[发明专利]一种水库坝体变形自动监测方法和系统

说明书

一种水库坝体变形自动监测方法及系统，方法包括以下步骤：设置检测点及水库坝体集中监测装置；获取检测点的基准图像信息；水库坝体变形检测。系统包括水库坝体集中监测装置和等间距依次排列在坝体上且位于同一直线上的若干检测点监测装置，水库坝体集中监测装置设置在检测点的一端可对所有检测点进行检测，用以获取设置在检测点上的监测装置图像信息。本发明选取坝体N个检测点逐一产生光源，采用渐远放大定位拍摄方法获取各检测点的光源图像，进而逐一进行各检测点变形特征值的提取，能够对水库坝体进行沉陷与水平位移自动监测，不仅产品成本低、测量精度高、测量坝体距离长、性能稳定，而且安装方便、不受地理环境影响、维护成本低、实用性强。

技术领域

本发明涉及一种水库坝体变形自动监测方法和系统，属于水库安全监测技术领域。

背景技术

混凝土坝和砌石坝建成蓄水运用后，在水、泥沙、浪、扬压力、温度以及地震等作用下，必然发生变形，严重导致塌陷，案例不胜枚举。大坝安全监测技术是国际关注问题。

大坝结构安全监测系统涉及光学、传感器、电子等多个学科领域，发展经历两个阶段：

1、观测阶段(1891～1964年)，也称原型观测。因为该阶段的监测水平较低，只是对放置在大坝结构上的监测仪器进行人工观察和检测，记录大坝实时状态。

2、安全观测向安全监测转变和发展的阶段(1965年至今)。国内外监测领域逐渐意识到仪器检测的局限性，便对大坝采用人工巡查与仪器观测相结合。其中日本、美国是最早进行巡视检查的国家，随后法国、意大利加拿大以及挪威等国家也都规定必须对大坝进行人工巡检，从而有效的避免了只用观测仪器对大坝进行安全监测的缺陷。但由于人工巡查只能观察大坝表面的变化，而对其内部的复杂结构变化以及安全隐患难以辨别，因此必须发明一种能够随时、随地、及时、高效的反映和检测大坝安全问题的监测技术。60年代后期，国外许多国家对自动监测大坝安全的仪器设备进行研究和制造：日本首先实现了在拱坝上对监测数据进行自动采集；之后，意大利先后实现了垂线仪变形自动监测和集中式采集数据系统；1989年，加拿大将能够进行数据采集、存储、处理、远程以及分析等功能的自动化检测系统安装在大坝上。我国从80年代开始对坝体变形实行监测，也研制了分布式智能检测数据采集系统、无线通信模块以及维护大坝网络安全信息的软件系统。

目前对坝体变形监测基本上采用两种方式：

1、根据基点高程和位置，使用经纬仪、水准仪、电子测距仪或激光准直仪、GPS、智能全站仪等来测量坝体表面标点、觇标处高程和位置变化，可实现测点的三维位移数据测量。

2、在坝体表面安装或埋设一些监测位移的仪器，通常只能测量测点的单项位移数据(水平位移或垂直位移)。常用的位移监测仪器有位移计、测缝计、倾斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、引张线仪、多点位移计和应变计等。

就变形监测设备而言，从精度、稳定性、安装工程量、维护、价格等几方面说,能满足各项要求的设备几乎没有。坝体内部位移监测还只能使用传统的单项位移监测设备，需要预先埋设或钻孔安装，施工不便，目前还没有好的替代方法；坝体表面位移使用的三维数据监测设备安装方便、性能稳定、精度高，但受地理环境影响大，安装条件受到限制，且成本高。

由此，研发一种低成本，不受地理环境影响，响应时间快，测量精度高，可实现自校准，便于实现智能数字化管理的坝体变形自动监测系统意义重大。

发明专利《水库坝体沉陷与水平位移基准点检测装置及检测方法》(专利号ZL201410450657.8)和《水库坝体沉陷与水平位移监测系统》(专利号ZL201410450695.3)阐述了基于激光原理监测坝体变形的原理和方法。关键技术是利用激光光束通过观测点的“十字架”折射产生清晰图形获取纵轴的特征值—弦长及截距来推算坝体变形程度。其优点是在识别图像“十字架”的截距时相对比较容易，图像处理起来简单；是一种好的方法，缺点是对激光平整度要求高，测长距离的坝体需要较高的成本。

发明内容