[發明專利]一種用于實時監測水下表面變形的方法

有效

• 申請號: 202011032217.2
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112284280B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 徐春鶯
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 葉潔勇

本發明公開了一種用于實時監測水下表面變形的方法，所述方法包括以下步驟：發射光信號，作為監測水下表面變形的探測信號；將光信號轉化為電信號，作為分析水下表面變形的數據源；通過處理分析電信號建立水下表面變形的三維模型；通過三維模型實時監測水下表面變形的情況。本公開可以通過處理分析不同強度的衰減光信號，建立水下表面變形的三維模型，有效地提高測量的速度以及降低成本，適用范圍廣泛，適用于水下地形地貌等水下表面和陸地上的表面變形的實時監測，尤其對于礦山工程、隧道工程等不具備視像條件下巷道圍巖等變形的實時監測。本發明適用于監測方法領域。

技術領域

本公開涉及監測方法，并且特別涉及通過三維模型實時監測水下表面變形的方法。

背景技術

傳統的水下地形地貌測量方法主要是通過測深技術來實現，大致可分為竹竿鉛垂原始測深法、單波束回聲測深儀常規測深法以及多波束測深系統測深法三個方面。常規的單波束測深儀只能得到測量船正下方的水深，獲取的地形數據量少，測量所需時間長。多波束測深系統集測深與側掃聲吶功能于一身，相比于單波束具有測量范圍大、速度快等優點。但是多波束測深系統獲得的是水底多個點的水深值，隨著測量船的前進，測得一條帶狀大量的水深數據，再通過定位系統實時提供的測量船的坐標，最終利用專業軟件得到測區內的水下地形圖，其體積龐大、系統復雜、勘測成本高，測量范圍有限。此外，衛星遙感監測方式也可用于水下地形的監測，其優點是可以實現全天候、大范圍的監測，采集數據易于處理，能夠真實連續的進行定量監測，但較長的重復觀察周期，低的空間分辨率，在水中的衰減快，高成本，使其不適用于深水地形監測。

發明內容

本發明就是在如上所述的這種情況下提出來的，并且試圖容易和便捷地實時監測水下表面變形。

更具體地說，本發明公開了一種用于實時監測水下表面變形的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，發射光信號，作為監測水下表面變形的探測信號；

步驟2，將光信號轉化為電信號，作為分析水下表面變形的數據源；

步驟3，通過處理分析電信號建立水下表面變形的三維模型；

步驟4，通過三維模型實時監測水下表面變形的情況。

具體的，步驟1中，發射光信號，作為監測水下表面變形的探測信號的方法為啟動函數發生器，從而驅動光發射器發射光信號。

具體的，步驟2中，將光信號轉化為電信號，作為分析水下表面變形的數據源的方法為：

A1，光信號通過光纖分束器后進入光纖曲率傳感器陣列，所述光纖曲率傳感器陣列為由2n個光纖曲率傳感器彎曲后呈雙層等間隔排列組成的陣列，其中n為大于等于1的自然數；

A2，光纖曲率傳感器陣列產生不同強度的衰減的光信號；

A3，不同強度的衰減的光信號由光探測器陣列接收后經過濾波和放大轉化為電信號，輸入處理器，所述光探測器陣列為為由2n個光探測器等間隔排列組成的陣列，其中n為大于等于1的自然數，所述電信號為電壓信號。

具體的，步驟3中，通過處理分析電信號建立水下表面變形的三維模型的方法為：

B1，通過電信號獲得地形離散點的彎曲曲率和扭轉角度；

B2，通過地形離散點的彎曲曲率和扭轉角度獲得彎曲曲率函數和扭轉角度函數；

B3，通過地形離散點的彎曲曲率和地形離散點所在的曲線切線獲得地形離散點在空間運動坐標系中的坐標；

B4，獲得固定坐標系轉換為空間運動坐標系的齊次變換矩陣的遞推公式；

B5，通過地形離散點在空間運動坐標系中的坐標和固定坐標系轉換為空間運動坐標系的齊次變換矩陣的遞推公式，完成空間曲線的三維重構；