像素”函数关系；监测过程中，不同时间机器视觉传感器装置拍摄同一测量靶相对基准靶的像素变化量，并通过之前标定的“空间距离-像素”函数关系（可通过校准靶修正），得到测量靶的水平及竖向位移。网关接收测量结果文本信号，通过4G移动网络模块以4G信号传输至互联网云端服务器；网关内微型计算机通过TCP/IP网络或者R步骤二32/485，来跟外部设备进行数据通讯。网关上设置有服务端程序以及客户端程序，服务端程序主要是监听TCP/IP的端口数据，并进行相应的解析，客户端程序主要是通过R步骤二32/RS485来进行获取数据后通过网关内部网络把数据发向对应的网络端口去。服务端获取到它所管辖范围内的所有采集设备的数据后，再由4G网络同样通过TCP/IP协议来进行数据交互，让数据通过4G网络所产生的无线连接通道，让数据准确高效的上传到云端服务器。

其中，环境温度的变化会导致传感器、镜头的变形，因此在长期监测中，数据会受到温度的变化而变化。温度变化问题在基坑位移监测中将十分明显，但不同于加入了温度传感器的设备，本系统通过校准靶来补偿温度的影响，提高了数据准确性。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。