专利名称：平面误差测量分析系统及方法
技术领域：
本发明涉一种测量装置，特别是涉及一种平面误差测量分析系统及方法。
背景技术：
一个基础设施工程平面的铺设和后期运营过程中，不可避免都会受到地质运动变化而发现沉降或隆起，由于沉降或隆起不均匀，会引起工程平面下沉或弯折，从而影响工程施工中平稳性与安全性。为了实时能了解平面在荷载作用下的沉降以及隆起的变化趋势，以便提前采取有效措施，避免事故的发生，因此必须对平面作实时测量，才能保证该类结构长期安全运行，避免意外事故的发生。然而，相对于现有技术的测量方法要实现远距离非接触式实时测量要求，还要有很多待解决的问题。本发明中采用光学测量方式解决工程施工中远距离实时测量问题，并且光学测量也将是以后工程测量的一种发展趋势。申请号为200810222753. I的本发明涉及一种利用激光远程测量路基沉降的装置与方法。装置由底板和测杆组成的沉降测量桩、点光源、固定观察桩、激光测量单元，以及测量信号传输单元、中央处理单元和电源模块。在待测点埋设沉降检测桩，在其上安置点光源，使之与待测点处路基同步沉降；点光源通过激光测量单元的透镜成像，像点A'于光电探测器上，由像点位移量，算出点光源物点位移量，即待测点地基沉降量。申请号为201110158946. 7本发明公开了一种激光沉降挠度测量仪，包括一组以上的相互配合的发射单元和接收单元，发射单元为用来对接收单元发射激光束的激光器，接收单元包括线阵CCD图像采集单元、分析与处理系统以及电源，线阵CCD图像采集单元采集激光束并转换为电信号传送分析与处理系统，分析与处理系统对电信号进行处理后判断沉降变形。申请号为201110297956. 9本发明公开了路基沉降远程自动测量系统，包括测量终端、光纤传感终端和传输光缆，传输光缆与光纤传感终端和测量终端相连接；光纤传感终端包括光分路器、光纤位移编码装置、外壳和传动装置；光分路器、光纤位移编码装置和传动装置安置在外壳内，光分路器与所述光纤位移编码装置相连接。利用光纤传感终端的外壳和传动装置将路基沉降的位移量转换为沿光纤传输的光学编码，并由传输光缆远程传输至测量终端，在测量终端中进行光电转换、分析处理、存储、显示、报警等操作，最终实现对路基沉降的实时、远程、自动测量，其适用于地形复杂、自然环境恶劣的路基沉降测量领域。上述专利存在的问题是，虽都采用光学测量方式但仍存在缺点一、测量的精度低，实施专业化要求高，不具备普遍性；二、选择基准点时，稳定性差，实现测量的结构复杂；三、在测量距离上有所限制；四、数据不能实时测量和分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面误差测量分析系统，提出一种基于激光成像，采用嵌入式计算方法和图像分析计算方法，通过测量激光源光斑中心的偏移，可测量微小位移值，该方法计算方法简单、计算结果精确度高、成本低及易于敷设等优点。
本发明采取以下技术方案
一种平面误差测量分析系统，该系统包括一组以上的相互配合的激光源、激光靶面和监测分析装置，所述激光源为用来对激光靶面发射激光束的激光器；所述激光靶面对激光源发射的光斑即时投影成像；所述监测分析装置用于采集激光靶面上激光源发射的光斑图像信息、信息分析处理。所述监测分析装置包括采集图像的感光器件、视觉分析算法模块、测量驱动控制模块及电源；
所述电源为蓄电池或太阳能电池中任何一种。所述感光器件在所述测量驱动控制模块作用下对激光靶面上即时投影成像的图像信息采集并传送给所述视觉分析算法模块，所述测量驱动控制模块用于成像采集与图像分析处理的逻辑驱动和过程实现，并可将多点采集的图像信息同步传输至计算机进行分析 处理，所述电源与测量驱动控制模块连接，所述监测分析装置在通电状态下运行。本发明平面误差测量分析系统测量的方法步骤如下
A、待检测的平面设置起始测量基准点A放置激光源，激光源向激光靶面发射光信号；
B、两个3D精密螺旋位移平台夹座分别控制激光源和激光靶面，使激光光斑中心位于激光靶面中心，设定初始位置，进行基准标定及误差校准。C、使激光靶面移至所需测量距离处，发射光信号进入激光靶面，当平面发生沉降或隆起时，激光源光斑中心位置发生偏移，通过嵌入式计算方式获取X轴向位移Ax和y轴向位移。D、在采集点的激光靶面处增加即时捕捉激光源光斑图像的感光器件设备；
E、在测量驱动控制模块控制下光感器件进行图像采集，通过信号传输模块将测点实时采集的图像数据传输到计算机进行分析计算；
F、将得出的激光源光斑中心位置坐标与激光靶面中心坐标进行误差分析计算，求得激光靶面光斑中心位移偏离误差；从而实现对基础平面局部沉降或隆起值的实时、远程、自动监控。本发明的有益效果在于
本发明通过采用坐标系变换和投影映射的测量思路和方法，将复杂测量基准平面的待测量位移进行空间转换和坐标投影，大幅度降低待测量的测量实现难度；
本发明结合嵌入式计算方式和图像分析计算发法，进一步提高待测量的测量精准度； 本发明通过结合网络实时传输技术，实现连续测量采集，实现较低成本保障运行要
求；
本发明方法测量部署简便易行，不受实地环境或施工条件限制；
为了更清楚地说明本发明实施例下列结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。图I为平面误差测量分析系统的结构示意 图2为本发明系统结构的安装示意 图3为本发明激光靶面激光光源成像图示意图；图中
I、激光源；2、激光靶面；3、感光器件；4、视觉分析算法模块；5、测量驱动控制模块；6、3D精密螺旋位移平台夹座；7、信号传输模块；8、电源。
具体实施例方式下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。如图1，一种平面误差测量分析系统，该系统包括一组以上的相互配合的激光源
I、激光靶面2和监测分析装置，激光源I为用来对激光靶面2发射激光束的激光器；激光靶面2对激光源I发射的光斑即时投影成像；监测分析装置用于采集激光靶面2上 激光源I发射的光斑图像信息并进行信息分析处理。监测分析装置包括采集图像的感光器件3、视 觉分析算法模块4、测量驱动控制模块5及电源8，其中感光器件3为CMOS摄像头，本实施例中CMOS摄像头采用内置于监测分析装置内；蓄电池固定于测量驱动控制模块5内。在测量驱动控制模块5控制下CMOS摄像头对激光靶面2上即时投影成像的图像信息采集，并通过无线网络传送给所述视觉分析算法模块4，在测量驱动控制模块5作用下再将图像传输至计算机进行计算分析处理，电源8与测量驱动控制模块5连接，监测分析装置在通电状态下运行。激光源I为点光源，便于计算激光源I光斑中心，点光源为红色光源，波长为665纳米(nm)，发散度为O. 01毫弧度(mrad)的普通光源；本实施例中激光靶面2采用带刻度的毛玻璃作为激光靶面(也可采用其它合适的材料，如硬度适中的纸面)，以ARM9开发板(MINI2440)的嵌入式处理器(Advanced RISC Machines简称ARM) 9开发板为硬件基础，为了获取高精度的光斑中心，在主要部分(main)构造函数中，构造一个定时器(timer)并与“flush O”信号槽函数绑定，在“flush O”函数中，我们完成图像数据采集、显示和图像数据格式转换以及激光光斑中心的计算。其中监测分析装置内配置了互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor简称CMOS)面阵摄像头作为图像采集设备，基于内置驱动(“ open (DeviceName, 0_RD0NLY) ” 和 “ read(device, Addr, Size*BPP/8) ”)两个函数获取图像数据。激光源I和激光祀面2分别安装于两个三维(Three Dimensions简称3D)精密螺旋位移平台夹座6上，3D精密螺旋位移平台夹座6相对设置于相邻测点处垂直路基平面安装。如图2、3所示，平面误差测量分析系统测量的方法，其操作步骤如下
A、待检测的路基平面设置起始测量基准点A放置激光源I的点光源，激光源I向B处设置的激光靶面2发射光信号；
B、两个3D精密螺旋位移平台夹座6分别控制激光靶面2和激光源1，使激光源I光斑中心位于激光靶面2中心，使用3D精密螺旋位移平台夹座6上设有用来调整光斑中心位置的旋转X轴向或Y轴向微调旋钮，设定初始位置，进行基准标定及误差校准。C、使激光靶面移至激光点光源50米外(或50米内)，发射光信号进入激光靶面，当平面发生沉降或隆起时，激光源I光斑中心位置发生偏移，通过嵌入式计算法计算获取X轴向位移u和y轴向位移4v，应用如下嵌入式计算方式公式计算平面沉降或隆起量
权利要求
1.一种平面误差测量分析系统，该系统包括一组以上的相互配合的激光源、激光靶面和监测分析装置，所述激光源为用来对激光靶面发射激光束的激光器；所述激光靶面对激光源发射的光斑即时投影成像；所述监测分析装置用于采集激光靶面上激光源发射的光斑图像信息及信息分析处理；其特征在于所述监测分析装置包括采集图像的感光器件、视觉分析算法模块、测量驱动控制模块及电源；所述感光器件在所述测量驱动控制模块作用下对激光靶面上即时投影成像的图像信息采集并传送给所述视觉分析算法模块，所述测量驱动控制模块用于图像采集与图像分析处理的逻辑驱动和过程实现，并将采集的图像信息同步传输至计算机进行分析处理，所述电源与测量驱动控制模块连接，所述监测分析装置在通电状态下运行。
2.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述激光源为红色点光源。
3.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述激光靶面采用带刻度的毛玻璃或感光纸面或能将激光光斑即时投影成像的器件平面中的任意一种。
4.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述电源为蓄电池或太阳能电池中等任何一种。
5.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述的感光器件可设置于监测分析装置内或设置于监测分析装置外。
6.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述视觉分析算法模块包括嵌入式计算方式和图像分析计算方法，嵌入式计算方式通常有三种构建嵌入式计算视觉的方法DSP模式，FPGA模式或ARM模式；图像分析计算方法采用重心法、曲面拟合法、椭圆拟合法。
7.根据权利要求I所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述激光源和激光靶面分别安装于两3D精密螺旋位移平台夹座上，所述3D精密螺旋位移平台夹座相对设置于相邻测点处。
8.根据权利要求7所述的平面误差测量分析系统，其特征在于所述3D精密螺旋位移平台夹座上设有用来调整光斑中心位置的旋转X轴向或Y轴向微调旋钮。
9.根据权利要求I所述平面误差测量分析系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 A、待检测的平面设置起始测量基准点A放置激光源，激光源向激光靶面发射光信号； B、两个3D精密螺旋位移平台夹座分别控制激光源和激光靶面，使激光光斑中心位于激光靶面中心，设定初始位置，进行基准标定及误差校准； C、使激光靶面移至所需测量距离处，发射光信号进入激光靶面，当平面发生沉降或隆起时，激光源光斑中心位置发生偏移，通过嵌入式计算方式获取X轴向位移Δχ和y轴向位移； D、在采集点的激光靶面处增加即时捕捉激光源光斑图像的感光器件设备； E、在测量驱动控制模块控制下感光器件进行图像采集，将通过信号传输模块将测点实时采集的图像数据传输到计算机进行分析计算； F、将得出的激光源光斑中心位置坐标与激光靶面中心坐标进行误差分析计算，求得测点激光靶面光斑中心位移偏离 误差；从而实现对基础平面局部沉降或隆起值的实时、远程、自动监控。
全文摘要
本发明涉一种测量装置，特别涉及一种平面误差测量分析系统及方法。该系统包括一组以上相互配合的激光源、激光靶面和监测分析装置，激光源是对激光靶面发射激光束的激光器；激光靶面对激光源发射的光斑投影成像；监测分析装置用于采集激光靶面上图像信息、信息分析处理。其中监测分析装置包括采集图像的感光器件、视觉分析算法模块、测量驱动控制模块、电源；感光器件对激光靶面上即时投影成像的图像信息采集并通过网络传送给视觉分析算法模块，测量驱动控制模块将图像传输至计算机进行分析处理。本发明通过对测量坐标系中待测量位移进行变换和投影的方法，将待测量转化为对图像偏移量的分析和处理，降低测量难度和提升测量精度，并低成本实现实时测量和运行安全。
文档编号G01C5/00GK102798377SQ20121027721
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者张东光, 邢敬宏, 仲肇中 申请人:张东光