[发明专利]一种边坡稳定性三维变形辅助监测装置及方法

权利要求书

1.一种边坡稳定性三维变形监测装置，其特征在于，包括激光发射端、激光接收端以及供电系统，供电系统为激光发射端和激光接收端供电，激光发射端包括激光测距仪、控制器、准直激光发射器、GPRS模块以及第一无线通信模块，激光测距仪、GPRS模块和第一无线通信模块均与控制器双向通信连接，控制器通过GPRS模块连接云服务器，第一无线通信模块用于向激光接收端发送信号，准直激光发射器连接控制器的输出端，激光接收端包括图像采集装置、处理器、存储器以及第二无线通信模块；图像采集装置连接处理器的输入端，第二无线通信模块和存储器均与处理器通过I/O接口连接。

2.根据权利要求1所述的边坡稳定性三维变形监测装置，其特征在于，控制器采用STM32单片机控制器，处理器采用FPGA；激光测距仪、GPRS模块和第一无线通信模块均与控制器通过RS485通信线连接，FPGA与第二无线通信模块通过RS485通信线连接；激光接收端中，处理器还连接有VGA接口，存储器采用SDRAM，图像采集装置采用COMS摄像头。

3.根据权利要求1所述的边坡稳定性三维变形监测装置，其特征在于，激光接收端设置有一个透射式靶标和一个反射式靶标，透射式靶标用于接收激光位移测量仪的激光，沿着激光透射方向，图像采集装置设置在透射式靶标的后方，透射式靶标和反射式靶标设置在边坡顶部，漫射滤光平面板作为透射式靶标的靶面。

4.根据权利要求1所述的边坡稳定性三维变形监测装置，其特征在于，供电系统包括光伏组件和蓄电池，光伏组件的电能输出端连接有变压器，变压器的输出端连接蓄电池、激光发射端以及激光接收端的电能输入端，蓄电池的电能输出端激光发射端以及激光接收端的电能输入端。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述装置的边坡稳定性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

激光发射端为主控端，控制器通过GPRS模块连接云服务器，建立连接后，定时打开准直激光发射器，通过第一无线通信模块向激光接收端发送通信指令；

图像采集装置实时获取图像，激光接收端通过处理器获取图像采集装置所采集的图像，根据所述图像数据计算出光斑的绝对位置，接收到发射端的通信指令后将光斑的绝对位置通过第二无线模块回传；

激光发射端接收到所述光斑绝对位置数据后，通过激光测距仪获取激光接收端和激光发射端之间的距离数据，然后通过GPRS模块将所述距离数据发到云服务器，云服务器将所述距离数据保存到数据库中，并将实时数据和历史数据通过IIS服务发布到web网页；

通过设备安装之后的初始位置数据和当前的绝对位置数据计算出表征边坡稳定性三维位移量，完成对边坡稳定性的监测。

6.根据权利要求5所述的边坡稳定性监测方法，其特征在于：激光接收端在采集到图像后，同时通过VGA接口将图像数据输出，在实验室中观察图像是否与实际图像一致，达到快速调试系统的目的，检查系统是否处于正常工作状态。

7.根据权利要求4所述的边坡稳定性监测方法，其特征在于，根据所述图像数据计算出光斑的绝对位置时，具体步骤如下：

步骤1)对采集的靶标图像采用高斯金字塔模型获取ROI区域，所述ROI区域为靶标图像的光斑区域；

步骤2)在ROI区域利用灰度重心法计算光斑中心；

步骤3)进行靶标摄像机标定，通过图像标定公式将光斑坐标数据转换为靶标的坐标位置。

8.根据权利要求7所述的边坡稳定性监测方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括以下步骤：对靶标图像高斯模糊后再进行亚采样操作，尺寸缩小为原来的1/4，多次进行高斯金字塔算法，得到靶标图像的光斑区域。

9.根据权利要求7所述基于激光基准图像式高精度的边坡稳定性监测方法，其特征在于，所述步骤2)具体如下：所有激光光斑像素点的集合为Q且像素点的灰度值为f(i,j)，图像经过阈值分割算法处理后，激光光斑像素点的灰度值为255，背景像素点的灰度值为0，则光斑中心坐标(x₀,y₀)计算公式如下式所示：

其中(i，j)为靶标图像中激光光斑像素点坐标。