[发明专利]激光光斑成像技术测量沉降法

说明书

技术领域

激光光斑成像技术测量沉降法的技术领域为一种检测建筑物、地铁、高铁、桥梁、大坝等的地基沉降方法，其测量精度一般要求在0.1mm-0.2mm.一般涉及土木工程以及光电子、信息处理技术。

技术背景

目前，沉降监测主要采用监测桩、沉降杯、沉降板、磁环沉降仪、水压式剖面沉降仪和水平测斜仪、智能全站仪、各类静力水准仪(包括光纤光栅式、电容式、CCD式)、压力变送器等。这些监测设备效率低、误差大、成本高、测量参数不全面，安装十分复杂。难以在大规模的工程中使用。

本发明采用的激光光斑成像技术，采用激光准直光斑、光电成像技术、图像处理技术以及无线通讯技术，不需要像静力水准仪一样需要布设通液管，具有安装方便，联网方便，安装实施方便等优点。

发明内容

激光光斑成像技术测量沉降法是利用激光的单向性，从一个测量点将激光对准另外一个测量点的成像靶面，在固定成像光电器件、激光器和成像靶面的情况下，如果测量点1或测量点2发生沉降，那么在成像靶面上的激光光斑发生位移，光电成像器件可以拍照成像其位置的变化，将初始的光斑位置拍照后，经过图像处理的方法找出激光光斑的中心位置，信号处理系统可以通过无线网络将数据发送到服务器，以记录其初始的光斑位置。在经过一段时间后，如果测量点1或测量点2发生了沉降，系统将再次拍照，经过同样的处理，将数据记录，根据两次的测量数据，从而可以得到沉降的相对位置ΔX、ΔY。

假如第一个测试点是参考点，即在该位置不发生沉降，那么测量得到的数据是第二个点的沉降数据，第三个测试点的数据可以根据第二个测试点的数据进行推算其沉降数据。

根据这一测量法，将激光光斑成像测量系统与激光组成一台可以级联的激光光斑成像沉降测量仪，采用网络技术，相邻的测试点之间可以进行数据通讯，从而将自身的沉降计算出来。

根据这一测量法，将激光光斑成像测量系统与激光组成一台可以级联的激光光斑成像沉降测量仪，采用的网络技术可以接入另外一台上位机或服务器，上位机可以是一台电脑或其他带运算能力的智能设备，上位机可以发命令来控制该系统何时进行数据测量、何时停止测量、同时将数据返回。

根据这一测量法，将激光光斑成像测量系统与激光组成一台可以级联的激光光斑成像沉降测量仪，可以单独采用LCD或LED显示技术将数据显示在本机。

本发明的图像像数据处理流程可以是先将采用图像平滑滤波和空间锐化方法消除或减弱图像上的干扰及噪声，选取合适的图像阈值对图像进行二值化处理，将图像分割为对象和背景，而后对所有对象的边界进行提取，排除其他边界干扰，对监测目标边缘进行识别，最后进行拟合处理，得到圈心位置坐标。

附图说明

图1为本发明的原理示意图，图中1：平行激光光源，2：成像靶面，3：成像透镜，4：成像光电器件(如CCD，CMOS等)，5：信号处理单元和无线传输单元，6：安装于第一测试点，7：安装于第二测试点。

图2：激光光斑的成像位置的变化，第一次与第二次的测量坐标的变化。

图3：是测量系统级联使用时的情况，测试点1上安装激光光源，测试点2上安装光电成像处理单元与为下一级测量用的激光光源。测试点1、测试点2、测试点3之间通过网络连接，采用的网络可以是有线网络，也可以是无线网络，在本发明的实例中，我们采用Zigbee来组网。无线网络可以接入上位机或服务器。

具体实施方案

根据本发明实施的激光光斑成像沉降测量仪是由两大部分组成，一部分是激光光源、成像子系统、信号处理子系统、通讯子系统，激光光源采用单色半导体激光器，激光功率可以是20mw-100mw，该激光光源可以由中信号处理系统控制其开关，在不测量时，激光光源可以关闭。成像靶面可以是毛玻璃，其大小根据实际需要而定，一般采用10cmx10cm到15cmx15cm。成像系统的光电器件一般可以采用CMOS器件，这样系统的成本相对廉价，对于测量范围的15cm，精度在0.1mm的系统，可以采用的CMOS摄像芯片为500万像素的，即2592x1944，这样对于15cmx15cm的靶面，150mm/2592的精度为0.058mm。也可以采用其他的CMOS摄像芯片如OV8820，即3264x2448，这样对于15cmx15cm的靶面，150mm/3264的精度为0.046mm。