隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统，包括：计算掌子面图像中各像素点的光流向量；根据各像素点的光流向量确定突涌点位置、突涌点数量及突涌点处的光流向量；根据突涌点处的光流向量变化判断当前突涌点是否消失；根据突涌点处的光流向量判断是否存在突涌水流，并确定突涌水流处的光流向量；根据突涌水流处的光流向量确定突涌水水量，以及根据突涌水水量判断是否进行预警。利用通过突涌水水流的运动特性，使用光流法对隧道突涌水范围进行监控，实现隧道突涌水实时监测。实时监测。实时监测。

【技术实现步骤摘要】
隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及隧道突涌水灾害监测防控
，特别是涉及一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在隧道建设过程中，常常因穿越高山峡谷区、强富水区、断层破碎带、溶洞等环境，引发隧道突涌水等灾害，所以，监控预警是隧道突涌水灾害处理时必不可少的步骤。
[0004]隧道突涌水的监测预警是实现灾害主动防控的关键与前提。目前存在的隧道突涌水灾害监测检测方法大多为人工布置传感器进行监测，这样的检测方式常常存在一些弊端，如隧道随时可能产生突水，对监测人员造成伤害；在昏暗高危环境下人工监测误差较大，精度容易不满足实际需要等问题。
[0005]为克服以上问题，机器视觉识别技术逐渐被引入到隧道突涌水监测中，但目前机器视觉识别只能获取隧道内部模糊视频，并且由于缺少相关算法，工作人员无法精确从视频中找到突水点。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统，利用通过突涌水水流的运动特性，使用光流法对隧道突涌水范围进行监控，通过计算图像中运动的光流向量，判断突涌水的位置、数量和突水量，以及是否进行隧道内的预警提示，实现隧道突涌水实时监测。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，包括：
[0009]获取待检测的掌子面图像，并计算掌子面图像中各像素点的光流向量；
[0010]根据掌子面图像中各像素点的光流向量确定突涌点位置、突涌点数量以及突涌点处的光流向量；
[0011]根据突涌点处的光流向量变化判断当前突涌点是否消失，从而更新突涌点数量；
[0012]根据突涌点处的光流向量判断是否存在突涌水流，并确定突涌水流处的光流向量；
[0013]根据突涌水流处的光流向量确定突涌水水量，以及根据突涌水水量判断是否进行预警。
[0014]作为可选择的实施方式，利用稠密光流法进行基于空间梯度的两帧估量算法的求解，从而估计掌子面图像中各像素点的光流向量。
[0015]作为可选择的实施方式，根据掌子面图像中各像素点的光流向量和突涌点识别阈值的比较结果，确定掌子面图像中的突涌点位置，从而得到掌子面图像中所有的突涌点位
置及数量，并根据突涌点处的像素点的光流向量，确定突涌点处的光流向量。
[0016]作为可选择的实施方式，判断当前突涌点是否消失的过程包括：根据突涌点处的光流向量变化是否大于突涌点存在阈值，判断当前突涌点是否消失，当前者小于后者时，突涌点消失。
[0017]作为可选择的实施方式，确定突涌水水量的过程包括：根据突涌水处的光流向量、所获取的视频帧数、视频获取设备与掌子面的距离和视频获取设备获取掌子面图像的范围角度，计算突涌水水量。
[0018]作为可选择的实施方式，判断是否进行预警的过程包括：若突涌水流处的水量变化大于突涌水流阈值，则发出突涌水变化预警，否则不发出预警。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警装置，包括：
[0020]数据获取模块，被配置为获取待检测的掌子面图像，并计算掌子面图像中各像素点的光流向量；
[0021]突涌点识别模块，被配置为根据掌子面图像中各像素点的光流向量确定突涌点位置、突涌点数量以及突涌点处的光流向量；
[0022]突涌点更新模块，被配置为根据突涌点处的光流向量变化判断当前突涌点是否消失，从而更新突涌点数量；
[0023]突涌水流识别模块，被配置为根据突涌点处的光流向量判断是否存在突涌水流，并确定突涌水流处的光流向量；
[0024]水量及预警模块，被配置为根据突涌水流处的光流向量确定突涌水水量，以及根据突涌水水量判断是否进行预警。
[0025]第三方面，本专利技术提供一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警系统，包括：视频获取模块和第二方面所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警装置；
[0026]所述视频获取模块，用于获取隧道掌子面及边墙的视频流，并发送至隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警装置；
[0027]所述隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警装置，用于根据视频流中的掌子面图像，进行隧道突涌水情况的实时监测与预警。
[0028]作为可选择的实施方式，所述视频获取模块包括：视频监控镜头、旋转轴承和旋转底座；视频监控镜头固定于旋转轴承上，实现视频获取模块在竖直切面内的110
°
旋转；旋转轴承与旋转底座连接，实现视频获取模块在水平切面内的360
°
旋转。
[0029]作为可选择的实施方式，所述视频获取模块通过支架设于隧道围岩上，所述支架的高度可调；
[0030]所述视频获取模块上设有补光灯，以用于提高光照强度。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术提出一种隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法、装置及系统，基于光流法与视频监控进行隧道突涌水的识别与监测，由于隧道的突水为运动状态，当隧道产生突涌水时，往往会保持长时间的涌水情况，处于运动状态的涌水则会产生较大的光流向量，因此本专利技术通过拍摄隧道开挖面及边墙等可能出现突涌水的位置，获得实时监控图像，然后利用突涌水水流的运动特性，在突涌水灾害的的演化过程中，通过光流法对突涌水进行识别，通过计算图像中运动的光流向量，判断突涌水的位置、数量和突水量，并判断是否
进行隧道内的预警提示，实现隧道突涌水实时监测，从而预测突涌水的演化情况，为隧道安全施工提供保障。
[0033]本专利技术通过无线传输技术，提高保障视频传输的实时性，进一步保证监测预警的实时性，同时减少在施工掌子面布设传输缆线，避免了由于缆线破坏造成的监控信号中断的影响。
[0034]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0036]图1为本专利技术实施例1提供的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法流程图；
[0037]图2为本专利技术实施例3提供的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警系统整体示意图；
[0038]图3为本专利技术实施例3提供的视频获取模块示意图；
[0039]其中，1、视频获取模块，2、补光灯，3、支架，4、隧道围岩，5、隧道掌子面，6、视频监控镜头，7、110
°
旋转轴承，8、360
°
旋转底座，9、无线传输模块，10、收音模块。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，包括：获取待检测的掌子面图像，并计算掌子面图像中各像素点的光流向量；根据掌子面图像中各像素点的光流向量确定突涌点位置、突涌点数量以及突涌点处的光流向量；根据突涌点处的光流向量变化判断当前突涌点是否消失，从而更新突涌点数量；根据突涌点处的光流向量判断是否存在突涌水流，并确定突涌水流处的光流向量；根据突涌水流处的光流向量确定突涌水水量，以及根据突涌水水量判断是否进行预警。2.如权利要求1所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，利用稠密光流法进行基于空间梯度的两帧估量算法的求解，从而估计掌子面图像中各像素点的光流向量。3.如权利要求1所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，根据掌子面图像中各像素点的光流向量和突涌点识别阈值的比较结果，确定掌子面图像中的突涌点位置，从而得到掌子面图像中所有的突涌点位置及数量，并根据突涌点处的像素点的光流向量，确定突涌点处的光流向量。4.如权利要求1所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，判断当前突涌点是否消失的过程包括：根据突涌点处的光流向量变化是否大于突涌点存在阈值，判断当前突涌点是否消失，当前者小于后者时，突涌点消失。5.如权利要求1所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，确定突涌水水量的过程包括：根据突涌水处的光流向量、所获取的视频帧数、视频获取设备与掌子面的距离和视频获取设备获取掌子面图像的范围角度，计算突涌水水量。6.如权利要求1所述的隧道突涌水机器视觉无人值守监测预警方法，其特征在于，判断是否进行预警的过程包括：若突涌水流处的水量变化大于突涌水流阈值，则发出突涌水变...

【专利技术属性】
技术研发人员：成帅，王江浩，安哲立，韩自力，高成路，袁振宇，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：