[发明专利]一种基于图像识别的岩土体内空间位移监测装置和系统

说明书

本发明涉及一种基于图像识别的岩土体内空间位移监测装置和系统，装置包括盒体(立方体结构，上底板、前侧板和右侧板的内表面上设有网格标记)以及位于盒体内的球形轴承(外圈与盒体固定连接，内圈为球体且设有圆柱形通孔，圆柱形通孔的中心轴过内圈的中心，且垂直于水平面)、三个照相机(镜头分别面向上底板、前侧板和右侧板，且中轴线与其面对的板相互垂直；位于圆柱形通孔的上方，且与球形轴承的内圈固定连接；各与一根电源线和一根传输线连接)和平衡秤砣(位于圆柱形通孔的下方，且与球形轴承的内圈固定连接)；系统包括两个以上装置，以装置中的盒体为节点进行铺设形成的三维空间网格。本发明的装置和系统可有效监测岩土体内空间位移。

技术领域

本发明属于土木工程中岩土体位移监测与感知技术领域，涉及一种基于图像识别的岩土体内空间位移监测装置和系统，特别涉及一种监测和感知在外部荷载或环境作用下土体内整体位移及其变化趋势的装置。

背景技术

近年以来，国家经济快速发展，对西部地区的经济发展非常重视，对西部地区的交通基础设施建设的投资也越来越多。西部地区山区较多，起伏较大，修建高速公路、桥梁、隧道等难度较大，成本较高。山区时常发生一些自然灾害，边坡在雨水冲刷下发生滑移，或发生地震对一些边坡造成冲击影响，造成边坡失稳滑移，造成较大的自然灾害。当前国内并没有展开过多对边坡灾害的预警工作，很多复杂地质实际上会经常遇到泥石流、滑坡、崩塌一类的灾害问题，给过往车辆造成损伤，给人们群众生命财产安全造成巨大的威胁，及时准确地掌握边坡稳定情况，提前发出灾害预警是保障边坡安全，最大限度地减少边坡滑塌造成的财产损失和人员伤亡的有效措施，就是对边坡变形进行监测。当然不仅仅是边坡这一类问题需要监测，现实生活中有许多问题都需要监测装置，比如隧道内部土体的变形，公路地基土体的变形，以及基坑的变形等，对于这些在土体或者岩石内部的土体变形，现在国内还没有较为成熟的技术，来解决这一问题。众所周知，各类岩土及地下工程灾害的发生，首先是从土体内部变形开始，这些土体内部的初始破坏状态仅凭外部位移监测装置很难即时发现，这使得边坡、滑坡等工程地质灾害的预警监测及预报滞后，从而导致更大的人员及财产损失。如能更早的从岩土体内部获得土体的位移及其变化趋势，将会争取到更多的时间，对地质灾害的发生进行提前的预判，以避免或减少地质灾害造成的人民生命及财产损失。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足，提供一种基于图像识别的岩土体内空间位移监测装置和系统。本发明将三个照相机安装在盒体内，通过照相机拍摄记录并传输盒体内部盒体转动的真实画面，即土体内部受外荷载发生的变化，利用图像监测快速有效地计算土体内部一点的位移及其变化趋势，通过土体内部空间布置多个测点，再基于多测点的位移监测数据的综合计算与分析，以预测岩土体内部不同区域的位移状态及相对运动趋势，提前对岩土体可能发生地质灾害的区域和规模进行预判，从而达到预防地质灾害的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于图像识别的岩土体内空间位移监测装置，包括盒体以及位于盒体内的球形轴承、三个照相机和平衡秤砣；盒体本身需要具有很高的强度及密封性，以有效地保护装置内部设备，保证该装置适应各种极其恶劣的环境条件；

盒体为立方体结构(其它形状会使实验数据收集及计算更复杂，在不考虑复杂程度的前提下也可将盒体设计为其它形状)，由上底板、下底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板组成，上底板、前侧板和右侧板的内表面上设有网格标记；

球形轴承的外圈与盒体固定连接，内圈为球体且设有圆柱形通孔，圆柱形通孔的中心轴过内圈的中心，且垂直于水平面；

三个照相机的镜头分别面向上底板、前侧板和右侧板；各个照相机的镜头的中轴线与该照相机面对的板相互垂直(满足该条件才可以容易确定初始三维坐标中心，依此为参照，更容易对记录数据进行分析，实验过程中可能会产生微小误差，可忽略不计)；