CN104931021A - 一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置，包括：图像采集模块，用于获取裂缝的状况，生成裂缝图像；方位确定模块，用于确定所述裂缝的方位，并标记在所述裂缝图像上，生成标记图像；图像处理模块，用于分析所述裂缝图像，生成裂缝参数，并将所述裂缝参数标记在所述标记图像上，生成成果图像；存储模块，用于存储所述裂缝图像和所述成果图像。这样就能使得观测裂缝的数据更加准确，可靠性高，操作简便，从而有效的提高了裂缝监测的效率。

Description

一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置

技术领域

本发明涉及裂缝观测领域，具体涉及一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置。

背景技术

地质灾害专业监测包括几何形变监测、影响因素监测以及应力应变监测等内容，其中地裂缝的发育可反映变形体宏观变形情况，是地质灾害几何形变监测的关键内容，为地质灾害监测预警提供重要的数据支撑。

建(构)筑物变形监测与质量检测包含平面位移监测、垂直位移监测、倾斜(垂直度)监测、裂缝监测、应力应变监测以及结构完整性、材料受力检测等内容。结构裂缝发育情况不仅反映结构变形情况，同时反映了结构应力分布情况，因此裂缝监测是结构变形监测与质量检测的重要内容，对结构安全状态的掌控具有重要意义。

目前，用于裂缝监测的设备主要有读数显微镜、测缝计以及裂缝测宽仪等，其中读数显微镜观测利用光学显微原理实现裂缝的放大与量取；测缝计预先埋设至结构物表面或内部，主要利用振弦式传感原理实现裂缝变形情况观测；裂缝测宽仪主要利用红外扫描与成像原理实现裂缝宽度测量。

上述几种设备或观测装置存在的问题主要有以下几点：

1、监测参数单一，目前该类设备多侧重于裂缝宽度参数的观测；

2、自动化程度低，在室内和在户外的业工作时间界线明显。由于需要有技术员定期到达监测点进行手动操作、记录，而后进行观测数据内业整理与分析，监测效率较为低下；

3、设备预先埋设或观测标志预先建立要求较高。为保证观测精度测缝计埋设须严格安装其要求进行，采用裂缝测宽仪或读书显微镜时须建立明显观测标志，一旦观测标志受损，将造成监测数据序列中断；

4、观测数据内符合精度难以保证。由于上述几种观测设备或观测方式受人为因素影响较大，从而造成多期观测数据较差甚至超过真实变形量。

因此，提出一种新的裂缝观测装置，将成为技术人员需要考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供了一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置，使得观测的数据更加准确，可靠性高，操作简便，从而有效的提高了裂缝监测的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置，包括：

图像采集模块，用于获取裂缝的状况，生成裂缝图像；

方位确定模块，用于确定所述裂缝的方位，并标记在所述裂缝图像上，生成标记图像；

图像处理模块，用于分析所述裂缝图像，生成裂缝参数，并将所述裂缝参数标记在所述标记图像上，生成成果图像；

存储模块，用于存储所述裂缝图像和所述成果图像。

优选地，所述图像采集模块包括：定焦数码镜头和标定模块，所述定焦数码镜头，用于获取所述裂缝的状况；所述标定模块，由相互垂直的两组三角形框标组成，用于标定物像尺度，并对所述定焦数码镜头的畸变改正。

优选地，所述方位确定模块包括：GPS***和电子罗盘以及双轴倾角传感器，所述GPS***，用于获取所述裂缝的地理位置，并将所述地理位置标注在所述裂缝图像上，所述地理位置包括经度和纬度；所述电子罗盘，用于确定所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向，生成方位角，并将所述方位角标注在所述裂缝图像上；所述双轴倾角传感器，用于确定所述裂缝在所述地理位置发育的垂直方向，生成倾斜角，并将所述倾斜角标注在所述裂缝图像上。

优选地，所述电子罗盘上设置有倾角传感器，用于对所述电子罗盘倾斜时所测得的所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向进行补偿。

优选地，所述裂缝参数包括：观测时间和裂缝宽度以及观测误差。

优选地，所述装置还设置有无线通讯模块，用于将所述成果图像发送至目标地址。

优选地，所述成果图像发送至目标地址采用GPRS或GSM通讯模式进行通讯。

优选地，所述装置还设置有显示屏，用于显示所述裂缝图像或成果图像或所述裂缝的状况。

优选地，所述显示屏上设置有屏幕保护盖，用于保护所述显示屏。

优选地，所述存储模块为集成在所述装置的内存或SD卡。

本发明的有益效果在于，测量参数方面，本装置实现了多参数观测，与现有技术侧重于裂缝宽度参数的观测相比，本装置得到的参数不仅包括裂缝宽度，还包括：倾斜角，方位角，观测地点的经纬度，观测时间等相关参数，使观测的数据的更加具体，全面，能够实现在裂缝的分析研究时提供全面真实的数据；自动化方面，本装置实现了装置自动记录观测地点，时间，倾斜角，方位角等相关信息，这样就避免人工了手动操作，同时由于本装置把数据直接存储在图相上，就避免了后期人工对数据整理的步骤，从而有效的提高了测量的效率；灵活度方面，本装置不需要通过预先埋设或观测标志的预先建立，就能实现精准的对裂缝的观测，这样就降低了对裂缝观测的要求，使得裂缝观测灵活度更高；数据准确性方面，由于本装置测量时受到的人为影响较小，就使得测量的结果更加客观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的中标定模块的结构示意图；

图3是本发明观测过程中的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要思想是，通过图像采集模块来采集裂缝的实时状况，从而生成裂缝图像，之后，通过方位确定模块来确定实际裂缝的方位，标记在裂缝图像上，同时，图像处理模块也在对缝图像进行分析，生成裂缝参数，并将裂缝参数记录到方位确定模块标记过的裂缝图像上，生成成果图像；最后把裂缝图像和成果图像统一存储到存储模块中。这样就使得观测的数据更加准确，可靠性高，操作简便，从而有效的提高了裂缝监测的效率。

参照图1所示，本发明包括：图像采集模块101，方位确定模块102，图像处理模块103，存储模块104，无线通讯模块105以及显示屏106。

图像采集模块101，用于获取所述裂缝的状况，生成裂缝图像；

方位确定模块102，用于确定所述裂缝的方位，并标记在所述裂缝图像上，生成标记图像；

图像处理模块103，用于分析所述裂缝图像，生成裂缝参数，并将所述裂缝参数标记在所述标记图像上，生成成果图像；

存储模块104，用于存储所述裂缝图像和所述成果图像。

图像采集模块101包括：定焦数码镜头1011和标定模块1012以及LED(发光二极管)灯1013；所述定焦数码镜头1011，用于获取所述裂缝的状况；作为优选，定焦数码镜头1011的像素值大于100万，这样就能保证获取图像的清晰度，数码镜头采用定焦数码镜头1011优点在于他具有大光圈，获得图像的画质高。可依据镜头内方位元素(x₀y₀f)设计装置外观尺寸(包括直径和母线长度)，最终获取最佳数字图像。参照图1或图2所示，所述标定模块1012，由相互垂直的两组三角形框标组成，用于标定物像尺度，并对所述定焦数码镜头的畸变改正。该框标任意两支框标之间的尺寸可精确得到，成像后通过对所述框标提取可解算像平面尺度关系以及明确观测误差；LED灯1013，用于对裂缝的光线起到补充作用，从而提高获取的裂缝图像效果。

方位确定模块102包括：双轴倾角传感器1021和电子罗盘1022以及GPS(全球定位***)***1023，所述GPS***1023，用于获取所述裂缝的地理位置，并将所述地理位置标注在所述缝图像上，所述地理位置包括经度和纬度；所述双轴倾角传感器1021，用于通过测量静态重力加速度的变化来确定所述裂缝在所述地理位置发育的垂直方向，生成倾斜角，并将所述倾斜角标注在所述裂缝图像上。双轴倾角传感器1021具有显著的负载能力和非常好的冲击耐久性，通过双轴的配合可以实现360度倾角的测量，同时可以使用内部滤波功能，以实现在振动场合测量倾角的目标。所述电子罗盘1022，用于通过电子技术利用地磁场来指定磁北方向，确定所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向，生成方位角，并将所述方位角标注在所述裂缝图像上；电子罗盘1022上设置有倾角传感器，这样就克服了电子罗盘1022在使用过程中的严格限制，使得电子罗盘1022倾斜时所测得的所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向进行补偿，这样就大大的提高裂缝发育方位观测数据的可靠性。

图像处理模块103，用于通过点、线特征提取与定位处理，解算目标裂缝宽度，评定其观测精度，经过图像融合算法分析所述裂缝图像，生成观测时间、裂缝宽度、观测误差等裂缝参数，并将所述裂缝参数标记在所述标记图像上，生成成果图像。观测时间是裂缝图像成像时从***获得的时间；

参照图1或图3所示，O为定焦数码镜头1011的焦点；L为视野内左框标；R为视野内右框标；S为裂缝实际宽度；D为视野内的左右框标实际尺寸，s为裂缝图上尺寸；d视野内左右框标图上尺寸；其中，D在标定模块1012设定时就可精确得到，s和d均自动读取获得；因此，裂缝宽度的实际尺寸计算公式为：S＝D*s/d；

裂缝观测误差通过下式计算：

$m_S^2={\left(\frac{s}{d}\right)}^2{m}_D^2+{\left(\frac{D}{d}\right)}^2{m}_s^2+\left(\frac{S\·D}{d^2}\right)m_d^2$ 得到。其中，s表示像方被测裂缝尺度，d表示像方框标尺度，S表示物方裂缝尺度，D表示物方框标尺度，表示裂缝成像中误差，表示框标标定中误差，表示框标成像中误差。

存储模块104，为可插拔的SD(基于半导体闪存工艺的存储卡)卡或集成在装置的内部存储，用于存储所述裂缝图像和所述成果图像。SD卡是一种基于半导体闪存工艺的存储卡，具有大容量、高性能、安全的特点。

无线通讯模块105，用于将所述成果图像发送至目标地址，成果图像发送时采用GPRS(分组交换通信技术)或GSM(全球移动通讯***)通讯模式进行发送，这样可以有效的保证在外做业时观测信息及时发送至指定地址，实现在室内作业，和在室外做业一体化的目的。

显示屏106，用于显示所述裂缝图像或成果图像或所述裂缝的状况，并且在所述显示屏106上设置屏幕保护盖1061，屏幕保护盖1061可以有效的保护显示屏106，进而有效的减少在室外工作对显示屏幕106的划伤。

USB接口，用于对存储模块104内的裂缝图像或成果图像进行读取或将其他资料写在存储模块104内。电池为不少于1块的可充电大容量锂电池，能有效的满足长期野外工作设备供电的需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于近景摄影测量的裂缝多参数观测装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于获取裂缝的状况，生成裂缝图像；

方位确定模块，用于确定所述裂缝的方位，并标记在所述裂缝图像上，生成标记图像；

图像处理模块，用于分析所述裂缝图像，生成裂缝参数，并将所述裂缝参数标记在所述标记图像上，生成成果图像；

存储模块，用于存储所述裂缝图像和所述成果图像。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述图像采集模块包括：定焦数码镜头和标定模块，所述定焦数码镜头，用于获取所述裂缝的状况；所述标定模块，由相互垂直的两组三角形框标组成，用于标定物像尺度，并对所述定焦数码镜头的畸变改正。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述方位确定模块包括：GPS***和电子罗盘以及双轴倾角传感器，所述GPS***，用于获取所述裂缝的地理位置，并将所述地理位置标注在所述裂缝图像上，所述地理位置包括经度和纬度；

所述电子罗盘，用于确定所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向，生成方位角，并将所述方位角标注在所述裂缝图像上；

所述双轴倾角传感器，用于确定所述裂缝在所述地理位置发育的垂直方向，生成倾斜角，并将所述倾斜角标注在所述裂缝图像上。

4.如权利要求3所述装置，其特征在于，所述电子罗盘上设置有倾角传感器，用于对所述电子罗盘倾斜时所测得的所述裂缝在所述地理位置发育的水平方向进行补偿。

5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述裂缝参数包括：观测时间和裂缝宽度以及观测误差。

6.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还设置有无线通讯模块，用于将所述成果图像发送至目标地址。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述成果图像发送至目标地址采用GPRS或GSM通讯模式进行通讯。

8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还设置有显示屏，用于显示所述裂缝图像或成果图像或所述裂缝的状况。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述显示屏上设置有屏幕保护盖，用于保护所述显示屏。

10.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述存储模块为集成在所述装置的内存或SD卡。