一種能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道地質(zhì)監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道的出現(xiàn)讓交通實(shí)現(xiàn)了立體化，要想隧道為人類服務(wù)，就必須對(duì)隧道地質(zhì)有充 分的了解。隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置用來(lái)監(jiān)控隧道的地質(zhì)，從而為安全使用隧道提供支持，傳統(tǒng)的 隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置自主性差，不具備識(shí)別功能。本裝置旨在發(fā)明一種能夠自主進(jìn)行識(shí)別的 隧道地質(zhì)檢測(cè)裝置。
[0003]目標(biāo)輪廓識(shí)別作為目標(biāo)識(shí)別的重要手段，由于實(shí)際應(yīng)用中受到噪聲、量化誤差等 因素的影響，目標(biāo)輪廓不可避免地會(huì)產(chǎn)生失真，為了準(zhǔn)確描述輪廓特征，目標(biāo)輪廓的濾波平 滑處理是十分必要的。目前，學(xué)者們提出了許多含噪輪廓的濾波平滑算法，但是普遍存在計(jì) 算量龐大、降噪效果不理想、容易發(fā)生過(guò)度濾波導(dǎo)致目標(biāo)失真等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置。
[0005] 本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置，包括普通隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置和安裝在隧 道地質(zhì)監(jiān)控裝置上的目標(biāo)識(shí)別裝置，該隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，目標(biāo) 識(shí)別裝置能夠根據(jù)目標(biāo)輪廓對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，其特征是，包括建模模塊、分段模塊、合并模 塊和濾波t吳塊；
[0007] 建模模塊，用于建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓G(t)，其弧長(zhǎng)參 數(shù)化方程表示為G(t) = (x(t)，y(t))，其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，t表示輪廓 曲線方程的參數(shù)，且te[0，i];
[0008] 含噪輪廓的弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為:6〃(〇=6(〇+仏（〇+仏（〇6(〇,其中加性噪 聲部分Ni(t)=Ni(xi(t)，yi(t))，乘性噪聲部分N2(t)=N2(X2(t)，y2(t));
[0009] 分段模塊，用于對(duì)輪廓的分段：目標(biāo)輪廓G(t)和含噪輪廓GN(t)所對(duì)應(yīng)的曲率分別 為k(t)和k N(t);選寬度寬度為D的窗函數(shù)W(n)，對(duì)曲率kN(t)進(jìn)行鄰域平均，得到平均曲率 k1N( t)，同時(shí)對(duì)窗口內(nèi)的曲率值排序，選定中值曲率k2N( t)，將平均曲率k1N( t)和中值曲率k2N (t)差的絕對(duì)值與選定的閾值^進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定含噪輪廓曲率k^U)，即：
[0010] 當(dāng) |kiN(t)-k2N(t) I
[0011] 否則，
[0012] 由于曲率值較大的輪廓點(diǎn)通常反映了目標(biāo)的顯著特征，根據(jù)k%(t)將輪廓中所有 輪廓點(diǎn)劃分為特征點(diǎn)或非特征點(diǎn)，設(shè)定可變權(quán)值Τκ，通過(guò)判斷目標(biāo)輪廓特征多少，自適應(yīng)的 決定Τκ，
[0013] 當(dāng) | k7 N(t) | <TK*max | k7 N(t) | 時(shí)，特征函數(shù) f(t) =0
[0014] 否則，特征函數(shù)f(t) = l。
[0015] 合并模塊：用于剔除由于噪聲干擾產(chǎn)生的偽特征點(diǎn)，以及對(duì)無(wú)法形成連續(xù)區(qū)域的 特征點(diǎn)和非特征點(diǎn)進(jìn)行合并操作，從而得到有效的特征區(qū)域與非特征區(qū)域:選定一個(gè)起始 點(diǎn)〇,輪廓起始點(diǎn)向兩側(cè)延伸合并相鄰的點(diǎn)，以該起始點(diǎn)類型作為該區(qū)域預(yù)設(shè)類型，向兩側(cè) 延伸各SXyQ時(shí)停止，其中S為預(yù)設(shè)的最小長(zhǎng)度
.為0點(diǎn)處的實(shí)時(shí)曲率修 正系數(shù)，_代表0點(diǎn)的曲率半徑，^1代表由上述窗函數(shù)得到的0點(diǎn)的平均曲率半徑，實(shí) 時(shí)曲率修正系數(shù)用于根據(jù)不同點(diǎn)的曲率不同，自動(dòng)修正延伸長(zhǎng)度，能有效減小合并后的 失真現(xiàn)象;分別計(jì)算兩側(cè)區(qū)域內(nèi)相異點(diǎn)的個(gè)數(shù)Ν+1和Ν-1，若相異點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于設(shè)定的該類 型相異點(diǎn)最小個(gè)數(shù)，則該區(qū)域與預(yù)設(shè)類型相同，否則，與預(yù)設(shè)類型相反;再以兩個(gè)停止點(diǎn)〇 +1 和點(diǎn)0-1作為起始點(diǎn)重新開(kāi)始計(jì)算，向外側(cè)延伸時(shí)停止，其中 代表點(diǎn)〇+1和點(diǎn)Ο-i處的實(shí)時(shí)曲率修正系數(shù)，〇 +1兩側(cè)區(qū)域內(nèi)相異點(diǎn)個(gè)數(shù)為Ν+2,0^兩側(cè)區(qū)域內(nèi) 相異點(diǎn)個(gè)數(shù)為Ν-2,根據(jù)上述判定條件，依次確定各段輪廓類型，長(zhǎng)度不足S的部分根據(jù)其與S 的比例計(jì)算相異點(diǎn)個(gè)數(shù)，計(jì)入相應(yīng)的特征區(qū)域;對(duì)相鄰的同類型區(qū)域進(jìn)行合并，得到連續(xù)的 特征區(qū)域和非特征區(qū)域；
[0016] 濾波模塊:乘性噪聲由于和圖像信號(hào)是相關(guān)的，隨圖像信號(hào)的變化而變化，采用維 納濾波來(lái)進(jìn)行一級(jí)濾除，此時(shí)圖像信息還包含有殘余乘性噪音，通過(guò)F濾波器F(x，y)=qX exp(_(x 2+y2)/P2進(jìn)行二級(jí)濾除，其中q是將函數(shù)歸一化的系數(shù)，即：JJqXexp(-(x 2+y2)/P2) dxdy = l，β為圖像模板參數(shù)；
[0017]乘性噪聲濾除后，含噪目標(biāo)輪廓的弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為6〃(丨）'=6(〇+見(jiàn)(〇;假 設(shè)加性噪聲為高斯白噪聲:XN(t) ' = X(t)+gi(t，〇2)，yN(t) ' =y(t)+g2(t，〇2)，其中xN(t) ' 和 yN(t)'分別表示去除乘性噪聲后含噪輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)，gl(t，〇 2)和g2(t，〇2)分別是均值為 零、方差為σ 2的高斯白噪聲，用于模擬含噪目標(biāo)輪廓中的加性噪聲；
[0018] 采用函數(shù)k(t，〇)=^：e-t對(duì)含噪輪廓進(jìn)行平滑，命名為Κ濾波器，經(jīng)過(guò)輪廓點(diǎn)分 σγ2π 類和區(qū)域劃分，含噪輪廓GN(t)'表示為不同類型輪廓分段的組合:G5(t)K(t) + EiGr(t)， 其中Gf (t)表示包含特征區(qū)域的輪廓分段，(t)表示包含非特征區(qū)域的輪廓分段，根據(jù) 輪廓特征分布選取K濾波器的參數(shù)，同時(shí)考慮全局特征和局部特征因素，在特征區(qū)域，為了 保留細(xì)節(jié)信息，令σ玄11111： 1(〇'_/「^\〇1);在非特征區(qū)域，為了提高抑制噪聲的效果，令 'σ > max(0'，Ρ.? Χ σ?)，其中〇/為先驗(yàn)估算得到的全局方差，〇1為所選特征區(qū)域的先驗(yàn)估算 方差，σ〇為所選非特征區(qū)域的先驗(yàn)估算方差，Pi:為所選特征區(qū)域的平均實(shí)時(shí)曲率修正系 數(shù)，為所選非特征區(qū)域的平均實(shí)時(shí)曲率修正系數(shù);為了達(dá)到較好的平滑效果，選取每種類 型區(qū)域最小長(zhǎng)度S的一半作為K濾波器85%置信區(qū)間的長(zhǎng)度，從而根據(jù)兩類區(qū)域的長(zhǎng)度自適 應(yīng)不同參數(shù)的K濾波器。
[0019] 本發(fā)明通過(guò)在隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置上加裝目標(biāo)識(shí)別裝置，能夠有效增強(qiáng)隧道地質(zhì)監(jiān) 控裝置的環(huán)境適應(yīng)能力，隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置通過(guò)目標(biāo)輪廓識(shí)別目標(biāo)，識(shí)別過(guò)程中能有效濾 除目標(biāo)輪廓噪聲，從而對(duì)目標(biāo)種類做出正確識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0021] 圖1是本發(fā)明的能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，其包括:建模模塊、分段模塊、合并模塊、濾波模塊。
[0024] 實(shí)施例1: 一種能夠自主作業(yè)的隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置，包括普通隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置和 安裝在隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置上的目標(biāo)識(shí)別裝置，該隧道地質(zhì)監(jiān)控裝置具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能 力，目標(biāo)識(shí)別裝置能夠根據(jù)目標(biāo)輪廓對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，其特征是，包括建模模塊、分段模塊、 合并模塊和濾波模塊；
[0025] 建模模塊，用于建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓G(t)，其弧長(zhǎng)參 數(shù)化方程表示為G(t) = (x(t)，y(t))，其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，t表示輪廓 曲線方程的參數(shù)，且te[0，i];
[0026] 含噪輪廓的弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為AWOiGUHNKO+NVOGU)，其中加性噪 聲部分Ni(t)=Ni(xi(t)，yi(t))，乘性噪聲部分N2(t)=N2(X2(t)，y2(t));
[0027] 分段模塊，用于對(duì)輪廓的分段：目標(biāo)輪廓G(t)和含噪輪廓GN(t)所對(duì)應(yīng)的曲率分別 為k(t)和k N(t);由于受到噪聲的影響，含噪輪廓GN(t)上部分特征點(diǎn)的曲率值kN(t)不能準(zhǔn) 確表示輪廓信息，為了得到準(zhǔn)確的曲率，選寬度為De {7，9}的窗函數(shù)W(n)，對(duì)曲率kN( t)進(jìn) 行鄰域平均，得到平均曲率kiN( t)，同時(shí)對(duì)窗口內(nèi)的曲率值排序，選定中值曲率k2N( t)，將平 均曲率k1N(t)和中值曲率k2N(t)差的絕對(duì)值與選定的閾值1^ = 0.24進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果 決定含噪輪廓曲率k'U)，即：
[0028] 當(dāng) |klN(t)-k2N(t) | >Τι時(shí)，1^Ν(〇=1αΝα)
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