远距离高精度二维小位移测量装置的制作方法

本实用新型涉及测量装置技术领域，具体涉及一种远距离高精度二维小位移测量装置。

背景技术：

现有的小位移测量方式大致可分为接触式测量和非接触式测量两种。

常用的接触式小位移测量方案是在待测实物上安装诸如应变片、GPS/北斗定位单元或者重力加速度传感器之类的常规器件来实现的。这些常规器件在小位移测量上均存在各种缺点。例如，应变片可测量待测实物的应变值再转换成相应的位移，但不适用于野外操作，而且需要高超的贴片技术才能确保高精度测量，实施起来比较麻烦；GPS/北斗定位单元虽然实施方便且适用于野外操作，但精度相对较低(即使采用增加基站的方式，北斗定位的水平方向的测量精度也只能达到厘米级，而且由于垂直方向的精度低，不适合做垂直方向的测量)。为了提高这些常规器件的测量精度，需要投入巨大的成本，而且厘米级的测量精度需要后台通过大量计算才能得到，因而不能够实时获得。

非接触式测量方案通常是基于光学测量来实现的，需要借助如精准水平仪、全站仪之类的光学器械。其中，采用精准水平仪来测量被测实物一般至少需要3个人相互配合，从调平到测量都非常麻烦，而且需要通过多个测量点的位置关系才能计算出实际的位移值，效率极低。虽然全站仪能够得到待测实物的三维位置，但只有价格高昂的激光全站仪等高档设备才能达到远距离和高精度的测量，因此成本过高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有技术的测量方案存在的成本过高、精度低、使用不便等问题，提供一种远距离高精度二维小位移测量装置，以达到低成本、高精度、使用方便等。优点。

为了实现以上目的，本实用新型提供的一种远距离高精度二维小位移测量装置，包括合作标志和测量设备，合作标志用于与被测实物固定连接，测量设备用于对合作标志进行拍摄，所述合作标志具有位于同一平面内的五个标志点，根据相对位置分别为中心标志点、左标志点、右标志点、上标志点以及下标志点；左标志点、右标志点、上标志点以及下标志点分别等距位于中心标志点的正左方、正右方、正上方和正下方；所述测量设备包括主处理单元以及分别与主处理单元通信连接的图像采集模块、UI交互模块、计算结果导出与远程通信模块、交互接口模块。

本实用新型的进一步优选方案中，各个标志点由黑白像素正交组成。

本实用新型的进一步优选方案中，所述主处理单元包括相互连接的嵌入式处理器和存储器。

本实用新型的进一步优选方案中，所述图像采集模块包括相连接的镜头和CCD/CMOS图像传感器。

本实用新型的进一步优选方案中，所述UI交互模块包括相配套的LCD显示屏和触摸屏控制器。

本实用新型的进一步优选方案中，所述计算结果导出与远程通信模块包括USB主控制器和以太网控制器。

本实用新型的进一步优选方案中，所述交互接口模块包括调试接口和外部设备扩展接口。

本实用新型的进一步优选方案中，所述调试接口为两线RS-232串口；所述外部设备扩展接口的接口连线包括输入输出GPIO和UART串口。

本实用新型至少具备以下有益效果：

1、合作标志与被测实物固定连接后，测量设备将不同时间点拍摄到的合作标志的图像进行分析，可得出合作标志的位移，从而间接实现对被测实物位移的测量，并且测量精度可达到亚毫米级的高精度。

2、主要采用了合作标志及测量设备，成本相对较低，并能够快速安装，使用方便，测量准确，适于远程、长时间实时自动化地测量。

3、非常适合用于各类建筑物的沉降小位移测量以及科研单位和院校的各类与小位移相关的实验和检测上。

附图说明

图1是实施例提供的一种远距离高精度二维小位移测量装置中合作标志的示意图。

图2是实施例提供的一种远距离高精度二维小位移测量装置中测量设备的结构框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本实用新型进行进一步描述。

实施例

本实施例提供的一种远距离高精度二维小位移测量装置，包括合作标志和测量设备，合作标志用于与被测实物固定连接，测量设备用于对合作标志进行拍摄。

请参阅图1，合作标志具有位于同一平面内的五个标志点，根据相对位置分别为中心标志点PO、左标志点PL、右标志点PR、上标志点PT以及下标志点PB；左标志点PL、右标志点PR、上标志点PT以及下标志点PB分别等距位于中心标志点PO的正左方、正右方、正上方和正下方。具体而言，五个标志点根据直角坐标系X-O-Y布置，中心标志点PO相当于原点O，左标志点PL和右标志点PR处于X轴，上标志点PT以及下标志点PB处于Y轴。因此，两个不同时间点测量到的合作标志的图像若出现变化(前一图像相对于后一图像发生位移)，则可方便地判断出发生位移的方向。为了便于测量，本实施例优选方案中各个标志点由黑白像素正交组成。

请参阅图2，所述测量设备包括主处理单元10以及分别与主处理单元10通信连接的图像采集模块20、UI交互模块30、计算结果导出与远程通信模块40、交互接口模块50。

本实施例中，主处理单元10包括相互连接的嵌入式处理器11和存储器12。嵌入式处理器11可以选用32位或64位能运行嵌入式Linux的嵌入式处理，包括：ARM、MIPS、PowerPC和X86等处理器。存储器12可使用Flash RAM或SD Card，容量1GB或以上。

图像采集模块20包括相连接的镜头21和CCD/CMOS图像传感器22。镜头21上可采用K变小、通光度大的定焦镜头。CCD/CMOS图像传感器22实现对合作标志进行图像采集实时获取帧图像数据。CCD/CMOS图像传感器22具体可选用130万像素或以上，帧频为每秒30帧或以上的CCD/CMOS图像传感器。

UI交互模块30包括相配套的LCD显示屏31和触摸屏控制器32。LCD显示屏31可选用尺寸为3.5寸或以上，分辨率为320x480或以上的彩色液晶屏，并配合触摸屏控制器32提供人与本设备人机交互，实现对设备的控制、设置、管理计算结果和实时查看计算记录。触摸屏控制器32可选用4线制高灵敏度电阻触摸屏控制器。

计算结果导出与远程通信模块40包括USB主控制器41和以太网控制器42。本实施例的测量结果可保存在存储器12中，也可通过USB主控制器41导出到USB移动存储设备，还可通过以太网控制器42发送到远程服务器上。另外，通过所述的以太网控制器42，用户可以远程控制本实施例的测量设备实现对被测实物远程测量或监测。USB主控制器41为USB主设备控制器，可指嵌入式处理器11内置的USB主设备控制器或独立USB主设备控制器芯片，符合USB2.0标准。以太网控制器42可指嵌入式处理器11内置的以太网控制器，或独立的以太网控制器芯片，速度为10Mbps或以上，采用RJ45接口。

交互接口模块50包括调试接口51和外部设备扩展接口52。外部设备扩展接口52用于扩展其他外部设备，接口连线包括：输入输出GPIO和UART串口。调试接口51为两线RS-232串口，用于程序调试

测量原理

上述实施列的测量原理参考如下:

A、设置测量参数：根据合作标志的测量要求，设置计算间隔、去抖等级和计算次数等参数；

B、计算初始位置与成像比例：获取当前图像帧，计算五个标志点的当前坐标，并通过各标志点的坐标计算出成像比例；

C、计算次数判断：根据计算次数判断是否结束计算，如果没有结束将进行下一时刻的位移计算；

D、跟踪下一时刻中心标志点：根据计算间隔设置获取下一时刻的图像帧；

E、计算当前位置：计算出当前采集到的图像帧中中心标志点PO的坐标；

F、计算相对初始位置的位移：根据步骤B得到初始位置和成像比例，计算出位移值；

G、结果写入或发送：将计算结果记录到本地嵌入式数据库中作持久化保存或通过以太网控制器将计算结果传送到远程服务器；

在实际应用中，需要将合作标志固定连接到被测实物上，固定安装测量设备，并保证合作标志和测量设备之间没有遮挡物。在测量设备102上设置测量参数后，启动测量即可进入自动测量状态。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。