一种通信铁塔倾斜监测方法及装置与流程

本发明涉及一种通信铁塔倾斜监测方法及装置，尤其是一种用于陀螺仪倾斜监测数据去噪的方法和装置，属于自动监测技术领域。

背景技术：

通信铁塔是通信运营商的重要设备之一，主要用于无线网络信号的传输与发射。

随着物联网技术的发展，对通信铁塔的使用监测逐渐取代了人工巡检。对铁塔的倾斜监测是一项重要的工作。目前的通信铁塔监测设备中，多数使用的是陀螺仪，利用陀螺仪的数据分析铁塔的倾斜状态，进行日常维护和事故报警。

陀螺仪是一种精密仪器，虽然它有着精度高等优点，但是也有一定的不足，主要是陀螺仪在使用中会由于外界的突发因素出现一些与实际不符的特异值，由于陀螺仪的角度数据是积分运算获得的，这些异常值的存在，会对最终的陀螺仪输出的倾角数值造成一定的影响，导致陀螺仪的误判，使得陀螺仪倾向于定性分析，在定量判断方面无法达到精度要求。

尽管一些陀螺仪也有数据处理方面的措施，但是由于铁塔在野外，环境条件复杂，靠陀螺仪自身进行去噪处理无法获得满意的结果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中铁塔监测装置的陀螺仪存在特异值，无法有效去噪处理的问题，提供一种通信铁塔倾斜监测方法及装置。

一方面，本发明提供了一种通信铁塔倾斜监测方法，具体技术方案为：

通信铁塔倾斜监测方法，利用陀螺仪监测通信铁塔的倾斜状态并输出倾斜数据，所述方法还包括利用图像对比分析法对倾斜数据进行去噪处理，去噪处理过程具体包括：

步骤一确定前景图及背景图

在陀螺仪的输出倾斜数据中，选择超过设定值的数据，将每一个超过设定值的数据的数据输出时刻的视频监控中的一帧图像作为前景图，将这个超过设定值的数据的前一个数据输出时刻的视频监控中的一帧图像作为背景图，将前景图及背景图转换为灰度图像；

步骤二图像分块

将步骤一选定的前景图及背景图按照相同的方式进行分块，具体的分块方式为：

自图像的纵向边缘起截取两个以上相邻的大小相同的矩形区域，再将每个矩形区域自上向下分割成大小相同的对比区域；

步骤三图像对比

对前景图与背景图的每一个对应的对比区域进行灰度值对比，当前景图与背景图的对比区域中灰度值相同的像素点所占的百分率超过第一阈值时，这个对比区域定义为不动区域，否则为活动区域；

在全部活动区域中，将横向或纵向相互连接的活动区域定义为连接区域，当一个连接区域中的活动区域数量超过第二阈值且活动区域在任一矩形区域中纵向非贯通时，这个连接区域定义为连通区域；

步骤四前景图判断

当固定区域的数量所占的百分比超过第三阈值时，当前前景图为固定前景图；

当固定区域的数量所占的百分比不超过第三阈值时，当固定区域与连通区域之和所占的百分比超过第三阈值时，当前前景图为固定前景图，否则为活动前景图；

步骤五倾斜数据去噪

当一个超过设定值的数据的数据输出时刻对应的前景图被判断为固定前景图时，将这个超过设定值的数据舍去，将去噪后的倾斜数据作为最终数据输出。

进一步的，所述方法中第一阈值取值范围为80％-90％。

进一步的，所述方法中第二阈值取值范围为3-5。

进一步的，所述方法中第三阈值取值范围为70％-80％。

进一步的，所述方法中自图像的纵向边缘起截取3个或5个相邻的大小相同的矩形区域。

进一步的，所述方法中将每个矩形区域自上向下分割成10个大小相同的对比区域。

另一方面，本发明还提供了实现上述通信铁塔倾斜监测方法的通信铁塔监测装置，技术方案如下：

通信铁塔倾斜监测装置包括壳体、陀螺仪、处理器芯片、摄像头，壳体安装在通信铁塔的塔身，陀螺仪、处理器芯片安装在壳体内，摄像头固定在壳体下方，陀螺仪、摄像头分别与处理器芯片连接。

进一步的，所述通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体内的电源模块、io模块、4g模块，io模块分别连接处理器芯片及4g模块，4g模块用于与监控终端及用户端通信，电源模块用于为装置供电。

进一步的，所述通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体上的风速传感器、温湿度传感器、天线。

进一步的，所述通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体表面的太阳能电池板。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，利用视频监控比陀螺仪的运行更稳定的特点，通过在视频监控中提取前景图和背景图进行对比，判断铁塔相对前一时刻是否实际发生倾斜，进而对陀螺仪的数据进行去噪处理，使得陀螺仪的输出数据更接近真实值。在图像对比过程中，根据铁塔工作环境的特点，设计特定的对比方案，快速准确的实现判断。

附图说明

图1为本发明的通信铁塔倾斜监测方法的图像对比示意图；

图2为本发明的通信铁塔倾斜监测装置的整体示意图；

图3为本发明的通信铁塔倾斜监测装置壳体与器件的安装示意图。

[主要元件符号说明]

1：壳体；2：陀螺仪；3：处理器芯片；4：摄像头；5：电源模块；6：io模块；7：4g模块；8：风速传感器；9：温湿度传感器。10：天线；11：太阳能电池板。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本实施例提供的是通信铁塔倾斜监测方法，具体的方法原理如下：

通常情况下，视频监控获得的图像比陀螺仪更稳定，利用这个特点，就可以使用视频监控图像，对陀螺仪监控数据进行判断，对超出预设值的数据，根据图像的前后对比结果，判断数据输出时刻铁塔是否发生倾斜。

由于铁塔设置在野外环境中，不同于一般的不动物检测，视频中会有一些干扰物，如果直接进行灰度值对比，干扰物就会导致误判。干扰物主要包括体积较小的移动的树叶、昆虫或者其它杂物，体积较大的车辆、牲畜及路过的人等。在正常的拍摄视频的情况下，这些体积较大的干扰物是不会在图像中纵向贯通的，在纵向上只能占一部分，陀螺仪的输出数据的时间间隔通常为0.2秒左右，对于0.2秒的时间间隔，即使铁塔发生了很小的倾斜，两个图像中对应点的灰度值也会出现差异，同时在这个时间间隔中，即使是汽车也只能行驶2米左右，因此汽车在视频中的前后两个间隔0.2秒的图像中看起来是接近连续的，不会走太远，又足以造成图像灰度值的差异。利用这些特点，就可以设计出一种特殊的图像分析方法，判断两个间隔0.2秒的时刻，塔身是否发生了相对的倾斜。

本实施例的技术方案具体为：

通信铁塔倾斜监测方法，利用陀螺仪监测通信铁塔的倾斜状态并输出倾斜数据，所述方法还包括利用图像对比分析法对倾斜数据进行去噪处理，去噪处理过程具体包括：

步骤一确定前景图及背景图

在陀螺仪的输出倾斜数据中，选择超过设定值的数据，将每一个超过设定值的数据的数据输出时刻的视频监控中的一帧图像作为前景图，将这个超过设定值的数据的前一个数据输出时刻的视频监控中的一帧图像作为背景图，将前景图及背景图转换为灰度图像；

设定值根据陀螺仪实际输出的数据类型进行确定，可为角加速度、角速度或位移值，当输出数值大到可以影响倾斜判断时，就可以作为设定值的参考依据。

步骤二图像分块

将步骤一选定的前景图及背景图按照相同的方式进行分块，具体的分块方式为：

自图像的纵向边缘起截取两个以上相邻的大小相同的矩形区域，再将每个矩形区域自上向下分割成大小相同的对比区域；

矩形区域可以选3个或5个，对比区域可以分割成10块左右，每个矩形区域的宽度大小可以为整个图像的宽度的十分之一到二十分之一。

步骤三图像对比

对前景图与背景图的每一个对应的对比区域进行灰度值对比，当前景图与背景图的对比区域中灰度值相同的像素点所占的百分率超过第一阈值时，这个对比区域定义为不动区域，否则为活动区域；

第一阈值的设定主要是考虑排除一些体积较小的树叶、昆虫、杂物等干扰物的影响，第一阈值取值范围为80％-90％。

在全部活动区域中，将横向或纵向相互连接的活动区域定义为连接区域，当一个连接区域中的活动区域数量超过第二阈值且活动区域在任一矩形区域中纵向非贯通时，这个连接区域定义为连通区域；

第二阈值取值范围为3-5。连通区域的设定可以排除体积较大的干扰物的影响，连通区域不能纵向贯通，否则会与塔身实际倾斜混淆，实际中在正常拍摄角度的情况下，干扰物也不会纵向贯通。

步骤四前景图判断

当固定区域的数量所占的百分比超过第三阈值时，当前前景图为固定前景图；

当固定区域的数量所占的百分比不超过第三阈值时，当固定区域与连通区域之和所占的百分比超过第三阈值时，当前前景图为固定前景图，否则为活动前景图；

第三阈值取值范围为70％-80％，设定这个阈值主要是考虑天气等以外因素的影响，大部分对比区域判断为固定区域时，就可以判定此时铁塔并未实际发生相对倾斜。

步骤五倾斜数据去噪

当一个超过设定值的数据的数据输出时刻对应的前景图被判断为固定前景图时，将这个超过设定值的数据舍去，将去噪后的倾斜数据作为最终数据输出。也可以用前一个数据输出时刻的数据替换当前时刻数据使用。

如图1所示，一个前景图和背景图的对比实例，图中左侧为背景图，图中小物体为移动的树叶，通过图1可知，树叶、汽车这些干扰物，都可以通过本实施例的方法排除，准确的判断出铁塔并未发生实际的相对倾斜。

实施例2

本实施例提供的是实现上述监测方法的通信铁塔倾斜监测装置，如图2、图3所示，通信铁塔倾斜监测装置包括壳体1、陀螺仪2、处理器芯片3、摄像头4，壳体1安装在通信铁塔的塔身，陀螺仪2、处理器芯片3安装在壳体1内，摄像头4固定在壳体1下方，陀螺仪2、摄像头4分别与处理器芯片3连接。图像对比可以由处理器芯片3完成，也可以在监控终端完成。

优选的，通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体1内的电源模块5、io模块6、4g模块7，io模块6分别连接处理器芯片3及4g模块7，4g模块7用于与监控终端及用户端通信，电源模块5用于为装置供电。

优选的，通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体1上的风速传感器8、温湿度传感器9、天线10。

优选的，为方便装置的供电，通信铁塔倾斜监测装置还包括安装在壳体1表面的太阳能电池板11。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。