[发明专利]一种隧道表面形变监测系统及计算机

说明书

本发明公开了一种隧道表面形变监测系统，其特征在于：包括由m×n个能够发出点光源的发光单体，按照m×n矩阵布设在隧道表面的发光矩阵；还包括用于实时采集发光矩阵图像的摄像机；还包括用于接收并处理摄像机采集的发光矩阵图像的计算机；所述计算机用于根据发光矩阵图像计算出各个发光单体在纵轴y方向的y轴偏移量以及在横轴x方向上的x轴偏移量。还公开了一种用于所述隧道表面形变监测系统的计算机，所述计算机的存储器内存储有处理发光矩阵图像的图像处理程序，能够计算出发光单体的偏移量并进行自动告警。本发明的隧道表面形变监测系统能长期实时自动对隧道表面进行监测，结构简单、容易操作，准确性高、实用性强。

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种利用图像对隧道表面形变进行实时监测系统及计算机。

背景技术

随着公路和铁路的快速发展，为了加快运输效率，修建的隧道也越来越多。而随着使用时间的增加，隧道表面出现的问题也逐渐增多，例如：渗水、漏水、开裂及混凝土块剥落等。隧道表面形变直接影响隧道的正常使用，因此对隧道表面形变的检测尤为重要。目前，隧道表面形变的检测方法主要有四种:钻孔法、地质雷达法、声波法、激光断面仪检测法。

钻孔法是指用特殊的钻机在选定的隧道混凝土位置上钻取样本，对样本进行评定分析，能够直观且准确的评定局部隧道混凝土的质量。但是此方法需要从混凝土上钻取样本，会对隧道混凝土产生一定的破坏，而且只代表样本附近的混凝土质量问题，因此不适合对隧道进行整体检测。

地质雷达法是指利用发射天线向衬砌结构发射高频脉冲电磁波，由接收天线接收返回的电磁波，分析电磁波的波形、振幅和时间的变化等特性，来研究衬砌的结构，评估隧道表面形变。但是混凝土中的钢筋网会对电磁波的反射和速度产生干扰。

声波法是指通过人工振动向衬砌结构发射声波，在声波传递过程中，分析声波的波形、振幅和速度等特性，来探究隧道表面形变。但是衬砌材料、温度和横向尺寸效应等因素都会影响检测结果。

激光断面仪检测法是将激光测距技术和精密数学测角技术相结合，能够测得多组隧道断面图，然后利用计算机技术对数据进行处理，评估隧道表面形变。但此设备的成本较高,且检测过程较复杂。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种隧道表面形变监测系统，解决现有技术中检测成本高、检测手段复杂、干扰性强以及对隧道具有破坏性的技术问题，能够实现无损检测，检测方便快速，降低成本，检测过程不受混凝土内内部结构的干扰。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种隧道表面形变监测系统，包括由m×n个能够发出点光源的发光单体，按照m×n矩阵布设在隧道表面的发光矩阵；还包括用于实时采集发光矩阵图像的摄像机；还包括用于接收并处理摄像机采集的发光矩阵图像的计算机；所述计算机用于根据发光矩阵图像计算出各个发光单体在纵轴y方向的y轴偏移量以及在横轴x方向上的x轴偏移量。

优选的，所述发光单体为LED灯珠。

本发明还提供了一种用于上述隧道表面形变监测系统的计算机，所述计算机的存储器内存储有处理发光矩阵图像的图像处理程序，所述图像处理程序能够被计算机的处理器加载并按如下步骤执行：

步骤1：以摄像机首次采集的发光矩阵图像作为模板图像；

步骤2：对模板图像进行预处理，以发光矩阵中左下角的发光单体的质心作为原点O建立直角坐标系，以水平方向为横轴x方向，以竖直方向为纵轴y方向；然后计算模板图像上每个发光单体的质心坐标(x″_i,y″_j)，其中，i∈{1，...,n}，j∈{1,...,m}；