专利名称：一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及边坡工程，特别是涉及一种基于数字照相技术的岩土工程变形远
程监控系统。
背景技术：
数据库技术和Web技术相结合运用到土木工程监测已经成为一个新的发展方向。 国内外学者和专家对监测数据库管理系统进行了研究，开发了一些应用于大型工程实践的 变形监测管理系统。周国浩、郝迎吉等(2003)开发了激光隧道围岩位移远程实时监测系 统，系统可实时、远程、高精度、无接触地监测隧道围岩的变形位移并进行数据库的管理，系 统可用于岩土边坡、基坑、大坝、建筑物及桥梁等的位移监测。伍毅敏、吕康成(2004)应用 激光技术、单片机技术和通信技术开发了隧道位移实时监测系统，实现了隧道二维位移的 高精度、自动、实时和远程量测。该两种系统运用激光技术进行变形监测，费用昂贵，且没有 运用无限传输系统，在没有通网络的边远地区该系统使用受限。 传感器监测变形设备费用高，传感器的布设、维护、施工困难，成本也高；全站仪进 行变形监测需人员进行采集，耗费人力，对人员要求高，无法实现自动化，设备昂贵；卫星定 位精度高但费用很高，无法普及；CCD进行摄影测量主要运用工业相机，设备费用高，远距 离拍摄精度低等缺点。 随着各项科学技术的进步和大量岩土工程的开展，采用数码相机的照相测量 技术开始应用到这个领域中。2004年，Gaich， A等人讲述了专业岩体图像分析软件 JointMetriX3D在岩体结构非接触测量方面的应用。2004年，Maerz等人总结前人对岩体碎 片图像识别研究的基础上将该技术应用到了岩石隧道开挖现场。2005年，Kemeny， John等 人使用LIDAR(三维激光扫描仪)测量、高解析度数码相机以及数据处理的软件对岩体进行 识别分类以及可视化展示。2005年，日本人Y. Ohnish等人应用数字照相技术对边坡进行三 维位移分析，得到了3mm精度。2004年到2005年间，西南交通大学的刘大刚、贾刘强在其硕 士论文中详细的叙述了数字图像处理技术在岩石隧道位移量测中的应用，主要应用自由拍 摄二次比较方法，仅针对有标志点情况进行了室内试验，应用到实际已运营的隧道中。2005 年，王国辉、马莉等实现检测洞室三维收敛近景摄影测量。上述数字照相系统都没有引入网
络技术实现远程监控和亚像素图像处理技术等，没有形成对岩土工程变形监测的远程监测 系统，自动化程度低，不能做到适时预警。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供 一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统。 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种基于数字照相技术的岩土 工程变形远程监控系统，其特征在于，包括图像采集装置、无线传输装置以及远程分析处理 控制装置，所述的图像采集装置包括多个标志点、数码相机以及工控机，所述的多个标志点
3均匀设于岩土工程的待监控处，所述的数码相机设于多个标志点的相对侧，该数码相机与 工控机有线或无线连接，所述的工控机通过无线传输装置与远程分析处理控制装置无线连 接。 所述的标志点包括混凝土基座、支撑杆以及标志面，所述的标志面通过支撑杆设 于混凝土基座的上方，所述的标志面为一黑底的正方形，其中心处设有一白色的标志圆。 所述的图像采集装置还包括云台，所述的数码相机以及工控机设于云台上，所述 的岩土工程的待监控处为边坡，所述的多个标志点的混凝土基座均匀埋设于边坡的地面 下。 所述的岩土工程的待监控处为隧道断面，所述的数码相机设于可通视的隧道拱
顶，所述的多个标志点的混凝土基座均匀埋设于隧道断面内。 所述的数码相机与岩土工程待监控处的距离在50m以内。所述的正方形标志面的尺寸为200咖*200咖，其上的标志圆直径为100mm。 所述的数码相机为佳能G9数码相机。 所述的无线传输装置通过CDMA网络或者GPRS网络与远程分析处理控制装置连 接。 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点 —、成本低廉采用普通数码相机，价格远远低于工业用量测相机，现场无需人员 操作大大降低人力成本，维护成本也相当低，现行边坡监测的其他方法成本均大大高于本 实用新型； 二、适用广泛、实用性好传输系统采用无限传输，在手机信号覆盖区都能实现数
据传输和指令下达，不受有线网络限制，对边坡普遍分布的偏远地区尤其适用； 三、稳定安全，迅速预警经过现场工控机初步分析、压縮后，数据传输量小，不会
发生数据拥堵和传输滞后现象，且远程分析处理系统稳定、高效，保证了对危险的迅速预
图1为本实用新型的结构示意图； 图2为本实用新型的标志点的示意图； 图3为本实用新型实施例1的现场监测布置图； 图4为本实用新型实施例2的现场监测布置图； 图5为本实用新型的系统工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。 如图1、2所示，一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，包括图像 采集装置1、无线传输装置2以及远程分析处理控制装置3，所述的图像采集装置1包括多 个标志点12、数码相机10以及工控机13，所述的多个标志点12均匀设于岩土工程的待监 控处，所述的数码相机10设于多个标志点12的相对侧，该数码相机10与工控机13有线或 无线连接，所述的工控机13通过无线传输装置2与远程分析处理控制装置3无线连接。[0025] 所述的标志点12包括混凝土基座120、支撑杆121以及标志面122，所述的标志面 122通过支撑杆121设于混凝土基座120的上方，所述的标志面122为一黑底的正方形，其 中心处设有一白色的标志圆；所述的数码相机10与岩土工程待监控处的距离在50m以内； 所述的正方形标志面的尺寸为200咖*200咖，其上的标志圆直径为100mm ;所述的数码相机 10为佳能G9数码相机；所述的无线传输装置2通过CDMA网络或者GPRS网络与远程分析 处理控制装置3连接。目前国内市场上一千两百万以上像素数码相机都可以作为本系统的 监测用数码相机。 实施例1 如图3所示，本实施例用于边坡4的监控，其中图像采集装置1还包括云台11，数 码相机10以及工控机13设于云台11上，多个标志点12的混凝土基座120均匀埋设于边 坡4的地面下；云台作为固定数码相机的基座和保护数码相机、工控机等的保护罩；图3为 本实施例的现场监测布置的示意图，标志点根据实际边坡以行为单位间隔一定距离布设在 边坡上，数码相机固定在云台上，相机与边坡距离建议控制在50m以内；本实施例的其他结 构与上述描述相同。本实施例主要通过架设在云台内的数码相机对布设在边坡上的标志点 进行拍照，在本地组建有线或无线网络将图像信息传输至工控机储存并进行初步分析，运 用CDMA或GPRS无线传输将工控机初步分析、压縮得到的数字信息传输至远程服务器，远程 服务器接收、分析信息并控制数码相机拍照，对结果进行评价和预警，并针对分析结果调整 数码相机拍摄时间和拍摄间隔满足监测要求。 实施例2 如图4所示，本实施例用于隧道断面5的监控，其中数码相机10设于可通视的隧 道拱顶，多个标志点12的混凝土基座120均匀埋设于隧道断面5内；图5为本实施例的现 场监测布置的示意图，标志点根据实际隧道在断面上布设多个标志点，数码相机固定在能 够通视的隧道拱顶，相机与隧道待测断面距离建议控制在50m以内，可同时用一台数码相 机测多组通视断面。本实施例的其他结构与上述描述相同。 标志点，为配套图像处理系统开发的专用图形标志点，为黑底的白色圆形； 如图2所示，标志点采用黑底白色圆形，外部为正方形，内部为白色圆形，黑色轮廓为 200mmX200mm，中心白色标志圆直径为100mm，标志点大小可根据实际情况进行调整。标志 点下附支撑杆，材质为钢铁，底部为混凝土基础埋设在边坡地面下用以固定标志点。 工控机，与数码相机有线或无线连接，在现场采集保存原始图像，进行初步分析； 远程传输系统，可根据实际情况选用CDMA或GPRS，实现图像数据上传服务器和服务器指令 的下达；远程分析处理控制系统，在远离工地现场的控制室内，包括服务器和系统软件，进 行图像处理分析、数据储存、数据查看、系统预警和系统控制等。 图像处理时采用亚像素技术提高处理精度。首先运用重心法粗略确定圆心位置 与半径；再运用OCD法，用构造的掩模基于圆心以一定角度(20° )旋转寻找圆边缘精确位 置，得到36组圆边缘点坐标；最后基于寻找到的待测圆边缘点进行圆的最小二乘拟合，得 到圆心坐标。 本系统工作流程，详见图4。
权利要求一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，包括图像采集装置、无线传输装置以及远程分析处理控制装置，所述的图像采集装置包括多个标志点、数码相机以及工控机，所述的多个标志点均匀设于岩土工程的待监控处，所述的数码相机设于多个标志点的相对侧，该数码相机与工控机有线或无线连接，所述的工控机通过无线传输装置与远程分析处理控制装置无线连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的标志点包括混凝土基座、支撑杆以及标志面，所述的标志面通过支撑杆设于混凝土基座的上方，所述的标志面为一黑底的正方形，其中心处设有一白色的标志圆。
3. 根据权利要求2所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的图像采集装置还包括云台，所述的数码相机以及工控机设于云台上，所述的岩土工程的待监控处为边坡，所述的多个标志点的混凝土基座均匀埋设于边坡的地面下。
4. 根据权利要求2所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的岩土工程的待监控处为隧道断面，所述的数码相机设于可通视的隧道拱顶，所述的多个标志点的混凝土基座均匀埋设于隧道断面内。
5. 根据权利要求3或4所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的数码相机与岩土工程待监控处的距离在50m以内。
6. 根据权利要求5所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的正方形标志面的尺寸为200咖*200咖，其上的标志圆直径为100mm。
7. 根据权利要求6所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的数码相机为佳能G9数码相机。
8. 根据权利要求1或7所述的一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，其特征在于，所述的无线传输装置通过CDMA网络或者GPRS网络与远程分析处理控制装置连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于数字照相技术的岩土工程变形远程监控系统，包括图像采集装置、无线传输装置以及远程分析处理控制装置，所述的图像采集装置包括多个标志点、数码相机以及工控机，所述的多个标志点均匀设于岩土工程的待监控处，所述的数码相机设于多个标志点的相对侧，该数码相机与工控机有线或无线连接，所述的工控机通过无线传输装置与远程分析处理控制装置无线连接。与现有技术相比，本实用新型成本低廉、适用广泛、实用性好，并且稳定安全，可以迅速预警。
文档编号G01B11/16GK201463843SQ20092007809
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者刘学增, 叶康, 周春霖, 朱合华, 朱爱玺, 杨建华, 罗仁立 申请人:上海同岩土木工程科技有限公司