一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機及監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于地質災害滑坡位移在線監(jiān)測技術領域，具體涉及一種光電式滑坡體動 態(tài)在線監(jiān)測一體機，本發(fā)明還涉及一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機的監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 大壩、橋梁等需要實時采集沉降、位移數(shù)據(jù)，以便監(jiān)測其健康狀態(tài)，目前國內(nèi)檢測 地面沉降的方法為利用雙金屬管標儀、光電式水管沉降儀、靜力水準儀進行監(jiān)測、激光準直 系統(tǒng)、垂線坐標儀、引張線儀等。其主要是監(jiān)測造價高，安裝需要有基巖標；量程為50_，精 度0. 1mm。同時在對于位移、沉降速度快，位移、沉降深度大的地方，上述三種設備就存在了 量程不足，精度過剩的情況，只能在比較小的范圍內(nèi)開展工作，無法有效的滿足監(jiān)測要求。 并且以上設備的安裝需要鉆孔，對測量對象有嚴格的條件限制，均不適應在地質災害滑坡 體監(jiān)測上的位移監(jiān)測應用。發(fā)明一種大量程光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，結構簡單， 量程大，有助于簡單解決滑坡絕對位移監(jiān)測的難題。本方法是通過在測點發(fā)射激光，在固定 點測量激光光斑位置改變的數(shù)據(jù)，從而計算出被測點相對于固定點位置的變化情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，解決了現(xiàn)有技術中 存在的滑坡體監(jiān)測中測量精度較低，測量周期長，安裝維護復雜、環(huán)境性適應差、設備較為 昂貴的問題。
[0004] 本發(fā)明的另一目的是提供一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機的監(jiān)測方法。
[0005] 本發(fā)明所米用的第一技術方案是，一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，包括 兩套監(jiān)測系統(tǒng)，兩套監(jiān)測系統(tǒng)之間呈90度交叉設置，分別監(jiān)測東南西北4個方位的位移情 況，每套監(jiān)測系統(tǒng)均包括有激光發(fā)射器，與激光發(fā)射器處于同一水平位置處依次設置有激 光靶標和CCD攝像頭，激光靶標底部還依次設置有Y方向移動機構和X方向移動機構，CCD 攝像頭與數(shù)據(jù)處理單元、無線發(fā)射模塊和天線依次連接。
[0006] 本發(fā)明第一技術方案的特點還在于，
[0007] Y方向移動機構和X方向移動機構設置移動方向夾角呈90度。
[0008] 數(shù)據(jù)處理單元包括與(XD攝像頭連接的CPU處理器，CPU處理器又分別連接有X方 向驅動模塊、Y方向驅動模塊，X方向驅動模塊與X方向步進電機連接，Y方向驅動模塊與Y 方向步進電機連接，X方向步進電機和Y方向步進電機均連接至CCD攝像頭。
[0009] 本發(fā)明所采用的第二技術方案是，一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機的監(jiān)測 方法，具體按照以下步驟實施：
[0010] 步驟1、當(XD攝像頭5接收到光斑信號，CPU處理器將圖像首先進行中值濾波；
[0011] 步驟2、將經(jīng)過步驟1中值濾波后的信號進行二值化處理，實現(xiàn)將彩色圖片處理為 黑白二值數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟3、計算光斑中心位置；
[0013] 步驟4、根據(jù)所述步驟3得到的光斑中心位置，X方向驅動模塊、Y方向驅動模塊發(fā) 生位移；
[0014] 步驟5、當所述步驟4Χ方向驅動模塊、Υ方向驅動模塊發(fā)生位移后，（XD攝像頭5 位置改變，使光斑再次聚焦中心位置，同時計算得到滑坡位移。
[0015] 本發(fā)明第二技術方案的特點還在于，
[0016] 步驟1中中值濾波具體按照以下步驟實施：
[0017] 步驟（1. 1)、選取圖像中5*5的區(qū)域，將25個像素點應用起泡法排序；
[0018] 步驟（1. 2)、將所述步驟（1. 1)得到的中間值作為圖像區(qū)域中心點的值。
[0019] 步驟2中二值化處理具體為：
[0020] 選取二值化閾值為128,當像素點灰度大于等于128時，其值定為0,當像素點灰度 小于128時，其值定為255,從而將整個圖像變?yōu)楹诎咨?br>[0021] 步驟3采用重心法計算光斑中心位置，具體為：
[0022] 步驟（3. 1)、首先將每個像素點的灰度值乘以該像素點的橫坐標值，得到計算結果 A(al，a2,a3，…，aN)，其中Ν表示像素點的個數(shù)；
[0023] 步驟（3. 2)、將步驟（3. 1)得到的A(al，a2,a3，…，aN)求和，得到計算結果B;
[0024] 步驟（3.3)、將步驟（3.1)得到的結果B除以N個像素點的灰度值之和，得到光斑 中心位置的橫坐標X;
[0025] 步驟（3. 4)、依據(jù)步驟（3. 1)~（3. 4)同理得到光斑中心位置的縱坐標y，至此得 到光斑的中心位置坐標（X，y)。
[0026] 步驟4具體為：
[0027] 步驟（4.1)、當山體發(fā)生滑坡時，由于激光發(fā)射器1位置不變，則激光發(fā)射位置不 變，靶標隨山體移動，從而導致光斑在靶標位置相應移動，當光斑移動超出設定的閾值時， 根據(jù)步驟3計算得到的光斑中心位置坐標（X，y)，根據(jù)以下公式計算光斑移動位置：
[0028]
[0029] 其中，X。是橫向移動數(shù)據(jù)，y。是縱向移動數(shù)據(jù)，I(X，y)為每個坐標點的灰度值；
[0030] 步驟（4. 2)、當步驟（4. 1)計算出光斑中心位置的偏移距離后，數(shù)據(jù)處理單元把數(shù) 據(jù)^通過串口發(fā)送給X方向驅動模塊，同時將數(shù)據(jù)yc通過串口發(fā)送給Y方向驅動模塊；
[0031] 步驟（4.3)、X方向驅動模塊將數(shù)據(jù)X。取反口，驅動步進電機走x0距離；Y方向驅 動模塊將數(shù)據(jù)％取反后，驅動步進電機走yc距離，使得光斑處于靶標中心位置；
[0032] 步驟（4. 4)、由于相鄰兩個像素中心間距為0. 1mm，所以得到X方向滑坡距離為 0· 1*χ〇πιπι，y方向滑坡距離為0· 1巧。臟。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是，一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，滑坡位移監(jiān)測一 體機是通過在被測點通過激光發(fā)射器發(fā)射激光，然后通過CCD攝像頭采集固定點激光靶標 上的激光光斑位置進而測量激光位置改變的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測點相 當于固定點位置變化情況。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機其中一套監(jiān)測系統(tǒng)的結構 示意圖。
[0035] 圖中，1.激光發(fā)射器，2.X方向移動機構，3.Y方向移動機構，4.激光靶標，5.C⑶攝 像頭，6.數(shù)據(jù)處理單元，7.無線發(fā)射模塊，8.天線。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0037] 本發(fā)明一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，結構圖如圖1所示，包括兩套監(jiān) 測系統(tǒng)，兩套監(jiān)測系統(tǒng)之間呈90度交叉設置，分別監(jiān)測滑坡體測點三個方位的位移情況， 每套監(jiān)測系統(tǒng)均包括有激光發(fā)射器1，與激光發(fā)射器1處于同一水平位置處依次設置有激 光靶標4和CCD攝像頭5,激光靶標4底部還依次設置有Y方向移動機構3和X方向移動機 構2,Y方向移動機構3和X方向移動機構2設置移動方向夾角呈90度，CCD攝像頭5與數(shù) 據(jù)處理單元6、無線發(fā)射模塊7和天線8依次連接，數(shù)據(jù)處理單元6包括與CCD攝像頭5連 接的CPU處理器，CPU處理器又分別連接有X方向驅動模塊、Y方向驅動模塊，X方向驅動模 塊與X方向步進電機連接，Y方向驅動模塊與Y方向步進電機連接，所述X方向步進電機和 Y方向步進電機均連接至CCD攝像頭5。
[0038] 本發(fā)明一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，工作原理如下：
[0039] 每套監(jiān)測系統(tǒng)分為兩部分：分別為X方向和y方向，X方向和y方向的監(jiān)測角度相 差90度，由Y方向移動機構3和X方向移動機構2實現(xiàn)，每部分包括發(fā)射、接收兩部分功能， 激光發(fā)射端一一激光發(fā)射器1固定在位置被測點一一動點（滑坡點），激光接收端一一激光 靶標4位于固定點，又稱為基準點。
[0040] 初始時，激光發(fā)射器1射出的激光光斑位于CCD攝像頭中心位置，如當被測點下降 時，相應的激光發(fā)射器1的位置也隨之下降，光斑在CCD攝像頭上的位置上升，此時，CCD攝 像頭5上激光斑位置改變的信息會傳遞給數(shù)據(jù)處理單元6的CPU處理器，CPU處理器根據(jù) 接收到的激光斑位置改變數(shù)據(jù)，即可計算出被測點下降的距離，同理可測出上升距離，通過 兩套系統(tǒng)布置也可測出水平二維位移距離，同時利用兩套系統(tǒng)解算處理后可得自校準誤差 提高測量精度。
[0041] 當被測點發(fā)生移動，光斑偏移過大時，有可能超出監(jiān)測范圍，此時需要將CCD攝像 頭5相應移動，而移動的動力則依靠Y方向移動機構3和X方向移動機構2,以此使激光發(fā) 射器1發(fā)射出的激光光斑恢復在CCD攝像頭5中心位置，同時將初始值重新設置。
[0042] 本發(fā)明一種光電式滑坡體動態(tài)在線監(jiān)測一體機，具體工作過程如下：
[0043] 整個系統(tǒng)滑坡位移采集處理的流程為：上電后系統(tǒng)先初始化，即設定通信速率，時 鐘頻率等參數(shù)，接下來進行系統(tǒng)自檢，即首先讓激光發(fā)射器1發(fā)出激光，激光打在激光靶標 4上，此時CCD攝像頭5接收到激光束，說明系統(tǒng)發(fā)射接收部分均無故障，在此不進行機械 系統(tǒng)的自檢。系統(tǒng)自檢完成，重新打開激光發(fā)射器1，CCD攝