【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能化隧道施工，尤其涉及一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法及系统。
技术介绍
1、顶管施工就是在工作坑内借助于设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走，在施工过程中，要保证管道施工过程的准确性。是一种不开挖或者少开挖路面的情况下，埋设管道的施工技术，通常用于小直径断面岩石和土体掘进，特别是控件狭小、转弯半径小的地区，在如此的施工环境下，常规的测量设备很难开展作业，人工长时间值守又费时费力，且容易发生漏报警或者报警不及时的状况，无法实现对运行的顶管机实现自动化的精确控制。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法及系统，以克服上述技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，包括如下步骤：
4、s1：获取顶管机头移动过程中包括测量靶和在测量靶上的激光点的监控视频图像；所述监控视频图像包括当前时刻的监控视频图像和历史多个时刻的监控视频图像；
5、所述测量靶用于确定顶管机上的机头中心位置，使得顶管机上的机头中心位置与测量靶的中心原点位置相对应；
6、s2：对所述监控视频图像进行预处理，获取预处理后的监控视频图像；
7、s3：根据所述预处理后的监控视频图像，获取激光点轮廓的长l和宽w；
8、s4：基于所述激光点的轮廓的长l和宽w，
9、s5：基于当前时刻的监控视频图像中的激光点的中心点坐标和历史多个时刻的监控视频图像中的激光点的中心点坐标，获取预计的激光点速度；
10、s6：基于所述预计的激光点速度，获取未来mt时刻的预计的激光点位置；
11、s7：获取未来mt时刻的预计的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离；m为确定未来时间的系数；t为采样周期；
12、s8:当未来mt时刻的预计的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离大于设定的偏移距离阈值时；确定是否需要对顶管机的位置进行调整；
13、s9：当确定不需要对顶管机的位置进行调整时，实时获取未来时刻的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离，以能够在未来时刻的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离大于设定的偏移距离阈值时发出报警，提醒施工人员对顶管机的位置进行调整。
14、进一步的，所述s4中，获取激光点的中心点坐标方法如下：
15、s41：根据激光点的轮廓的长l和宽w，获取搜索框的长和宽，以获取预处理后的监控视频图像中与所述搜索框位置对应的跟踪区域；所述跟踪区域的中心与所述激光点的轮廓的中心重合；
16、
17、式中：rsw为搜索框的宽；rsl为搜索框的长；
18、s42：基于所述跟踪区域，获取跟踪区域的颜色概率分布图，以获取跟踪区域的颜色概率分布图上的像素点的概率值；
19、s43：根据所述跟踪区域的颜色概率分布图上的像素点的概率值，获取所述跟踪区域的所有像素点的概率之和、跟踪区域的所有像素点的概率在x方向的加权和以及跟踪区域的所有像素点的概率在y方向的加权和:
20、
21、式中：m00为跟踪区域的所有像素点的概率之和；i(xg,yg)为颜色概率分布图上第g个像素点的概率值；(xg,yg)为颜色概率分布图上第g个像素点的位置坐标；g为跟踪区域的像素点总数；
22、
23、
24、式中：m10为跟踪区域的所有像素点的概率在x方向的加权和；m01为跟踪区域的所有像素点的概率在y方向的加权和；
25、s44：获取搜索框的概率重心；
26、
27、
28、式中：rx为搜索框的概率重心的横坐标；ry为搜索框的概率中心的纵坐标；
29、s45：更新所述搜索框的长和宽，并获取搜索框的中心与搜索框的概率重心之间的距离；
30、
31、rs′l＝1.2×rs′w
32、式中：rs′w为更新后的搜索框的宽；rs′l为更新后的搜索框的长；
33、s46：当搜索框的中心与搜索框的概率重心之间的距离不小于设定的距离阈值时，将移动搜索框的中心移动至搜索框的概率重心，获取新的与搜索框位置对应的跟踪区域；
34、s47：重复执行s42-s46，直至搜索框的中心与所述搜索框的概率重心之间的距离小于设定的距离阈值或者重复执行s42-s46的次数达到设定的最大次数；此时，所述搜索框的中心即为所述激光点的中心点坐标。
35、进一步的，所述s2中，获取预处理后的监控视频图像方法如下：
36、s21：根据所述监控视频图像，获取去除噪声后的监控视频图像：
37、
38、式中：f(x,y)为去除噪声后的监控视频图像；mn为滤波子窗体大小；(r,c)表示为滤波子窗体的中心；f(r,c)为原始的监控视频图像；sxy为滤波子窗体；(x,y)为监控视频图像像素点坐标；其中，m和n分别表示滤波子窗体的长和宽；
39、s22：根据去除噪声后的监控视频图像，获取预处理后的监控视频图像：
40、f′(x,y)＝α·f(x,y)+β (2a)
41、式中：f′(x,y)为预处理后的监控视频图像；α为增益；β为偏置参数。
42、进一步的，所述s5中，获取预计的激光点速度的方法如下：
43、
44、式中：vt(x,y)为t时刻的激光点速度；rt(x,y)为t时刻的激光点的中心点坐标；rt-1(x,y)为与当前时刻相邻的历史时刻的激光点的中心点坐标；t采样周期；n为自然数，n∈{1,…,n}，表示历史时刻的索引编号；t-nt表示历史的第n个时刻；t0表示当前时刻；
45、然后获取预计的激光点速度如下：
46、
47、w0+w1+w2....wn＝1
48、式中：v(x,y)为预计的激光点速度；w0为当前时刻激光点位置的权重值；w1为与当前时刻相邻的历史第1个时刻的激光点位置的权重值；wn为历史第n个时刻的激光点位置的权重值；表示当前时刻的激光点速度；为与当前时刻相邻的历史第1个时刻的激光点速度；为历史第n个时刻的激光点速度。
49、进一步的，所述s6中，获取未来mt时刻的预计的激光点位置如下：
50、
51、式中：为距离当前时刻mt时间时的预计的激光点位置；为当前时刻的激光点位置；m为确定未来时间的系数。
52、进一步的，所述s7中，获取未来mt时刻的预计的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离如下：
53、
54、式中：为未来mt时刻的预计的激光点位置在测量靶坐标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S4中，获取激光点的中心点坐标方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S2中，获取预处理后的监控视频图像方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S5中，获取预计的激光点速度的方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S6中，获取未来mT时刻的预计的激光点位置如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S7中，获取未来mT时刻的预计的激光点位置与测量靶的中心原点之间的偏移距离如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述S9之后，还包括：
8.根
9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法的系统，其特征在于，还包括铅垂线，所述铅垂线用于对测量靶进行调整，使得测量靶坐标系的y轴与铅垂线平行。
...【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述s4中，获取激光点的中心点坐标方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述s2中，获取预处理后的监控视频图像方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述s5中，获取预计的激光点速度的方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的顶管机头的偏移检测预警告警方法，其特征在于，所述s6中，获取未来mt时刻的预计的激光点位置如下：
【专利技术属性】
技术研发人员：安鑫，王道全，
申请(专利权)人：大连陆海科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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