[发明专利]工程场地微小位移量监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度工程摄影监测技术，用于监测工程场地各维方向上的微小形变量。

背景技术

工程场地中经常需要测量工程场地环境、工程体、或已建建筑物的某些部位，相对于其它部位或相对于周围地面的形变性位移。如边坡的滑动位移、基坑的挤压位移、建筑物的沉降位移、桥梁的变形位移等等。传统的测量方法是使用高精度的测量仪器，如全站仪、水准仪、GPS接收机、激光扫描仪等。这些方法都是对实际的变形量进行直接观测，其测量精度不高，一般很难监测到小于1mm量级或更微小的形变，如0.1mm；而且工作效率较低，全部靠人工操作，不能适应如山区滑坡等特殊环境地区的监测、以及满足24小时不间断观测的需求。

又如公开号为CN1789905A的专利技术，其公开了一种位移/挠度检测和监测装置及方法，其主要技术要点是在待监测体上设置激光发射器，将激光垂直发射至设置在固定地点上的投影面板上，由摄影设备摄取面板上的激光斑点，通过计算机分析处理以确定待监测体的相对位移。该技术在实际操作时存在以下缺陷：1、当待测体发生形变时，通过三角支架所设置的激光发射器发射的激光束与投影面板将形成非直角的夹角，无法保证激光束垂直于投影面板，从而影响其计算结果，甚至激光束将无法准确地发射至投影面板上，使监测失败。2、该监测方法是通过摄影设备摄取光斑点变化进行监测待测体的，在待测体形变较小时，如0.1mm时，是无法准确进行监测和方向上的定位。3、受激光束发射频率的影响不能持续进行监测，当激光束发射频率过大时，激光斑点过密，无法准确进行检测，从而影响监测结果。

发明内容

本发明主要是解决现有工程场地形变监测的精度不足、工作效率低且不能实现24小时全天候不间断连续监测等技术问题；进而提供一种对工程场地微小位移量进行监测的方法，为一种监测精度能达到0.1mm量级的、自动的、全天候的连续监测方法。

本发明的一种工程场地微小位移量监测方法，是一种通过摄影技术对待监测体微小形变进行实时、连续的监测过程，它包括待监测体的形变位移的摄影检测、图像上传和图像处理；该摄影检测是通过摄像机实时摄取待监测体的图像，其具体过程如下：①、在待监测体的目标点上设置一个固定反射镜，在该反射镜的镜面上设置有等间隔的纵向或/和横向的黑色条纹组；②、在待监测体的目标点之外一定距离处的固定地面上建造固定墩，在固定墩上设置一块面向反射镜的靶标板和一个面向反射镜且用于摄取由反射镜反射过来的靶标板图像的摄像机，在该靶标板上设置有与反射镜黑色条纹组相对应的且黑白相隔的靶标条纹组；当摄像机摄取反射镜上的黑色条纹组时，该靶标板上对应于该组黑色条纹组的靶标条纹组图像正好映射至反光镜中的该组黑色条纹组区域并与之重叠，且黑色条纹组与映射过来的靶标条纹组在镜面上构成一个微小角度θ，因而两组条纹组同时被摄像机所摄取；

通过摄像机摄取映射的靶标条纹组与反射镜面的黑色条纹组相重叠的图像并经图像上传及图像处理，可检测出目标点位相对于固定墩位在各时间段内的相对微小位移量；该相对微小位移量其中θ为黑色条纹组与映射过来相对应的靶标条纹组在镜面上所构成的微小角度，为某时间段内靶标条纹组沿黑色条纹组线划方向所移动的距离的平均值，k为像元系数。

进一步，在反射镜1上的黑色条纹组的条纹方向垂直于欲检测位移矢量的方向；与黑色条纹组相对应的靶标板上的靶标条纹组映射至反射镜中时，与反射镜上相对应的黑色条纹组构成一个微小角度θ，该微小角度θ＝4°～10°。

再进一步，上述的微小角度θ＝arctn 0.1＝6°。

进一步，在反射镜和靶标板上设置有相对应的两组条纹组，可同时检测目标点上的2个相垂直方向上的微小位移量。

进一步，上述图像上传是将摄像机所摄取的图像传至计算机中以进行图像处理；该图像上传可采取适应于待监测体工地环境的以下方式：用摄像机内的记存卡将图像转到计算机；或通过WIFI直接传输到计算机；或先通过WIFI传输到手机后再经手机转传至计算机。

更进一步，图像处理采用人机交互式的手动处理方式。

更进一步，上述图像处理通过计算机程序进行自动处理；该图像自动处理包括以下步骤：①、对图像作LOG变换及边缘检测，以确定各条纹线的边缘；②、对检测的边缘点进行Hough变换并提取各条纹线的边缘直线；③、求各直线交点坐标；④、比较前一时刻与当前时刻的交点坐标，求算目标点在该时间段内的相对微小位移量。

再进一步，该方法应用于滑坡监测。