一種測量相對位移的激光圖像實時監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種大型交通基礎設施的安全監測方法，特別是一種測量相對位移的 激光圖像實時監測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國綜合國力的日益增強，交通運輸事業發展迅速，各類橋梁、涵洞及隧道等 大型基礎設施在鐵路和公路交通工程中的重要性日益突出，其安全檢測必不可少。大型交 通基礎設施的安全監測項目主要包括工程基體的沉降、傾斜、混凝土徐變對長時間撓度的 影響、地質災害及洪水對結構體的損傷及內應力造成的結構形變等。但近幾年來，大型交通 基礎設施的工程事故呈頻發趨勢，嚴重威脅著人民生命財產安全。多個鐵路隧道相繼發生 塌方事故，傷亡慘重。宄其原因，長期以來，上述項目的安全監測方法相對落后，所使用的 儀器包括水平尺、水準儀、全站儀和經煒儀等，主要采用人工定期檢測并進行數據比對的方 式。這種傳統方法精度低，干擾因素多，費時費力，也容易威脅到檢測人員的安全，所以傳 統監測手段已無法適應大型交通基礎設施安全性監測的需求。具有高度自動化、高精度、能 在無人值守的情況下長期不間斷實時監測、不干擾車輛營運和工程施工、快速報警、校準方 便、能應用在惡劣的工程環境、具有較強的抗干擾能力、可組網實現遠程數據的遠程通訊等 特點，適用于大型交通基礎設施安全性的實時監控預警系統的研制任務迫在眉睫。
【發明內容】
[0003] 本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種測量相對位移的激光圖像 實時監測方法，該方法能夠適用大型交通基礎設施的安全監測，并具有高度自動化、高精 度、能在無人值守的情況下長期遠距離不間斷實時監測、不干擾車輛營運和工程施工、快速 報警、校準方便、有較強的抗干擾能力、可組網實現遠程數據的遠程通訊等特點。
[0004] 本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種測量相對位 移的激光圖像實時監測方法，其特征在于，將光學基準模塊安裝在被監測結構上，將激光圖 像采集模塊安裝在基準面上，所述光學基準模塊包括二維旋轉臺和固裝在其上的激光發射 器，所述二維旋轉臺采用驅動器和減速機組件驅動；所述激光圖像采集模塊包括濾光透射 屏和CCD相機，所述CCD相機的視場與所述濾光透射屏平行，所述濾光透射屏位于所述CCD 相機的焦距位置處；所述激光發射器發射的激光打在所述濾光透射屏上；所述CCD相機對 所述濾光透射屏上的激光光斑進行圖像數據采集，并將圖像數據實時傳輸給監測上位機； 所述監測上位機首先計算被監測結構的位移：
[0006] 其中：Ay是空間坐標系中被監測結構在的水平位移，AZ是空間坐標系中被監測 結構在的豎直位移；AY是圖像坐標系中光斑在水平方向的變化量；AZ是圖像坐標系中光 斑在豎直方向的變化量；所述空間坐標系以濾光透射屏法向方向為x軸，水平方向為y軸， 豎直方向為Z軸；所述圖像坐標系以水平方向為Y軸，豎直方向為Z軸；a和b是空間坐標 系和圖像坐標系的轉換系數；然后，所述監測上位機判斷被監測結構的位移是否超過安全 閾值，如果是，控制報警器報警，如果否，繼續接收所述CCD相機傳輸的圖像數據；所述驅動 器由所述監測上位機控制。
[0007] 在所述驅動器和減速機組件中的減速機的減速比確定的條件下，通過設置驅動器 的細分來控制所述激光發射器發出的激光光束的調整分辨率。
[0008] 所述C⑶相機與所述監測上位機采用無線通訊的方式進行數據傳輸。
[0009] 所述報警器為聲光報警器。
[0010] 本發明具有的優點和積極效果是：采用相機采集激光光斑的方式，檢測激光發射 端與屏幕接收端的相對位移，并與上位機相結合，能夠實現遠距離、自動化和24小時實時 監測。利用激光的單色性，能夠得到高信噪比的信號，提高了監測的可靠性，可以在野外氣 候條件下使用，測量范圍廣，操作簡單。尤其在大型交通基礎設施的安全監測中，具有高度 自動化、高精度、能在無人值守的情況下長期不間斷地實時監測、不干擾車輛營運和工程施 工、快速報警、校準方便、有較強的抗干擾能力、可組網實現遠程數據的遠程通訊等特點。綜 上所述，本發明采用激光圖像遠距離監測結構變形，克服了現有儀器監測操作人員主觀性 強，不便實時監控，精度較低，不能多點同時監測等缺點。在監測隧道、礦井變形時能夠及時 發現危險，發出預警，保證施工安全。
【附圖說明】
[0011] 圖1為用于本發明的硬件結構示意圖；
[0012] 圖2為本發明的激光投射原理圖；
[0013] 圖3為本發明的空間坐標系示意圖；
[0014] 圖4為本發明的圖像坐標系不意圖；
[0015] 圖5為本發明的上位機工作流程圖。
[0016] 圖中：1、激光發射器；2、二維旋轉臺；3、濾光透射屏；4、CCD相機；5、無線數據傳 輸模塊；6、監測上位機；7、激光圖像采集模塊；8、光學基準模塊；9、報警器。
【具體實施方式】
[0017] 為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細說明如下：
[0018] 請參閱圖1~圖5,一種測量相對位移的激光圖像實時監測方法，將光學基準模塊 8安裝在被監測結構上，將激光圖像采集模塊7安裝在基準面上，所述光學基準模塊8包括 二維旋轉臺2和固裝在其上的激光發射器1，所述二維旋轉臺2采用驅動器和減速機組件驅 動；所述激光圖像采集模塊7包括濾光透射屏3和CCD相機4,所述CCD相機4的視場與所 述濾光透射屏3平行，所述濾光透射屏3位于所述CCD相機4的焦距位置處；所述激光發射 器1發射的激光打在所述濾光透射屏3上；所述CCD相機1對所述濾光透射屏3上的激光 光斑進行圖像數據采集，并將圖像數據實時傳輸給監測上位機6 ;所述監測上位機6首先計 算被監測結構的位移：
[0020] 其中：Ay是空間坐標系中被監測結構在的水平位移，AZ是空間坐標系中被監測 結構在的豎直位移；AY是圖像坐標系中光斑在水平方向的變化量；AZ是圖像坐標系中光 斑在豎直方向的變化量；所述空間坐標系以濾光透射屏3法向方向為x軸，水平方向為y 軸，豎直方向為z軸；所述圖像坐標系以水平方向為Y軸，豎直方向為Z軸；a和b是空間坐 標系和圖像坐標系的轉換系數；然后，所述監測上位機6判斷被監測結構的位移是否超過 安全閾值，如果是，控制報警器9報警，如果否，繼續接收所述CCD相機4傳輸的圖像數據； 所述驅動器由所述監測上位機6控制，驅動器驅動二維旋轉臺2進行水平偏轉或上下俯仰， 進而對激光發射器1的指向進行調整，當方向調整到位后，二維旋轉臺會自動鎖死。
[0021] 在本實施例中，所述(XD相機4與所述監測上位機6通過無線數據傳輸模塊5進 行通訊，采用無線通訊