【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程监测领域，尤其涉及一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检系统及方法。
技术介绍
1、现行的隧道变形监测方法可分为传统人工监测和自动化监测两大类。传统人工监测方法依靠工作人员借助百分表、收敛计等工具沿线路对各个监测断面依次巡查，或在隧道中设置变形观测站，采用经纬仪、水准仪、测距仪等精密测量设备进行测量及内业计算以掌握隧道变形情况。上述方法对人工依赖性高，效率低下，并且无法避免人为误差。常见的隧道变形自动化监测方法中静力水准仪和巴塞特收敛系统存在变形信息获取不够全面的问题，只能监测收敛或沉降中的一项，不能实现三向位移监测；三维激光扫描、光纤传感测量系统、测量机器人虽然能够获取更为丰富的变形信息，但是价格昂贵，想要实现地铁全线路巡检，资金投入很大。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本申请实施例的目的是提供一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检系统及方法。
2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检系统，包括：
3、移动监测平台，用于提供巡检系统沿隧道方向的运动；
4、图像采集装置，通过云台安装于所述移动监测平台上部，包括t形刚性连接的三个相机，第一相机、第二相机分别用于采集隧道各断面两侧的测点a和测点b处棋盘格靶标的图像，第三相机用于采集隧道各断面拱顶的测点c处棋盘格靶标的图像，其中测点a、测点b、测点c处的棋盘格靶标为预先设置；
5、里程计，用于获取所述移动监测平台进入隧道后的里程数据，
6、微机终端，用于操控所述移动检测平台进入隧道；接收所述里程计提供的里程数据并根据所述里程数据控制所述图像采集装置进行图像采集，根据采集的图像进行各断面收敛变形和拱顶沉降的计算。
7、进一步地，所述棋盘格靶标的形成过程包括:
8、采用aruco标记内嵌入棋盘格白色格子内，形成嵌入有aruco标记与棋盘格相结合的棋盘格靶标，其中每个棋盘格靶标上的aruco标记记录该棋盘格靶标所在断面的里程信息。
9、根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检方法，通过第一方面所述的系统中的微机终端实现，该方法包括：
10、步骤s1：控制所述移动监测平台运动至第一断面，利用所述图像采集装置采集的图像标定所述第一相机、第二相机和第三相机的内部参数以及相机之间的外部参数；
11、步骤s2：控制图像采集装置采集测点a、测点b、测点c处的含靶标图像，通过所述含靶标图像计算第一断面处的隧道收敛变形和拱顶沉降；
12、步骤s3：控制所述移动监测平台运动至第二断面，采用步骤s2的过程计算所述第二断面处的隧道收敛变形和拱顶沉降；
13、步骤s4：重复步骤s3直至计算完所有断面处的隧道收敛变形和拱顶沉降，控制所述移动监测平台返回。
14、进一步地，所述步骤s1中，控制所述移动监测平台运动至第一断面，利用所述图像采集装置采集的图像标定所述第一相机、第二相机和第三相机的内部参数，包括：
15、步骤s11：根据里程计传输的即时里程数据操纵移动监测平台运动，当所述里程计传输的里程数据与预定测量的第一断面的里程信息匹配时，控制所述移动监测平台停止移动，此时所述移动监测平台到达第一断面处；
16、步骤s12：控制所述第一相机、第二相机和第三相机分别对该断面对应的测点a、测点b和测点c上的靶标采集若干图像；
17、步骤s13：根据各相机传输的三组图像，提取特征点，采用张正友标定法分别求解第一相机、第二相机和第三相机的内参矩阵min1，min2，min3，作为各相机的内部参数。
18、进一步地，所述步骤s1中，标定相机之间的外部参数，包括：
19、步骤s14：控制第一相机和第二相机分别对所述第一断面对应的测点a、测点b的棋盘格靶标采集得到标定图像a1、标定图像b1；
20、步骤s15：根据所述标定图像a1、标定图像b1，提取特征点，利用各相机的内部参数，采用pnp算法求解在该位姿下，所述第一断面对应的测点a和测点b的靶标分别到第一相机和第二相机之间位姿变换矩阵
21、步骤s16：控制云台使各相机改变位姿后，重复步骤s14和步骤s15；
22、步骤s17：重复步骤s16若干次，以得到多组位姿变换矩阵，从而求解第一相机到第二相机的外部参数矩阵h12；
23、步骤s18：采用步骤s14～s17的方法，求解第一相机到第三相机的外部参数矩阵h13；
24、步骤s19：采用步骤s14～s17的方法，求解第二相机到第三相机的外部参数矩阵h23。
25、进一步地，求解第一相机到第二相机的外部参数矩阵，包括：
26、步骤s171：将测点a、测点b和第一相机、第二相机的坐标系分别记作oa、ob和o1、o2，测点a处棋盘格靶标上任一点p在上述坐标系下的坐标分别记为pa、pb、p1、p2，根据刚体变换规律，得到每个位姿状态下：
27、
28、式中hba为测点b到测点a的位姿变换矩阵，ha1为测点a到第一相机的外部参数矩阵，h2b为第二相机到测点b的外部参数矩阵，推导得：
29、hbah2bh12ha1＝i
30、步骤s172：利用所得到的多组位姿变换矩阵，得下组式：
31、
32、
33、……
34、
35、式中上标(j)表示为第j次位姿改变后的数据，0≤j≤n，n为位姿改变的次数，为初始位姿下第一相机到测点a的外部参数矩阵，为初始位姿下第二相机到测点b的外部参数矩阵；令和分别表示第一相机和第二相机从初始位姿到第i个位姿运动轨迹的齐次变换矩阵，从而得到：
36、h2(i)h12＝h12h1(i)
37、步骤s173：采用手眼标定求解方法求解步骤s172中的方程组，得到第一相机到第二相机的外部参数矩阵h12。
38、进一步地，所述步骤s2包括：
39、步骤s21：控制所述第一相机、第二相机和第三相机分别对该断面对应的测点a、测点b和测点c上的棋盘格靶标采集图像，得到靶标图像a、靶标图像b和靶标图像c；
40、步骤s22：利用所述靶标图像a、靶标图像b，提取特征点，选定测点a所处的靶标世界坐标系作为主坐标系，利用所述相机之间的外部参数，按照如下公式求得测点b在主坐标系中的坐标(xb，yb，zb)：
41、
42、式中mexa为此时第一相机到所述第一断面对应的测点a的棋盘格靶标的外部参数矩阵，mexb为此时第二相机到所述第一断面对应的测点b的棋盘格靶标的外部参数矩阵，h12为第一相机到第二相机的外部参数矩阵；
43、步骤s23：利用所述靶标图像a、靶标图像c，提取特征点，选定测点a处的靶标世界坐标系作为主坐标系，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述棋盘格靶标的形成过程包括:
3.一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检方法，其特征在于，通过权利要求1或2所述的系统中的微机终端实现，该方法包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，控制所述移动监测平台运动至第一断面，利用所述图像采集装置采集的图像标定所述第一相机、第二相机和第三相机的内部参数，包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，标定相机之间的外部参数，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，求解第一相机到第二相机的外部参数矩阵，包括：
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
8.一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检装置，其特征在于，通过权利要求1或2所述的系统中的微机终端实现，该装置包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，
...【技术特征摘要】
1.一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述棋盘格靶标的形成过程包括:
3.一种基于单目位姿估计的隧道变形巡检方法，其特征在于，通过权利要求1或2所述的系统中的微机终端实现，该方法包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，控制所述移动监测平台运动至第一断面，利用所述图像采集装置采集的图像标定所述第一相机、第二相机和第三相机的内部参数，包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步...
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