[发明专利]采用数码照相技术的隧道围岩变形检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用计算机远程控制下的数码照相技术的隧道围岩变形检测方法，适用于对隧道围岩或工程围挡物等微小形变监测以及利用数字图像精确定位的生产应用。

背景技术

近年来随着中国国民经济的迅速发展，新建铁路、公路隧道、地下铁道及其它地下工程项目与日俱增。伴随着地下工程的的迅猛发展，施工期间地下工程结构体系的形变量测越来越受到重视。隧道形变监控量测是在隧道施工过程中对围岩、地表、支护结构的形变和稳定状态进行经常性观察和量测的工作，是保证工程安全、指导设计施工和优化施工工艺所必需的环节。隧道围岩的形变监测有助于修正工程设计，通过观测数据与理论上的工程特性指标进行比较，为信息化施工提供重要依据。目前最常用的形变观测方法包括收敛仪法、激光经纬仪交会法、支距法及求积仪法等。而它们共同的缺点是测量时间长，需要固定时间和人员进行测量，不能及时发现突发的安全隐患，同时常常与施工作业相冲突。因此，寻求一个既能保证测量精度同时又能减少测量时间的测量方法，便成为隧道工程测量中一个既重要又很实际的问题。

发明内容

鉴于隧道围岩测量有别于常规测量的独特性，为解决隧道围岩形变信息测量中所面临的困难，本发明的目的在于，提供一种采用数码照相技术的隧道围岩变形检测方法，该方法结合围岩形变特点，通过对围岩特征点标定的方法，对隧道围岩进行了图像采集，利用数字图像处理方法深入的分析研究，提出了图像型隧道围岩变形智能预警测量方法，能够实时监测隧道内围岩的微小形变，并能够实现自动预警。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种采用数码照相技术的隧道围岩变形检测方法，其特征在于，该方法在隧道围岩断面上设置若干个观测点，并对观测点利用数字成像设备进行拍摄，将采集的图像利用无线网络传输到监控计算机中，由监控计算机对监测的图像进行处理，得到围岩形变的量测数据，具体包括下列步骤：

1）建立图像像素与空间距离之间的关系

首先确定数码影像量测坐标系，建立像平面坐标系用以表示像素点在像平面上的位置，根据拍摄点与标记点之间的关系建立像点和对应标记点空间位置的相互换算关系；这个关系采用成对的标准距离的固定标记点的成像后像素关系，从而得到较为精确地像素与具体空间距离的换算关系；这种关系的建立也与本方法的后面计算过程有关系。

2）对图像进行预处理

将采集到围岩图像进行增强，对其中的观测特征，即边缘、轮廓、对比度等进行强调或锐化，以便显示观察和进一步分析与处理，经过增强后的围岩采集图像并不增加其中的相关信息，但增加所识别的观测点特征的颜色值的动态范围，根据采样图中的RGB3分量以及它们的权重来求取信号最高和最低值的相对比值，其中灰度修正使围岩图像动态范围加大，对比度扩展，图像清晰，特征明显。从而使这些特征检测或识别更加容易；

3）对图像信息的阈值分割

由于利用数码影像坐标定位特征点识别算法是基于二值化后观测到的围岩信息图像。所以在进一步提取图像信息前，需要对带有标记点的围岩图像进行二值化，并采用最大类间方差法将直方图在某一阈值处分割成两组，当被分成的两组的方差为最大时，将该分割值定为分割阈值；

4）对图像进行形态学算法处理

将过预处理的围岩信息图像，利用形态学算法对背景图片进行降噪处理，再通过连通区域标记法得到围岩目标标记点的最终精细轮廓，并在像平面坐标系找到目标标记点的轮廓形状的形心实现坐标定位，将坐标数据返回，得到围岩形变量测数据；

5）利用计算机远程控制数码相机，在一定时间段内连续拍摄，根据不同时间的图像中围岩标记点的坐标比对，确定围岩在一定时段内的变形情况，并在超出预警值时自动预警。

本发明的采用数码照相技术的隧道围岩变形检测方法，以现在高速发展的信息技术为指导，结合图像识别技术改变了常规隧道施工中的围岩监测量测方式，实现了量测的自动化、实时化并可起到及时预警的目的，量测精度从0.01毫米-10毫米，可根据围岩地质情况调整检测参数。能够对围岩变形进行连续、智能、即时、稳定的量测，给非接触量测方法开辟了一条新的途径。该方法优点如下：

1、可实现远程不接触的围岩量测。

2、精度高，受人为因素影响少。

3、具有速度快、信息量丰富、对被测对象的影响小等特点；

4、可实现智能化量测，量测时间间隔随时调整，满足不同安全需求。

5、实现了隧道围岩监测量测的自动化、实时化、可视化。

6、实现围岩变形的预警，预警的阈值可调，满足变化的围岩情况。