一种全自动冲刷深度实时监控系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种全自动冲刷深度实时监控系统及方法，系统包括平台，平台架设在支架上，在平台靠近侧边的位置安装自动升降控制系统，自动升降控制系统的底端安装相机，调整自动升降控制系统的高度实现相机相对床面的位置改变；平台上还布设相互连通的外部处理系统以及远程显示系统，外部处理系统与相机连通，实时获取相机监测信息，远程显示系统实时显示外部处理系统处理后的监测信息；本发明专利技术可以实现对冲刷坑深度的实时监测，具有应用范围广泛、非接触、不破坏局部冲刷地形、简单方便、易操作、易推广等特点。易推广等特点。易推广等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动冲刷深度实时监控系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种全自动冲刷深度实时监控系统及方法，属于冲刷坑深度测量


技术介绍

[0002]桩基在水利和海洋工程中广泛应用，但由于其结构与水流的相互作用，水流在桩前会产生下潜流并在桩周形成马蹄形漩涡，并在桩基周围引起局部冲刷。桩基局部冲刷坑的形成则会导致桩基础承载力不足，基础沉降或位移。因此对桩基冲刷坑的发展状况进行观测和研究是保证水利和海洋工程建筑物安全的重要手段之一。
[0003]在桩基冲刷模型试验研究中，常用的冲刷坑测量方法有标尺测量法，测针法等。这几种方法获得的数据量很少，而且难以对冲刷坑形态进行准确的测量，在水体浑浊的情况下更是难以使用。近年来，浙江大学设计了一种用于桩柱结构物冲刷试验的监测装置(专利号：ZL201510190433.2)，通过桩柱内置微距相机拍摄的方法来测量，虽然通过该装置可以得到冲刷深度数据，但仍存在如下问题：
①
桩壁折射会导致较大的误差(所选桩壁厚度必须很薄，约2mm)，而且随着冲刷坑深度的增大，折射造成的影响会增大；
②
需要等到试验结束后才能进行冲刷过程的计算，试验期间无法得知冲刷进展；
③
对拍摄的图像没有进行过滤处理，会产生较大误差；
④
在高含沙水流实验中，该方法难以适用。
[0004]除了上述桩基周围形成的局部冲刷问题，在码头，防波堤等建筑物前也会由于水流和波浪的作用发生冲刷，对建筑物的安全造成威胁，目前尚未有针对对此类冲刷坑进行实时监控的专利。针对以上冲刷深度测量方法存在的问题，有必要合理设计一套精准、智能的新型冲刷测量试验装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种全自动冲刷深度实时监控系统及方法，可以实现对冲刷坑深度的实时监测，具有应用范围广泛、非接触、不破坏局部冲刷地形、简单方便、易操作、易推广等特点。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种全自动冲刷深度实时监控系统，包括平台，平台架设在支架上，在平台靠近侧边的位置安装自动升降控制系统，自动升降控制系统的底端安装相机，调整自动升降控制系统的高度实现相机相对床面的位置改变；
[0008]平台上还布设相互连通的外部处理系统以及远程显示系统，外部处理系统与相机连通，实时获取相机监测信息，远程显示系统实时显示外部处理系统处理后的监测信息；
[0009]作为本专利技术的进一步优选，前述的自动升降控制系统包括电机、齿轮和升降杆，电机安装在平台靠近侧边的位置，齿轮的中心套设在电机轴上，升降杆的上半部分表面开设若干锯齿，锯齿与齿轮匹配啮合，在升降杆的底端固定相机；
[0010]自动升降控制系统还包括安装在平台表面的控制板和驱动器，控制板通过驱动器
与电机连接，控制板与外部处理系统连通；
[0011]在自动升降控制系统的外部罩设柱体透明罩；
[0012]作为本专利技术的进一步优选，在柱体透明罩内安装支撑板，支撑板套设在升降杆上，支撑板的侧壁与柱体透明罩内侧壁紧密贴合；
[0013]作为本专利技术的进一步优选，前述的外部处理系统包括集成内置的影像实时接收模块、影像实时显示模块、影像处理分析模块和信号发射模块，远程显示系统包括4G模块和手机移动端显示模块，4G模块连接外部处理系统，向手机移动端传输数据，同时通过手机移动端显示模块在手机移动端显示由外部处理系统传输的数据；
[0014]一种全自动冲刷深度实时监测方法，包括以下步骤：
[0015]第一步，安装自动升降控制系统，线路以及无线信号调试完毕，标定比例尺和矫正图像扭曲，将相机相对床面的位置确定，观察相机置于床面附近位置时的影像，确保床面与物体表面交线在所拍摄的照片中，此时标定冲刷坑深度零点；
[0016]第二步，设定相机每次下降的距离为L，微距相机的拍摄频率f，冲刷试验开始时同时进行测量，其中，L为影像中下降距离，保证每次都能拍摄到冲刷坑底部；
[0017]第三步，冲刷坑深度数据以频率f输出，绘制冲刷深度曲线，观察冲刷深度曲线是否有异常，如果异常数据不能反映真实的情况则需检查监控系统，重新开始试验；
[0018]第四步，试验结束，关闭整个监测系统；
[0019]作为本专利技术的进一步优选，在第一步中，标定比例尺和矫正图像扭曲的具体步骤为：
[0020]第11步，移动相机至贴有标定网格处；
[0021]第12步，相机拍摄照片，进行网格变形的矫正，同时计算获取照片上网格的距离与实际距离的比例关系；
[0022]第13步，至少重复三次第12步，综合多次计算结果确定最终比例尺s；
[0023]作为本专利技术的进一步优选，在第一步中，标定冲刷坑深零点的具体步骤为：
[0024]第21步，相机拍摄的影像数据传输至外部处理系统中，影像处理分析模块对影像进行解析；
[0025]第22步，将影像转化成灰度图，获得影像中每一个像素点的灰度值，得到影像的灰度矩阵I；
[0026]第23步，利用二维形式高斯函数的二阶导函数对灰度矩阵I进行转化得到矩阵A；
[0027]第24步，利用高斯卷积核对灰度矩阵I进行卷积运算得到矩阵B；
[0028]第25步，利用邻域拉普拉斯算子对矩阵B进行卷积运算，阈值以内的数据可以获得一条曲线M，曲线M即为床面与物体表面的交线；
[0029]第26步，对曲线M进行削峰处理，即剔除曲线M上不合理的点；
[0030]第27步，获取曲线M的纵向坐标；
[0031]第28步，重复三次第21步至27步的步骤，取三次平均值得到冲刷坑零点位置的纵向坐标y0；
[0032]作为本专利技术的进一步优选，在第三步中，冲刷坑深度数据以频率f输出的具体步骤为：
[0033]第31步，按照第21步至27步的步骤，获取冲刷坑最深点的纵向坐标y
i
；
[0034]第32步，计算影像中冲刷坑底部的位置y＝y
i
与初始标定为零的位置之间的距离l＝y
i
‑
y0；
[0035]第33步，计算冲刷坑深度并输出，输出的冲刷坑深度为sNL+sl，其中，s为比例尺，单位mm/pixl,N为相机下降的次数，L为每次相机下降的距离，l为影像中冲刷坑与物体交线到标定零刻度的距离；
[0036]第34步，判断影像中冲刷坑底部的位置与初始标定为零的位置之间的距离l是否大于L，如l≥L,自动升降控制系统启动，相机下降一段距离L。
[0037]通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0038]1、本专利技术提供的监控系统在进行试验和数据采集时，采用非接触式手段，不破坏地形，应用范围广泛，简单方便，易操作；
[0039]2、本专利技术提供的监测系统中，相机可以随着冲刷坑的发展而移动，无限接近于水平地拍摄冲刷坑与物体表面交线的变化，不受物体厚度产生折射的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全自动冲刷深度实时监控系统，其特征在于：包括平台，平台架设在支架上，在平台靠近侧边的位置安装自动升降控制系统，自动升降控制系统的底端安装相机，调整自动升降控制系统的高度实现相机相对床面的位置改变；平台上还布设相互连通的外部处理系统以及远程显示系统，外部处理系统与相机连通，实时获取相机监测信息，远程显示系统实时显示外部处理系统处理后的监测信息。2.根据权利要求1所述的全自动冲刷深度实时监控系统，其特征在于：前述的自动升降控制系统包括电机、齿轮和升降杆，电机安装在平台靠近侧边的位置，齿轮的中心套设在电机轴上，升降杆的上半部分表面开设若干锯齿，锯齿与齿轮匹配啮合，在升降杆的底端固定相机；自动升降控制系统还包括安装在平台表面的控制板和驱动器，控制板通过驱动器与电机连接，控制板与外部处理系统连通；在自动升降控制系统的外部罩设柱体透明罩。3.根据权利要求2所述的全自动冲刷深度实时监控系统，其特征在于：在柱体透明罩内安装支撑板，支撑板套设在升降杆上，支撑板的侧壁与柱体透明罩内侧壁紧密贴合。4.根据权利要求2所述的全自动冲刷深度实时监控系统，其特征在于：前述的外部处理系统包括集成内置的影像实时接收模块、影像实时显示模块、影像处理分析模块和信号发射模块，远程显示系统包括4G模块和手机移动端显示模块，4G模块连接外部处理系统，向手机移动端传输数据，同时通过手机移动端显示模块在手机移动端显示由外部处理系统传输的数据。5.一种全自动冲刷深度实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，安装自动升降控制系统，线路以及无线信号调试完毕，标定比例尺和矫正图像扭曲，将相机相对床面的位置确定，观察相机置于床面附近位置时的影像，确保床面与物体表面交线在所拍摄的照片中，此时标定冲刷坑深度零点；第二步，设定相机每次下降的距离为L，微距相机的拍摄频率f，冲刷试验开始时同时进行测量，其中，L为影像中下降距离，保证每次都能拍摄到冲刷坑底部；第三步，冲刷坑深度数据以频率f输出，绘制冲刷深度曲线，观察冲刷深度曲线是否有异常，如果异常数据不能反映真实的情况则需检查监控系统，重新开始试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：管大为，靳胜举，李嘉隆，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：