[發(fā)明專利]一種盾構隧道襯砌管片接縫張開寬度的測量方法及裝置

有效

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• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102297660A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 朱合華;李曉軍;胡傳鵬
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G06N3/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發(fā)明涉及一種盾構隧道襯砌管片接縫測量技術，尤其是涉及一種盾構隧道襯砌管片接縫張開寬度的測量方法及裝置。

背景技術

高精度、高效率、數(shù)字化和自動化病害檢測模式，是實現(xiàn)高質(zhì)量盾構隧道運營維護的前提。隨著檢測技術的進步，傳統(tǒng)的通過人眼目視或使用簡單的儀器如直尺、讀數(shù)放大鏡等來進行估測的管片接縫寬度測量方法，由于存在結果主觀性較大、精度和效率較低、且結果不易保存和管理等缺點，將逐漸被新的方法所代替。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和相機硬件質(zhì)量的不斷提升，數(shù)字圖像技術以其方便靈活、非接觸式數(shù)據(jù)獲取、圖像易于處理等特點迅速滲透到各個學科領域并取得了重大的開拓性成就。而基于數(shù)字圖像處理的照相測量技術業(yè)已深入到邊坡變形監(jiān)測、巖體碎石識別、隧道病害識別量測等土木工程領域中，并發(fā)揮著非接觸、高效、直觀和精確的優(yōu)勢。

2004年，鄒軼群、侯貴倉、楊峰提出了一種基于數(shù)字圖像處理的表面裂紋檢測方法。同年，張娟，沙愛民，高懷鋼，孫朝云分析了基于數(shù)字圖像處理的路面裂縫識別與評價系統(tǒng)的工作原理。2005年，上海交通大學的田勝利對采用數(shù)字圖像技術觀測結構變形的方法進行了深入的研究，并使用小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能手段對觀測結果進行了處理。2006年，東南大學尹蘭、何小元利用了基于光測法基礎上的數(shù)字圖像處理技術對混凝土表面裂縫寬度特征進行了測量和分析。?2008年，桑中順將紅外攝影技術引入隧道監(jiān)測，以解決施工中的隧道粉塵嚴重的問題并針對非量測相機鏡頭畸變較大的缺陷，研究了相機的快速標定方法。2009年，周春霖使用數(shù)字圖像技術結合人工神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)巖體節(jié)理的識別和精細描述。2010年，葉康針對現(xiàn)有的公路隧道裂縫檢測方法的不足，提出了采用數(shù)字圖像技術進行裂縫特征無接觸的測量方法。

雖然之前學者們對數(shù)字圖像技術在地下工程和隧道病害檢測領域做了較多研究，但專門針對盾構隧道管片接縫張開數(shù)字圖像檢測技術卻沒有人涉及到。此外，以上所研究的大多數(shù)方法主要是針對通過接觸式掃描或近距離拍攝所采集的放大圖像進行，并且假設所獲取的照片所受的干擾少，成像質(zhì)量高。而在實際盾構隧道中，光線、遮擋、各種污漬刮痕都會對成像質(zhì)量照成嚴重影響，使得針對近照中理想寬大目標對象的識別量測方法不適用，需尋找一種合適的新方法。

因此，研究一種在盾構隧道中能便捷、高效、準確地測量管片接縫張開特征值的圖像檢測方法已成為提高盾構隧道運營維護質(zhì)量的迫切需求之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、快速便捷、高精度的盾構隧道襯砌管片接縫張開寬度的測量方法及裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：?

一種盾構隧道襯砌管片接縫張開寬度的測量方法，具體步驟如下：

（1）采用計算機視覺工具包HALCON標定方法對相機進行標定，獲取相機內(nèi)部參數(shù)；

（2）通過數(shù)碼相機采集管片接縫的圖像，并通過激光測距儀測定拍攝距離；

（3）將采集到得圖像轉化為灰度圖像，在轉化后的灰度圖像上選擇需測量的感興趣區(qū)域（Region?Of?Interest，以下簡稱ROI）；

（4）選擇合適的濾波參數(shù)，采用Gauss濾波器對（3）中選中的ROI區(qū)域圖像進行平滑；?

（5）確定平滑后圖像的最大閾值和最小閾值，進行Canny滯后閾值分割得到圖像中包括管片接縫邊緣在內(nèi)的亞像素線性特征；

（6）從步驟（5）中所得的亞像素線性特征中篩選出所需的亞像素管片接縫邊緣圖像：對于干擾較小的簡單圖像，可直接根據(jù)接縫邊緣圖像呈直線且貫穿ROI區(qū)域這一特點來獲得目標接縫邊緣圖像；對于干擾較大的復雜圖像，可采用神經(jīng)網(wǎng)絡的方法識別；

（7）根據(jù)步驟（6）中所得的兩條亞像素管片接縫邊緣圖像，采用法向垂直最小距離法分別計算最大寬度及平均寬度；

（8）根據(jù)預先確定相機內(nèi)參確定像素尺寸與實際尺寸之間的換算比例（mm/pixel），并計算得到管片接縫的實際寬度。

本發(fā)明中，步驟（1）操作方式如下：

①選取大小合適的Halcon特制標定板（有從2500μm到800mm的各種不同尺寸）。

②將準備好的標定板張貼到有一定剛度的平板上，保證表面平滑。

③拍攝10~20張標定板的圖像，拍攝過程需注意如下事項：

在每張照片中整個標定板必須保持全部可見；

拍攝過程中需變換標定板的位置、朝向、距離；

標定板需占盡量大的圖幅（至少1/4）以保證標定點識別的精度；