[發明專利]基于圖像測量姿態補償方法及其裝置和隧道沉降變形監測系統

有效

• 申請號: 201210200869.1
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102706288A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 何自強;毛建;熊肖磊;周奇才;劉志科;張根雷
• 申請（專利權）人: 上海地鐵盾構設備工程有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/26
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明涉及一種基于圖像測量姿態補償方法及其裝置和隧道沉降變形監測系統，屬于隧道工程監測技術領域。

背景技術

運營地鐵隧道的變形包括隧道縱軸線沿橫斷面的位移及隧道橫斷面形狀的變化，當隧道變形過大時將影響地鐵安全運營。為此，研制運營隧道變形檢測分析系統非常必要，根據隧道變形的漸變性及長期性，采集隧道變形實時數據并建立長時段基礎數據，通過對數據進行時間及空間的融合，實現隧道變形的網絡發布并建立隧道變形預警機制。

隧道的變形是個緩慢漸變的過程。要實現對隧道狀態進行準確監測，對監測系統的精度要求很高。而采用新型的非接觸式的圖像傳感器進行測量的過程中，存在誤差傳播，這就對每個測站的位置測量精度要求很高。

最接近現有技術為中國專利公開號為CN101936715A的“地鐵隧道整體形變檢測拍攝鏡頭姿態消減方法”，該專利也涉及一種隧道變形監測技術領域的誤差消減技術，具體為一種地鐵隧道整體形變檢測拍攝鏡頭姿態消減方法。該專利在同一測站上裝有兩組鏡頭，鏡頭的中心線重合，該兩個鏡頭分別進行前向和后向的測量，這樣每個測站的位置均由兩個鏡頭給出，由此消除鏡頭空間轉角的影響。采用該專利誤差消減技術手段，可以減少測量誤差，提高隧道軸向整體形變監測系統精度。由此消除鏡頭的姿態誤差，保證了每個測站的位置精度，而且避免由于誤差傳播導致提高整體的測量誤差。

發明內容

本發明的目的在于提出另一種地鐵隧道整體變形檢測拍攝鏡頭姿態誤差消減方法及其相應的裝置，同樣也是消除由于拍攝鏡頭安裝時由于姿態產生的測量誤差。采用本發明方法由此減少測量誤差，提高隧道整體變形監測系統的精度。隧道整體形變監測系統可以有效檢測隧道的整體變形量，據此分析得到隧道的變形情況，及時提供預警信號，保持隧道營運安全。

本發明是通過以下技術方案實現的：

方案一：為防止外界因素的影響，其特征在于，將具有一定自重的十字形標志物置于密閉空間內并與該密閉空間一起固定于測站箱體內，設置光源照射在十字形標志物上，同時設置顯微鏡頭及其圖像傳感器用以實時采集十字標志物因外界測站位置偏轉而引起其同步角度位置變化，從而來測量確定測站自身的角度位置變化，并據此補償隧道軸向圖像采集系統姿態誤差，由此消除隧道整體變形監測系統因軸向鏡頭空間轉角的影響。

方案二：一種實施上述方法涉及的偏轉角測量裝置，為一密封裝置，該密閉裝置安裝固定于測站的大箱體內，其特征在于，密封裝置內包括十字形標志物、光源A、一組顯微鏡頭A及其CCD傳感器A，將十字標志物通過細繩懸掛在該密封裝置的頂部，使之處于水平狀態，顯微鏡頭A及其CCD傳感器A組裝在一起固定在密封裝置的底部，顯微鏡頭A及其CCD傳感器A正對十字標志物中心，使得十字標志物A成像盡量在CCD傳感器A的中心位置，同時將光源A固定于密封裝置上，使光源A投射照亮十字標志物A，CCD傳感器A輸出端與圖像采集系統連接。

進一步說明，增加細線長度可以提高測量精度。

方案三：一種基于圖像測量姿態補償消除誤差的隧道沉降變形監測系統，其特征在于，相鄰兩車站區間的隧道上設置若干測點，各個測點呈軸向布置，每個測點設備都安裝在測站內，測站固定于隧道內壁上。

每個測站包括兩路鏡頭及其圖像傳感器和兩路光源，分別為鏡頭及其圖像傳感器B、鏡頭及其圖像傳感器A、光源B、光源A，其中一路鏡頭及其圖像傳感器B和光源B用以安裝于測站大箱體邊側，鏡頭及其圖像傳感器B用于拍攝相鄰前一測站的光源，光源B為相鄰后一測站的鏡頭及其圖像傳感器提供標志物，從而實現采集隧道軸向各個測點的位點信息，另一路鏡頭及其圖像傳感器A用于拍攝本測站內的十字標志物，用于補償測站本身軸向轉角的偏差。

測站還包括圖像采集系統，所述圖像傳感器A和圖像傳感器B分別與圖像采集系統連接。

所述測站圖像采集系統包括控制板和RS485接口。

各個測點通過RS485總線連接在一起。

每個測站的顯微鏡頭及其圖像傳感器A拍攝十字標志物，得到的圖像傳到控制板上的處理中心進行圖像處理，擬合得到標志物的中心點，通過比較前后兩次擬合的中心點位置，計算出偏轉角度，通過RS485總線將該角度值上傳至站級監測系統的監控電腦，用這個角度進行該測站的姿態補償；同時每個測站采集處理獲得的相鄰測站坐標相對位移信息也發至站級監測系統并由監控電腦統一匯總分析兩車站間隧道變形狀況。