一种隧道地表面沉降的监测系统技术方案

本发明专利技术专利涉及到智能测试技术领域的一种隧道地表面沉降的监测系统，它主要由无人机子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统组成，在隧道地表面设置监测基点，采用三点式设置方法设置其余监测点，无人机下方安装有双目摄像头和激光测距器悬停在监测基点正上方，利用双目摄像头将采集到的隧道地表面图像，通过无线传输装置发送到数据处理计算机，计算机根据SIFT算法将得到的地表面图像进行建模，将前后三维信息进行对比，得到隧道地表面沉降信息，并对沉降量进行监测及预警。本发明专利技术可以通过布设较少的监测点，获得更加精准、全面、有效的监测到沉降量，并且全天候的对沉降量进行实时监测。

A monitoring system of tunnel ground surface settlement

The patent of the invention relates to a monitoring system of tunnel ground surface settlement in the field of intelligent testing technology, which is mainly composed of unmanned aerial vehicle subsystem, data acquisition subsystem, data transmission subsystem and data processing subsystem. The monitoring base point is set on the tunnel ground surface, and the rest of the monitoring points are set by three-point setting method. Under the UAV, a binocular camera and laser measurement are installed The distance device hovers over the monitoring base point, uses the binocular camera to send the collected tunnel ground surface image to the data processing computer through the wireless transmission device. The computer models the ground surface image according to the SIFT algorithm, compares the front and back three-dimensional information, obtains the tunnel ground surface settlement information, and monitors and warns the settlement amount. The invention can achieve more accurate, comprehensive and effective monitoring of the settlement amount by arranging fewer monitoring points, and conduct real-time monitoring of the settlement amount in all-weather.

【技术实现步骤摘要】
一种隧道地表面沉降的监测系统
本专利技术涉及智能测试
，特别涉及到一种隧道地表面沉降的监测系统。
技术介绍
随着我国经济快速的发展，城市化的步伐也逐渐加快，地铁线路的修建也不断增加。新旧线路的交叉使得现有的铁路情况变得复杂，不可避免的对隧道的修建增加了更多的风险性，因此在隧道施工中，如何更有效的监测到沉降信息变得尤为重要。现有的沉降监测手段，主要是采用人工监测，利用全站仪等工程仪器对监测点和基点之间的沉降差值进行测量，从而获得每个监测点的沉降量，但是在实际操作的过程中，由于人工、天气、地形等原因，并不能对地表面和低洼地表面进行全天候的监测，而往往很多事故都是突然性的，这就造成了无法及时对事故进行提前预警。由于传统监测手段是采用人工进行监测，监测时间多集中于上班时间，监测人员需要长时间呆在仪器旁边，浪费了大量人力物力。进一步的考虑到夜间上班情况较少，以及光源照射不足，会导致沉降量监测数值不够准确。总而言之，传统监测手段不仅浪费了大量人力物力，还在事故预警方面存在很多不足。本专利技术通过搭载在无人机上的双目摄像头，利用图像处理技术，建立起监测地表面的三维信息，对隧道地表面沉降进行实时监测，连接的警报器可以对沉降异常进行预警。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有监测手段不够精确以及无法实时监控和预警的弊端，提供了一种隧道地表面沉降的监测系统，可以全天候监测地表沉降，解决了现有监测手段的问题，节约了人力物力，更大程度的在事故发生前，对事故进行预警。本专利技术是这样实现的，一种隧道地表面沉降的监测系统，主要由无人机子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统组成，所述无人机子系统，由无人机、固定装置、激光测距器、组成，其特征在于，所述无人机下方连接有固定装置，所述固定装置连接有激光测距器，在隧道地表面设置监测基点，采用三点法设置其余监测点，其特征在于在隧道地表面沉降场地边缘选取监测点x1，根据两个摄像头拍摄范围圆相交的长度设置监测点x2，摄像头静止拍摄范围与场地边缘的交点距离设置监测点x3，依据此方法设置多个监测点，所述无人机垂直悬停于所述监测基点正上方；所述数据采集子系统，由双目摄像头、全景激光投射光源组成，其特征在于所述双目摄像头通过所述固定装置固定在无人机下方，双目摄像头用于采集地表面的图像，所述监测点上面安装有全景激光投射光源；所述数据传输子系统，由无线传输发射端，无线传输接收端组成，其特征在于所述无线传输发射端安装在所述双目摄像头尾部，所述无线传输接收端与计算机连接，无线传输发射端通过无线传输将双目摄像头采集到的隧道地表面的图像发送到所述无线传输接收端；所述数据处理子系统，由计算机、警报器组成，其特征在于计算机连接有无线传输接收端和警报器，所述计算机将采集到的地表面图像进行数据处理，构建出监测地表面的三维模型，所述三维模型用于反映监测基点与监测点之间地表面沉降信息。进一步的，根据所测工程项目的工程概况，选取监测基点位置；根据所选取监测基点位置采用三点法确定其余监测点，在隧道地表面沉降场地边缘选取监测点x1，根据两个摄像头拍摄范围圆相交的长度设置监测点x2，摄像头静止拍摄范围与场地边缘的交点距离设置监测点x3，依据此方法设置多个监测点；在所述监测点上安装有全景激光投射光源，全景激光投射光源用于夜间或可见性较差时双目摄像头拍摄的反射光源。进一步的，所述监测基点用于悬停无人机，通过安装在无人机下方的激光测距器可以得到无人机相对于基点高度；所述无人机下方搭载有双目摄像头，双目摄像头用于采集监测地表面图像；所述双目摄像头用张氏平面标定法，获得摄像机基础矩阵；利用SIFT算法匹配出两台摄像机拍摄的图片中的同一个特征点，将数据传输到数据处理子系统；所述数据处理子系统对图像数据进行建模前处理，将所得到的处理数据进行三维建模；通过所得到的三维模型，监测处所述监测点的沉降变化量，当沉降量到达事先设定的限值，警报器会发出警报声。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术是一种隧道地表面沉降的监测系统，通过双目摄像头拍摄到的地表面的图像，用计算机建立起地表面的三维模型，可以更直观的监测到多个监测点的沉降信息，利用无人机和双目摄像头，可以对地表沉降进行全天候实时的监测，克服了人工监测的主观误差；在使用时，由于夜晚光源不足，在监测点安装全景激光投射光源，提高了夜间监测的能力；当沉降值大于限值时，连接在计算机的警报器会发出警报，提高了事故的预防能力，减少了事故的产生。附图说明图1是本专利技术隧道地表面的沉降监测系统监测示意图。图2是隧道地表面的沉降监测系统监测流程图。图3是隧道地表面的沉降监测系统三点法示意图。图中：1.无人机子系统，2.数据采集子系统，3.数据传输子系统，4.数据处理子系统，5.无人机，6.监测基点，7.监测点，8.全景激光投射光源，9.双目摄像头，10.固定装置，11.激光测距器，12.无线传输设备发射端，13.无线传输设备接收端，14.数据处理计算机，15警报器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术主要由无人机子系统[1]、数据采集子系统[2]、数据传输子系统[3]、数据处理子系统[4]组成，无人机子系统[1]，在隧道地表面设置监测基点[6]和监测点[7]，在监测点上方用螺栓安装全景激光投射光源[8]，将采集数据用的双目摄像头[9]通过固定装置[10]安装在无人机[5]下方，激光测距器[11]安装在无人机下方，监测时将无人机悬停在距离监测基高度为H0处。具体的，在隧道地表面采用三点法设置多个监测点，将监测点进行编号，将全景激光投射光源固定在监测基点，保证监测基点之间没有光源照射不到的地方，全景激光投射光源连接在一起，利用光感控制器控制夜晚自动开启，双目摄像头固定装置，可以远程控制双目摄像头上下转动。数据采集子系统[2]包括，搭载在无人机[5]下的双目摄像头[9]，双目摄像头[9]工作前，通过张氏平面标定法，获得其内部参数、基础矩阵，双目摄像头[9]工作时，通过安装在双目摄像头[9]上的无线传输设备的发射端[12],将拍摄到的地表面图像传输到处理子系统[4],数据传输子系统[3]由安装在双目摄像头[9]上的发送端[12]和安装在处理终端[14]的无线设备接收端[13]组成，其特征在于通过无线电信号传输将双目摄像头采集的数据传输到数据处理子系统[4]，所述数据处理子系统[4]，由数据处理计算机[14]和警报器[15]组成，数据处理计算机[14]通过接收端，接收到双目摄像头[9]采集到的地表面图像数据，计算机将接收到的图像数据进行预降噪处理。进一步的，利用SIFT算法将采集到的图像，匹配出两台摄像机拍摄的图片中的同一个特征点，用三维建模建立出隧道地表面的三维立体图像。具体的，尺度不变特征变换(Scale-invariantfeaturetransform，SIFT)，是用于图像处理领域的一种描述。这种描述具有尺度不变性，可在图像中检测出关键点，是一种局部特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道地表面沉降的监测系统，所述监测系统主要由无人机子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统组成；所述无人机子系统，由无人机、固定装置、激光测距器、组成，其特征在于，所述无人机下方连接有固定装置，所述固定装置连接有激光测距器，在隧道地表面设置监测基点和监测点，所述无人机垂直悬停于所述监测基点正上方；所述数据采集子系统，由双目摄像头、全景激光投射光源组成，其特征在于所述双目摄像头通过所述固定装置固定在无人机下方，双目摄像头用于采集地表面的图像，所述监测点上面安装有全景激光投射光源；所述数据传输子系统，由无线传输发射端，无线传输接收端组成，其特征在于所述无线传输发射端安装在所述双目摄像头尾部，所述无线传输接收端与计算机连接，无线传输发射端通过无线传输将双目摄像头采集到的隧道地表面的图像发送到所述无线传输接收端；所述数据处理子系统，由计算机、警报器组成，其特征在于计算机连接有无线传输接收端和警报器，所述计算机将采集到的地表面图像进行数据处理，构建出监测地表面的三维模型，所述三维模型用于反映监测基点与监测点之间地表面沉降信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道地表面沉降的监测系统，所述监测系统主要由无人机子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统组成；所述无人机子系统，由无人机、固定装置、激光测距器、组成，其特征在于，所述无人机下方连接有固定装置，所述固定装置连接有激光测距器，在隧道地表面设置监测基点和监测点，所述无人机垂直悬停于所述监测基点正上方；所述数据采集子系统，由双目摄像头、全景激光投射光源组成，其特征在于所述双目摄像头通过所述固定装置固定在无人机下方，双目摄像头用于采集地表面的图像，所述监测点上面安装有全景激光投射光源；所述数据传输子系统，由无线传输发射端，无线传输接收端组成，其特征在于所述无线传输发射端安装在所述双目摄像头尾部，所述无线传输接收端与计算机连接，无线传输发射端通过无线传输将双目摄像头采集到的隧道地表面的图像发送到所述无线传输接收端；所述数据处理子系统，由计算机、警报器组成，其特征在于计算机连接有无线传输接收端和警报器，所述计算机将采集到的地表面图像进行数据处理，构建出监测地表面的三维模型，所述三维模型用于反映监测基点与...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡启军，周振翔，何乐平，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51