[發明專利]一種基于自動尋靶測距系統的隧道圍巖大變形監測方法

有效

• 申請號: 202110169574.1
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112902863B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 孟陸波;范俊奇;孫國松;孔福利;李天斌;石曉燕;周偉;劉恩來;朱星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防工程研究院工程防護研究所;成都理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;E21F17/18;G06N3/04;G06V10/25;G06V10/82
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 楊國瑞

1.一種基于自動尋靶測距系統的隧道圍巖大變形監測方法，其特征在于，所述自動尋靶測距系統包括有左側攝像模塊、左側激光測距模塊、左側洞壁靶標、右側攝像模塊、右側激光測距模塊、右側洞壁靶標和拱頂靶標，其中，所述左側攝像模塊和所述左側激光測距模塊綁定布置在隧道橫切面的左側邊墻上且可在所述隧道橫切面上進行同步的逆時針旋轉，所述左側洞壁靶標的數目為若干且間隔布置在所述隧道橫切面的左側洞壁上，所述右側攝像模塊和所述右側激光測距模塊綁定布置在所述隧道橫切面的右側邊墻上且可在所述隧道橫切面上進行同步的順時針旋轉，所述右側洞壁靶標的數目為若干且間隔布置在所述隧道橫切面的右側洞壁上，所述拱頂靶標布置在所述隧道橫切面的隧道拱頂位置；

所述隧道圍巖大變形監測方法，包括有自動尋靶測距階段和隧道變形計算階段；

所述自動尋靶測距階段，針對所述左側洞壁靶標、所述右側洞壁靶標和所述拱頂靶標中的各個靶標，分別包括：

從水平位置開始旋轉與所述靶標對應的攝像模塊及激光測距模塊，其中，所述攝像模塊為與所述左側洞壁靶標或所述拱頂靶標對應的右側攝像模塊，同時所述激光測距模塊為與所述左側洞壁靶標或所述拱頂靶標對應的右側激光測距模塊，或者，所述攝像模塊為與所述右側洞壁靶標或所述拱頂靶標對應的左側攝像模塊，同時所述激光測距模塊為與所述右側洞壁靶標或所述拱頂靶標對應的左側激光測距模塊；

當旋轉至與所述靶標對應的初始靶標對準角度時，通過所述攝像模塊采集獲取包含有靶標成像的靶標監測圖像，其中，所述初始靶標對準角度是指在布置所述靶標時，從水平位置開始旋轉所述激光測距模塊并使所述激光測距模塊對準所述靶標的旋轉角度；

在所述靶標監測圖像中，定位出所述靶標的靶心成像位置；

根據所述靶心成像位置，調整所述攝像模塊及所述激光測距模塊的旋轉角度，以便使所述激光測距模塊對準所述靶標；

根據所述初始靶標對準角度和調整的旋轉角度，計算得到當前靶標對準角度；

通過所述激光測距模塊采集獲取從激光測距模塊至靶標的當前距離值；

所述隧道變形計算階段，包括：根據與所述左側洞壁靶標、所述右側洞壁靶標和所述拱頂靶標對應的所述當前靶標對準角度、所述當前距離值、所述初始靶標對準角度和初始距離值，計算得到所有靶標的變形偏移量，其中，所述初始距離值是指在布置對應的靶標時，由對應的激光測距模塊以對準姿態首次采集獲取的從激光測距模塊至靶標的距離值；

根據與所述左側洞壁靶標、所述右側洞壁靶標和所述拱頂靶標對應的所述當前靶標對準角度、所述當前距離值、所述初始靶標對準角度和初始距離值，計算得到所有靶標的變形偏移量，包括：

按照如下公式計算得到各個靶標的變形偏移量FF′：

式中，d₀表示與靶標對應的初始距離值，θ₀表示與靶標對應的初始靶標對準角度，d_v,0表示與拱頂靶標對應的初始距離值，θ_v,0表示與拱頂靶標對應的初始靶標對準角度，d_τ表示與靶標對應的當前距離值，θ_τ表示與靶標對應的當前靶標對準角度，d_v,τ表示與拱頂靶標對應的當前距離值，θ_v,τ表示與拱頂靶標對應的當前靶標對準角度。

2.如權利要求1所述的隧道圍巖大變形監測方法，其特征在于，在所述靶標監測圖像中，定位出所述靶標的靶心成像位置，包括：

將所述靶標監測圖像縮放至適合輸入卷積神經網絡的尺寸大小；

將縮放后的所述靶標監測圖像輸入所述卷積神經網絡，以便通過所述卷積神經網絡中的卷積層、池化層和激活函數的相互作用，提取得到所述靶標監測圖像的特征信息；

將所述特征信息傳遞至區域生成網絡RPN，以便通過所述區域生成網絡RPN對靶標成像特征進行初步定位，生成包含有靶標成像的候選識別區域；

將所述候選識別區域和所述特征信息傳遞至感興趣區池化ROIPooling層，以便通過所述感興趣區池化ROIPooling層提取得到所述候選識別區域中的特征信息；

將所述候選識別區域中的特征信息輸入全連接層，以便通過所述全連接層對靶心成像進行位置定位，得到所述靶心成像位置。