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CN112082495A - 一种综合管廊的形变监测系统及方法 - Google Patents

一种综合管廊的形变监测系统及方法 Download PDF

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CN112082495A
CN112082495A CN202010885960.6A CN202010885960A CN112082495A CN 112082495 A CN112082495 A CN 112082495A CN 202010885960 A CN202010885960 A CN 202010885960A CN 112082495 A CN112082495 A CN 112082495A
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China
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deformation
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pipe gallery
spot
target
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CN202010885960.6A
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化彬
王长欣
刘韶鹏
吴连奎
康天
朱宛萤
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Suzhou Yunlu Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Yunlu Technology Co ltd
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Abstract

本申请实施例提供了一种综合管廊的形变监测系统，包括：X个形变监测仪；第k+1个形变监测仪包括用于发射水平激光光束的激光器、用于接收所述第k个形变监测仪发出激光光斑的靶面和图像采集仪，所述图像采集仪用于采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；图像处理系统，所述图像处理系统用于对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk，所述图像处理系统还用于根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure DDA0002655583630000011

Description

一种综合管廊的形变监测系统及方法
技术领域
本申请涉及工程监测技术领域，特别是涉及一种综合管廊的形变监测系统。
背景技术
近年来，随着我国智慧城市建设的飞速发展，我国城市地下的开发利用已经达到了空前的规模。
我国对于地下管廊的建设关注颇高，地下综合管廊系统不仅解决城市交通拥堵问题，还极大方便了电力、通信、燃气、供排水等市政设施的维护和检修。由于管廊结构形式的多种多样及地下管廊的所处位置不同，长期累月会造成管廊的结构形变，宏观表现为不均匀沉降、塌陷、折中断裂等，严重影响正常使用，存在极大的安全隐患。同时，地下管廊属隐蔽工程，传统的巡检方式难以对管廊完成全面、准确、实时的数据分析和运行状态监测；因此，地下综合管廊安全监测系统的建设已成为地下综合管廊建设的重中之重。
为了实现对城市地下管廊的可视可控，需要利用数字化测量手段对其数据进行监测分析，以期对管廊结构形变进行监测管控，防患于未然，但目前的测量方法精度不够，不能够实时监测，也无法监测整个管廊的全面状况。
因此，亟需一种管理形变的监测方法和系统，能够对综合管廊进行更精确、实时地监测。
发明内容
本申请实施例中提供了一种综合管廊的形变监测系统及方法，能够提高管理的形变监测精度和实时性。
第一方面，本申请实施例提供了一种综合管廊的形变监测系统，其特征在于，包括：X个形变监测仪，其中，所述X个形变监测仪中第k+1个形变监测仪为所述X个形变监测仪中第k个监测仪相邻的下一个形变监测仪；所述第k+1个形变监测仪包括用于发射水平激光光束的激光器、用于接收所述第k个形变监测仪发出激光光斑的靶面和图像采集仪，所述图像采集仪用于采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；所述X个形变检测仪的靶面均处于同一水平位置，所述X个形变监测仪中相邻两个靶面的间距M相同；图像处理系统，所述图像处理系统用于对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk，所述图像处理系统还用于根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure BDA0002655583610000021
其中，k，X均为正整数，k≤X。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第k+1个形变监测仪还包括可调节支架，所述可调节支架用于将所述第k+1个形变监测仪的激光光束中心和所述第k+1个形变监测靶面中心调节重合。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第k+1个形变监测仪用于在每个周期T对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得所述第k个光斑形变量，所述图像处理系统还用于在每个周期T根据所述第k个光斑型变量确定所述第k个形变监测仪和所述第k+1个间管廊的形变量ΔSk，以及第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述图像处理系统还包括可视化显示设备，所述可视化显示设备用于显示所述综合管理的形变情况。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述图像处理系统用于根据光斑中心定位算法确定所述第k个光斑形变量表征的管廊形变量ΔSk。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述M在10至100米之间，所述周期T≤30秒，所述图像采集仪包括定焦镜头，图像处理器和相机。
第二方面，提供一种综合管廊的形变监测方法，包括：确定X个形变监测靶面，其中，所述X个形变监测靶面中第k+1个形变监测靶面为所述X个形变监测靶面中第k个监测靶面相邻的下一个形变监测靶面，所述X个形变检测靶面均处于同一水平位置，所述X个形变监测靶面中相邻两个靶面的间距M相同；所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集发出水平激光光束，所述激光光束中心与所述第k+1个靶面的中心重合；图像处理系统对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk；所述图像处理系统根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure BDA0002655583610000041
其中，k，X均为正整数，k≤X。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，使用所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集调整所述激光光束中心和所述第k+1个靶面中心调节重合。
结合第二方面及其上述实现方式中，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述第k+1个靶面相应的形变监测仪在每个周期T对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得所述第k个光斑形变量，所述图像处理系统在每个周期T根据所述第k个光斑型变量确定所述第k个形变监测仪和所述第k+1个间管廊的形变量ΔSk，以及第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述图像处理系统的可视化显示设备显示所述综合管理的形变情况。
结合第二方面及其上述实现方式中，在第二方面的第三种可能的实现方式中，，所述图像处理系统根据光斑中心定位算法确定所述第k个光斑形变量表征的管廊形变量ΔSk。
结合第二方面及其上述实现方式中，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述M在10至100米之间，所述周期T≤30秒，所述图像采集仪包括定焦镜头，图像处理器和相机。
基于上述实现方式，本申请实施例能够实现的有益效果如下：
能够确定监测点相对于基准点的位移情况，从而对应得出管廊的位移形变情况，作出相应处理，根据该监测系统安放的位置，不仅能够监测管廊边侧形变，还可以监测拱顶的形变。
利用激光的准直特性以及摄像接力法连续测量、数值传递法进行首尾光学相连，最终可得到各个监测点的形变量，即在视觉上可以得到管廊的整体位移形变情况，提高监测的精度，能够实现实时的，全面的监测。这种检测系统适用于对城市地下综合管廊形变进行实时监测，可具体到监测管廊的水平位移、垂直位移以及整体形变等，起到监控预警的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一个实施例的系统的示意性框图。
图2示出了本申请另一个实施例的系统的示意图。
图3示出了本申请一个方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请实施例提出一种基于激光的摄像机接力测量形变的方法和形变监测系统，这是一种新型的、非接触式的即刻式形变测量方法。激光管廊形变监测系统总体结构图如图1所示，有两大部分子系统组成：包括第一部分硬件部分和第二部分软件系统，管理运维中心能够通过该形变监测系统实施对管理的状况进行实时、准确的监测。
第一部分为硬件组成，包括X个形变监测仪，具体地，根据实际管廊的结构及实际情况设置X个基准点，并要求每个基准点均在同一水平线上；第一个形变监测仪(图1点A处)固定在管廊的第一个基准点，第一个形变监测仪作为第一个发射端将会发出水平的激光光束，第二个形变监测仪固定在管廊下一个监测点(图2点B处)，同时第二个形变监测仪也会发出水平的激光光束，作为第二个发射端，该激光光束的中心与第二个形变监测仪的靶面中心重合，第二个形变监测仪的靶面还用于接收第一个形变检测仪发出的激光光斑，由第二个形变监测仪发出的激光将在第三个形变检测仪的靶面(图2点C处)接受，以此类推；两个形变监测仪之间相互间隔约为10～100m，本申请不做限定,每个形变监测仪中的图像采集设备安装在该形变监测仪靶面的正后方，用于采集该靶面上的光斑图像信息，并将采集到的高清图像通过嵌入式系统转换成数据信息。
图2示出了本申请另一个实施例的系统的示意图，其中该形变监测仪包括激光器，用于发射激光平行光束；还包括靶面，用于接受上一级的激光点光源的成像平面，本申请不做限定；还包括图像采集仪：主要由高分辨率相机、定焦镜头及图像处理器组成，用于采集实际在靶面上的光斑图像；该形变监测仪还包括可调节支架，用于微调激光器、特征点靶面的位置，使得安装后激光点位于靶面中心。
上述形变监测系统的软件部分嵌入式系统，也就是上述提供的图像处理系统，能够提供图像处理能力，实属软件系统范畴。
具体工作原理具体如下：根据实际管廊的结构及实际情况设置X个基准点，每个基准点上均设置一个形变监测仪，该X个基准点在同一水平线，两个相邻基准点的距离相同。现以最小单元为例：在图1点A处由第一个形变监测仪的激光器发出激光，在图2点B处第二个形变监测仪的靶面以圆形光斑形式接受；无论是在A点还是B点的管廊发生形变，即使是弱微形变，在接收端的图像也会产生位移变化；图像处理系统通过采集前后变化的光斑图像，由光斑中心定位算法计算得出监测点相对于基准点的形变量ΔS1；并将B监测点形变数值传递到下一级形变监测仪(图1点C处)，再次进行数据采集、监测对比、计算分析，得到监测点C相对于基准点A的形变量，以此类推，最终在接收端X处得到相对于基准点A处的形变数值，则可同时实现地下管廊的局部ΔSk与整体形变
Figure BDA0002655583610000071
情况的实时监测，也可以称为管廊形变的传递视觉监测，其中，k，X均为正整数，k≤X。
光斑中心定位算法采用灰度质心法，假定监测得到的图片像素为m*n，
每个像素点的灰度值为G(x0,y0)，则有：
Figure BDA0002655583610000072
Figure BDA0002655583610000073
上述形变监测系统的方法流程如下：
步骤310，确定X个形变监测靶面，其中，所述X个形变监测靶面中第k+1个形变监测靶面为所述X个形变监测靶面中第k个监测靶面相邻的下一个形变监测靶面，所述X个形变检测靶面均处于同一水平位置，所述X个形变监测靶面中相邻两个靶面的间距M相同；
步骤320，所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；
步骤330，所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集发出水平激光光束，所述激光光束中心与所述第k+1个靶面的中心重合；
步骤340，图像处理系统对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk；
步骤350，所述图像处理系统根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure BDA0002655583610000081
其中，k，X均为正整数，k≤X。
可选地，作为本申请一个实施例,使用所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集调整所述激光光束中心和所述第k+1个靶面中心调节重合。
可选地，作为本申请一个实施例，所述第k+1个靶面相应的形变监测仪在每个周期T对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得所述第k个光斑形变量，所述图像处理系统在每个周期T根据所述第k个光斑型变量确定所述第k个形变监测仪和所述第k+1个间管廊的形变量ΔSk，以及第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述图像处理系统的可视化显示设备显示所述综合管理的形变情况。
可选地，作为本申请一个实施例，所述图像处理系统根据光斑中心定位算法确定所述第k个光斑形变量表征的管廊形变量ΔSk。
可选地，作为本申请一个实施例，所述M在10至100米之间，所述周期T≤30秒，所述图像采集仪包括定焦镜头，图像处理器和相机。
对于第二部分软件系统来说，包括1)图像式形变检测仪中的嵌入式系统运行软件，可对激光光斑进行快速精准定位，输出光斑位置数据信息；2)运行在上位机的软件，将具体监测数据如：管廊的基本信息、管廊实时数据、管廊历史数据、管廊形变程度等，在本地进行可视化显示，可以将数字信息转化为图像、颜色、动画信息等，以便于用户直观感受到管廊的基本信息及位移变化等。具体流程图如图3所示。
图3示出了本申请一个方法的示意性流程图，如图3所示，在每个基准点的形变监测仪都会发出激光光束，同时也会收集位于靶面的光斑，图像处理系统会将光斑图像信息转换为数据信息，并将每个靶面上的光斑和该靶面基准光斑进行比较，将管廊的形变量进行可视化显示，最终输出结果，供运维中心的人进行监测预警。
形变量激光管廊实时形变测量系统的主要功能是实现基于激光的管廊表面形变相机链视觉传递测量功能。管廊边侧形变、拱顶形变是一个长期、缓慢的过程，需要长期连续观测。因此依据监测现场条件与需求设置每隔30秒采集一次数据，则可满足对管廊实时形变分析的需求。
除却对管廊进行局部、整体形变的监测以外，可以对几个危险点/风险点进行着重关注，一旦有形变风险发生，可立即安排工作人员进行排查和检修，将危险点的可能产生形变的风险降到最低，降低因发生故障而产生的经济损失。同时，需要定期检查该监测点的形变量，且需要监测点的点光源时刻对准接收靶心，因此也需要定期进行监测点的基本设施进行排查，以便减少误差，提高数据的准确性和真实性；最终通过软件系统中的上位机将所有数据传递至管廊监管中心，完成对管廊整体的、可视化的、实时监控，最终得到管廊局部及整体的形变数据，并进一步起防控预警的作用。
因此，本专利采用激光的摄像机接力测量形变的方法，通过图像检测技术来确定监测点相对于基准点
的位移情况，对应得出管廊的局部、整体位移形变情况，作出相应处理；同时，可以对危险点进行着重关注，起到监控预警的作用。
采用此种监测手段可以对城市地下综合管廊形变进行实时监测，可监测管廊的水平位移、形变、垂直位移等；一旦发生形变风险，可以及时排查，迅速抢修，将风险值降到最地，迅速控制险情，将经济损失降到最小。具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种综合管廊的形变监测系统，其特征在于，包括：
X个形变监测仪，其中，所述X个形变监测仪中第k+1个形变监测仪为所述X个形变监测仪中第k个监测仪相邻的下一个形变监测仪；
所述第k+1个形变监测仪包括用于发射水平激光光束的激光器、用于接收所述第k个形变监测仪发出激光光斑的靶面和图像采集仪，所述图像采集仪用于采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；
所述X个形变检测仪的靶面均处于同一水平位置，所述X个形变监测仪中相邻两个靶面的间距M相同；
图像处理系统，所述图像处理系统用于对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk，所述图像处理系统还用于根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure FDA0002655583600000011
其中，k，X均为正整数，k≤X。
2.根据权利要求1所述的形变监测系统，其特征在于，所述第k+1个形变监测仪还包括可调节支架，所述可调节支架用于将所述第k+1个形变监测仪的激光光束中心和所述第k+1个形变监测靶面中心调节重合。
3.根据权利要求2所述的形变监测系统，其特征在于，所述第k+1个形变监测仪用于在每个周期T对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得所述第k个光斑形变量，所述图像处理系统还用于在每个周期T根据所述第k个光斑型变量确定所述第k个形变监测仪和所述第k+1个间管廊的形变量ΔSk，以及第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述图像处理系统还包括可视化显示设备，所述可视化显示设备用于显示所述综合管理的形变情况。
4.根据权利要求3所述的形变监测系统，其特征在于，所述图像处理系统用于根据光斑中心定位算法确定所述第k个光斑形变量表征的管廊形变量ΔSk。
5.根据权利要求4所述的形变监测系统，所述M在10至100米之间，所述周期T≤30秒，所述图像采集仪包括定焦镜头，图像处理器和相机。
6.一种综合管廊的形变监测方法，其特征在于，包括：
确定X个形变监测靶面，其中，所述X个形变监测靶面中第k+1个形变监测靶面为所述X个形变监测靶面中第k个监测靶面相邻的下一个形变监测靶面，所述X个形变检测靶面均处于同一水平位置，所述X个形变监测靶面中相邻两个靶面的间距M相同；
所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集所述第k+1个靶面上收集的光斑信息；
所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集发出水平激光光束，所述激光光束中心与所述第k+1个靶面的中心重合；
图像处理系统对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得第k个光斑形变量，所述第k个光斑形变量用于评估所述第k+1个靶面所处的管廊与所述第k个靶面所处的管廊之间的形变量ΔSk；
所述图像处理系统根据所述ΔSk获得所述第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述
Figure FDA0002655583600000031
其中，k，X均为正整数，k≤X。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述第k+1个靶面相应的形变监测仪采集调整所述激光光束中心和所述第k+1个靶面中心调节重合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第k+1个靶面相应的形变监测仪在每个周期T对所述k+1个靶面收集的激光光斑与所述第k+1个靶面的基准光斑比较，获得所述第k个光斑形变量，所述图像处理系统在每个周期T根据所述第k个光斑型变量确定所述第k个形变监测仪和所述第k+1个间管廊的形变量ΔSk，以及第1个靶面所处的管廊与所述第X个靶面所处的管廊之间的形变量ΔS，所述图像处理系统的可视化显示设备显示所述综合管理的形变情况。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述图像处理系统根据光斑中心定位算法确定所述第k个光斑形变量表征的管廊形变量ΔSk。
10.根据权利要求9所述的形变监测系统，所述M在10至100米之间，所述周期T≤30秒，所述图像采集仪包括定焦镜头，图像处理器和相机。
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