[发明专利]一种基于视觉图像的隧道收敛变形检测方法及系统

说明书

本发明提供一种基于视觉图像的隧道收敛变形检测方法及系统，涉及隧道变形检测技术领域，包括相机系统和检测靶；所述相机系统拍摄待检测的隧道断面的初始断面图像，并将所述初始断面图像发送至外部系统进行处理得到所述隧道断面的标准收敛参数；所述外部系统根据检测需求生成相应的检测信号，并发送至所述相机系统；所述相机系统根据所述检测信号拍摄所述隧道断面的实时断面图像，并将所述实时断面图像发送至外部系统；所述外部系统根据所述实时断面图像和所述标准收敛参数进行处理得到实时的收敛检测结果。本发明结构简单，占用隧道面积小，成本低廉，能够实时获取施工及运营中的隧道收敛变形情况，确保隧道结构的安全。

技术领域

本发明涉及隧道变形检测技术领域，尤其涉及一种基于视觉图像的隧道收敛变形检测方法及系统。

背景技术

近年来，随着国家基础设施建设步伐的加快，我国隧道建设工作进入了迅猛发展时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道穿越的山体工程地质及水文地质等条件复杂多变，在隧道的施工及运营过程中，持续的隧道结构变形检测是隧道安全的重要保障。所谓隧道收敛变形，是指由于受到地面、周边建筑物负载、隧道工程结构施工以及列车运行振动等因素影响，使得隧道的横截面形状发生变形。由于隧道处在条件复杂的岩土介质中，地层与结构的相互作用机理尚不明确，因此在隧道的施工及运营过程中，隧道收敛变形检测都是不可或缺的。

随着工程安全检测技术的不断进步，出现了一些较为先进的隧道收敛变形检测的仪器和方法。目前，世界上对桥隧工程的安全检测主要采用隧道横截面法向的收敛变形检测方法，而国内采用隧道横截面法向检测首选的方案是机械式钢尺收敛计法。该方法的测量原理是在隧道横断面上布置若干锚固点，通过钢尺测量锚固点之间的距离变化检测隧道的收敛变形。该方法的测量分辨力不高，且对于运营中的隧道而言，采用人工测量的方法进行收敛变形的观测是不现实的。

美国SINCO岩土公司于2000年首先提出并实施的巴塞特隧道收敛检测系统，其原理是在隧道横截面上环向布设若干锚固点，在每两个相邻锚固点之间加装金属臂支架，通过测量这些锚固点之间的夹角变化检测隧道的收敛变形。该方法由于加装金属臂支架影响隧道的通行面积，不适于运营中的隧道使用，且检测成本高，不适于普及使用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于视觉图像的隧道收敛变形检测方法，针对每个待检测的隧道断面，预先设置一相机系统和对应的至少三个检测靶；

所述检测靶包括安装于所述隧道断面的左侧壁位置的第一检测靶、安装于所述隧道断面的右侧壁位置的第二检测靶以及安装于所述隧道断面的拱顶位置的第三检测靶，所述第一检测靶和所述第二检测靶的安装位置位于同一水平面上；

所述相机系统被固定在隧道的侧壁上，并与所述隧道断面之间具有一预设距离；

所述隧道收敛变形检测方法具体包括：

步骤S1，所述相机系统拍摄所述隧道断面的初始断面图像，并将所述初始断面图像发送至外部系统进行处理得到所述隧道断面的标准收敛参数；

步骤S2，所述外部系统根据检测需求生成相应的检测信号，并发送至所述相机系统；

步骤S3，所述相机系统根据所述检测信号拍摄所述隧道断面的实时断面图像，并将所述实时断面图像发送至外部系统；

步骤S4，所述外部系统根据所述实时断面图像和所述标准收敛参数进行处理得到实时的收敛检测结果。

优选的，所述步骤S4中，所述收敛检测结果中包括第一收敛变形参数；

则所述步骤S4中，根据所述实时断面图像中的所述第一检测靶和所述第二检测靶在所述相机系统的图像坐标系中的坐标数据，并按照如下公式，计算得到所述第一收敛变形参数：

其中：