[发明专利]一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法在审

专利信息
申请号: 202310219342.1 申请日: 2023-03-09
公开(公告)号: CN116385367A 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 李雪来;冯凯伦;刘昌永;闫豪峰;唐一栋 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: G06T7/00 分类号: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/33;G06T7/73
代理公司: 黑龙江立超同创知识产权代理有限责任公司 23217 代理人: 杨立超
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 双目 相机 计算机 视觉 地铁 基坑 监测 方法
【权利要求书】:

1.一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、将若干台双目相机沿地铁基坑开挖方向布设,通过若干台双目相机在不同位置进行成像,得到相应的二维图像和三维点云;

步骤二、通过点云配准方法,将步骤一得到的点云进行合并,并去除重复点,得到合并点云,通过前期训练的语义分割模型对二维图像进行语义分割,识别其中的土体、钢支撑和挖掘机,并映射至合并点云,从而分割出土体、钢支撑和挖掘机点云;

步骤三、将步骤二中通过语义分割获得的土体和钢支撑点云进行点云清洗,去除杂点飞点,土体完成清洗后再根据之前的点云合并坐标转换四元数组转换坐标并合并为完整土体;钢支撑点云则先合并再清洗,得到完整土体点云与完整钢支撑点云;

步骤四、通过相机IMU参数利用欧拉坐标转换,将地平面转换至相机坐标系下的平面方程;计算完整土体点云各个点到地平面垂直距离,并从低到高排列;利用多段线拟合方法,对趋势进行拟合,根据多段线交点对应的点云点的编号,对点云进行初步划分,可粗略获取点云各个点所属的平面或坡面;

步骤五、对划分的各个点的集群进行三维空间平面拟合,获取相机坐标系下的平面方程,通过使用平面拟合可以拟合当前点云所属平面的方程;

步骤六、求拟合所得平面的交线,向地平面进行投影,得到垂直于地平面的分割平面,根据点云在分割平面的前后位置,对土体点云进行精准分割,包括多个平面和坡面,根据分割结果与设计标高进行对比,判断平面是否存在超挖高度的现象,判断坡面是否存在坡度过陡的现象,若存在上述现象则开始预警,要求现场人员查验;

步骤七、根据挖掘机点云所在位置,确定正在挖掘的坡面和需要架设钢支撑对应的平面,根据平面与坡面的分割平面,查验钢支撑标准间隔范围内有无钢支撑点云,如有,则标注表示已及时架设,如无则表示未及时架设,存在超挖可能,需要现场人员查验;

步骤八、采用动作检测方法,通过检测挖掘机是否正在进行挖土作业,如正在进行,正在开挖形成的平面高度处于临界状态,钢支撑位置处于临界状态,则提醒工作人员加强监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:步骤一中,双目相机的数量为一个时,可以将双目相机布设在可行走的龙门吊上;当双目相机的数量为大于一个时,可将多个双目相机布设在基坑内第一层钢支撑的水平面上方。

3.根据权利要求2所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:布设间隔以两台相机视场重叠1/3以上。

4.根据权利要求3所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:步骤一中,图像采集时可将基坑分为左、中、右三个部分,对左、中、右三个部分进行成像。

5.根据权利要求4所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:在点云分割过程中,将双目相机获取的左、中、右三部分采集到的二维图像和三维点云进行坐标转换矩阵和重合点消除,获得土体点云、钢支撑点云和挖掘机点云。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:所述土体部分在进行坐标转换矩阵和重合点消除前进行统计式移除离群点。

7.根据权利要求5所述的一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法,其特征在于:在进行风险判断主要分为三个方面,在判断基坑挖掘面是否超挖时,计算拟合平面与场地平面的平面角,区分工作面和挖掘面并判断平面角是否超过设计值,在土体点云上标注过陡的挖掘面;在判断是否存在钢支撑架设不及时而挖掘工作仍在进行的情况时,所述土体点云各个平面和坡面对应的分割平面及各点高度计算超出设计标高概率,得到工作面是否超出设计标高,对挖掘机工作状态的检测计算钢支撑到分割平面的距离,在点云合并上标注出范围内的钢支撑和范围外的钢支撑,对范围外的钢支撑进行风险预警;在监测基坑边缘区域荷载状态时,对基坑边缘区域目标检测,结合挖掘机的数量、重量和挖掘面是否超挖判断基坑边缘区域的荷载状态。

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