專利名稱：平面誤差測量分析系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉一種測量裝置，特別是涉及一種平面誤差測量分析系統(tǒng)及方法。
背景技術：
一個基礎設施工程平面的鋪設和后期運營過程中，不可避免都會受到地質運動變化而發(fā)現(xiàn)沉降或隆起，由于沉降或隆起不均勻，會引起工程平面下沉或彎折，從而影響工程施工中平穩(wěn)性與安全性。為了實時能了解平面在荷載作用下的沉降以及隆起的變化趨勢，以便提前采取有效措施，避免事故的發(fā)生，因此必須對平面作實時測量，才能保證該類結構長期安全運行，避免意外事故的發(fā)生。然而，相對于現(xiàn)有技術的測量方法要實現(xiàn)遠距離非接觸式實時測量要求，還要有很多待解決的問題。本發(fā)明中采用光學測量方式解決工程施工中遠距離實時測量問題，并且光學測量也將是以后工程測量的一種發(fā)展趨勢。申請?zhí)枮?00810222753. I的本發(fā)明涉及一種利用激光遠程測量路基沉降的裝置與方法。裝置由底板和測桿組成的沉降測量樁、點光源、固定觀察樁、激光測量單元，以及測量信號傳輸單元、中央處理單元和電源模塊。在待測點埋設沉降檢測樁，在其上安置點光源，使之與待測點處路基同步沉降；點光源通過激光測量單元的透鏡成像，像點A'于光電探測器上，由像點位移量，算出點光源物點位移量，即待測點地基沉降量。申請?zhí)枮?01110158946. 7本發(fā)明公開了一種激光沉降撓度測量儀，包括一組以上的相互配合的發(fā)射單元和接收單元，發(fā)射單元為用來對接收單元發(fā)射激光束的激光器，接收單元包括線陣CCD圖像采集單元、分析與處理系統(tǒng)以及電源，線陣CCD圖像采集單元采集激光束并轉換為電信號傳送分析與處理系統(tǒng)，分析與處理系統(tǒng)對電信號進行處理后判斷沉降變形。申請?zhí)枮?01110297956. 9本發(fā)明公開了路基沉降遠程自動測量系統(tǒng)，包括測量終端、光纖傳感終端和傳輸光纜，傳輸光纜與光纖傳感終端和測量終端相連接；光纖傳感終端包括光分路器、光纖位移編碼裝置、外殼和傳動裝置；光分路器、光纖位移編碼裝置和傳動裝置安置在外殼內(nèi)，光分路器與所述光纖位移編碼裝置相連接。利用光纖傳感終端的外殼和傳動裝置將路基沉降的位移量轉換為沿光纖傳輸?shù)墓鈱W編碼，并由傳輸光纜遠程傳輸至測量終端，在測量終端中進行光電轉換、分析處理、存儲、顯示、報警等操作，最終實現(xiàn)對路基沉降的實時、遠程、自動測量，其適用于地形復雜、自然環(huán)境惡劣的路基沉降測量領域。上述專利存在的問題是，雖都采用光學測量方式但仍存在缺點一、測量的精度低，實施專業(yè)化要求高，不具備普遍性；二、選擇基準點時，穩(wěn)定性差，實現(xiàn)測量的結構復雜；三、在測量距離上有所限制；四、數(shù)據(jù)不能實時測量和分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平面誤差測量分析系統(tǒng)，提出一種基于激光成像，采用嵌入式計算方法和圖像分析計算方法，通過測量激光源光斑中心的偏移，可測量微小位移值，該方法計算方法簡單、計算結果精確度高、成本低及易于敷設等優(yōu)點。
本發(fā)明采取以下技術方案
一種平面誤差測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一組以上的相互配合的激光源、激光靶面和監(jiān)測分析裝置，所述激光源為用來對激光靶面發(fā)射激光束的激光器；所述激光靶面對激光源發(fā)射的光斑即時投影成像；所述監(jiān)測分析裝置用于采集激光靶面上激光源發(fā)射的光斑圖像信息、信息分析處理。所述監(jiān)測分析裝置包括采集圖像的感光器件、視覺分析算法模塊、測量驅動控制模塊及電源；
所述電源為蓄電池或太陽能電池中任何一種。所述感光器件在所述測量驅動控制模塊作用下對激光靶面上即時投影成像的圖像信息采集并傳送給所述視覺分析算法模塊，所述測量驅動控制模塊用于成像采集與圖像分析處理的邏輯驅動和過程實現(xiàn)，并可將多點采集的圖像信息同步傳輸至計算機進行分析 處理，所述電源與測量驅動控制模塊連接，所述監(jiān)測分析裝置在通電狀態(tài)下運行。本發(fā)明平面誤差測量分析系統(tǒng)測量的方法步驟如下
A、待檢測的平面設置起始測量基準點A放置激光源，激光源向激光靶面發(fā)射光信號；
B、兩個3D精密螺旋位移平臺夾座分別控制激光源和激光靶面，使激光光斑中心位于激光靶面中心，設定初始位置，進行基準標定及誤差校準。C、使激光靶面移至所需測量距離處，發(fā)射光信號進入激光靶面，當平面發(fā)生沉降或隆起時，激光源光斑中心位置發(fā)生偏移，通過嵌入式計算方式獲取X軸向位移Ax和y軸向位移。D、在采集點的激光靶面處增加即時捕捉激光源光斑圖像的感光器件設備；
E、在測量驅動控制模塊控制下光感器件進行圖像采集，通過信號傳輸模塊將測點實時采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進行分析計算；
F、將得出的激光源光斑中心位置坐標與激光靶面中心坐標進行誤差分析計算，求得激光靶面光斑中心位移偏離誤差；從而實現(xiàn)對基礎平面局部沉降或隆起值的實時、遠程、自動監(jiān)控。本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明通過采用坐標系變換和投影映射的測量思路和方法，將復雜測量基準平面的待測量位移進行空間轉換和坐標投影，大幅度降低待測量的測量實現(xiàn)難度；
本發(fā)明結合嵌入式計算方式和圖像分析計算發(fā)法，進一步提高待測量的測量精準度； 本發(fā)明通過結合網(wǎng)絡實時傳輸技術，實現(xiàn)連續(xù)測量采集，實現(xiàn)較低成本保障運行要
求；
本發(fā)明方法測量部署簡便易行，不受實地環(huán)境或施工條件限制；


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例下列結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖I為平面誤差測量分析系統(tǒng)的結構示意 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結構的安裝示意 圖3為本發(fā)明激光靶面激光光源成像圖示意圖；圖中
I、激光源；2、激光靶面；3、感光器件；4、視覺分析算法模塊；5、測量驅動控制模塊；6、3D精密螺旋位移平臺夾座；7、信號傳輸模塊；8、電源。
具體實施例方式下面結合附圖和典型實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1，一種平面誤差測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一組以上的相互配合的激光源
I、激光靶面2和監(jiān)測分析裝置，激光源I為用來對激光靶面2發(fā)射激光束的激光器；激光靶面2對激光源I發(fā)射的光斑即時投影成像；監(jiān)測分析裝置用于采集激光靶面2上 激光源I發(fā)射的光斑圖像信息并進行信息分析處理。監(jiān)測分析裝置包括采集圖像的感光器件3、視 覺分析算法模塊4、測量驅動控制模塊5及電源8，其中感光器件3為CMOS攝像頭，本實施例中CMOS攝像頭采用內(nèi)置于監(jiān)測分析裝置內(nèi)；蓄電池固定于測量驅動控制模塊5內(nèi)。在測量驅動控制模塊5控制下CMOS攝像頭對激光靶面2上即時投影成像的圖像信息采集，并通過無線網(wǎng)絡傳送給所述視覺分析算法模塊4，在測量驅動控制模塊5作用下再將圖像傳輸至計算機進行計算分析處理，電源8與測量驅動控制模塊5連接，監(jiān)測分析裝置在通電狀態(tài)下運行。激光源I為點光源，便于計算激光源I光斑中心，點光源為紅色光源，波長為665納米(nm)，發(fā)散度為O. 01毫弧度(mrad)的普通光源；本實施例中激光靶面2采用帶刻度的毛玻璃作為激光靶面(也可采用其它合適的材料，如硬度適中的紙面)，以ARM9開發(fā)板(MINI2440)的嵌入式處理器(Advanced RISC Machines簡稱ARM) 9開發(fā)板為硬件基礎，為了獲取高精度的光斑中心，在主要部分(main)構造函數(shù)中，構造一個定時器(timer)并與“flush O”信號槽函數(shù)綁定，在“flush O”函數(shù)中，我們完成圖像數(shù)據(jù)采集、顯示和圖像數(shù)據(jù)格式轉換以及激光光斑中心的計算。其中監(jiān)測分析裝置內(nèi)配置了互補金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor簡稱CMOS)面陣攝像頭作為圖像采集設備，基于內(nèi)置驅動(“ open (DeviceName, 0_RD0NLY) ” 和 “ read(device, Addr, Size*BPP/8) ”)兩個函數(shù)獲取圖像數(shù)據(jù)。激光源I和激光祀面2分別安裝于兩個三維(Three Dimensions簡稱3D)精密螺旋位移平臺夾座6上，3D精密螺旋位移平臺夾座6相對設置于相鄰測點處垂直路基平面安裝。如圖2、3所示，平面誤差測量分析系統(tǒng)測量的方法，其操作步驟如下
A、待檢測的路基平面設置起始測量基準點A放置激光源I的點光源，激光源I向B處設置的激光靶面2發(fā)射光信號；
B、兩個3D精密螺旋位移平臺夾座6分別控制激光靶面2和激光源1，使激光源I光斑中心位于激光靶面2中心，使用3D精密螺旋位移平臺夾座6上設有用來調(diào)整光斑中心位置的旋轉X軸向或Y軸向微調(diào)旋鈕，設定初始位置，進行基準標定及誤差校準。C、使激光靶面移至激光點光源50米外(或50米內(nèi))，發(fā)射光信號進入激光靶面，當平面發(fā)生沉降或隆起時，激光源I光斑中心位置發(fā)生偏移，通過嵌入式計算法計算獲取X軸向位移u和y軸向位移4v，應用如下嵌入式計算方式公式計算平面沉降或隆起量
權利要求
1.一種平面誤差測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一組以上的相互配合的激光源、激光靶面和監(jiān)測分析裝置，所述激光源為用來對激光靶面發(fā)射激光束的激光器；所述激光靶面對激光源發(fā)射的光斑即時投影成像；所述監(jiān)測分析裝置用于采集激光靶面上激光源發(fā)射的光斑圖像信息及信息分析處理；其特征在于所述監(jiān)測分析裝置包括采集圖像的感光器件、視覺分析算法模塊、測量驅動控制模塊及電源；所述感光器件在所述測量驅動控制模塊作用下對激光靶面上即時投影成像的圖像信息采集并傳送給所述視覺分析算法模塊，所述測量驅動控制模塊用于圖像采集與圖像分析處理的邏輯驅動和過程實現(xiàn)，并將采集的圖像信息同步傳輸至計算機進行分析處理，所述電源與測量驅動控制模塊連接，所述監(jiān)測分析裝置在通電狀態(tài)下運行。
2.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述激光源為紅色點光源。
3.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述激光靶面采用帶刻度的毛玻璃或感光紙面或能將激光光斑即時投影成像的器件平面中的任意一種。
4.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述電源為蓄電池或太陽能電池中等任何一種。
5.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述的感光器件可設置于監(jiān)測分析裝置內(nèi)或設置于監(jiān)測分析裝置外。
6.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述視覺分析算法模塊包括嵌入式計算方式和圖像分析計算方法，嵌入式計算方式通常有三種構建嵌入式計算視覺的方法DSP模式，F(xiàn)PGA模式或ARM模式；圖像分析計算方法采用重心法、曲面擬合法、橢圓擬合法。
7.根據(jù)權利要求I所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述激光源和激光靶面分別安裝于兩3D精密螺旋位移平臺夾座上，所述3D精密螺旋位移平臺夾座相對設置于相鄰測點處。
8.根據(jù)權利要求7所述的平面誤差測量分析系統(tǒng)，其特征在于所述3D精密螺旋位移平臺夾座上設有用來調(diào)整光斑中心位置的旋轉X軸向或Y軸向微調(diào)旋鈕。
9.根據(jù)權利要求I所述平面誤差測量分析系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 A、待檢測的平面設置起始測量基準點A放置激光源，激光源向激光靶面發(fā)射光信號； B、兩個3D精密螺旋位移平臺夾座分別控制激光源和激光靶面，使激光光斑中心位于激光靶面中心，設定初始位置，進行基準標定及誤差校準； C、使激光靶面移至所需測量距離處，發(fā)射光信號進入激光靶面，當平面發(fā)生沉降或隆起時，激光源光斑中心位置發(fā)生偏移，通過嵌入式計算方式獲取X軸向位移Δχ和y軸向位移； D、在采集點的激光靶面處增加即時捕捉激光源光斑圖像的感光器件設備； E、在測量驅動控制模塊控制下感光器件進行圖像采集，將通過信號傳輸模塊將測點實時采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進行分析計算； F、將得出的激光源光斑中心位置坐標與激光靶面中心坐標進行誤差分析計算，求得測點激光靶面光斑中心位移偏離 誤差；從而實現(xiàn)對基礎平面局部沉降或隆起值的實時、遠程、自動監(jiān)控。
全文摘要
本發(fā)明涉一種測量裝置，特別涉及一種平面誤差測量分析系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括一組以上相互配合的激光源、激光靶面和監(jiān)測分析裝置，激光源是對激光靶面發(fā)射激光束的激光器；激光靶面對激光源發(fā)射的光斑投影成像；監(jiān)測分析裝置用于采集激光靶面上圖像信息、信息分析處理。其中監(jiān)測分析裝置包括采集圖像的感光器件、視覺分析算法模塊、測量驅動控制模塊、電源；感光器件對激光靶面上即時投影成像的圖像信息采集并通過網(wǎng)絡傳送給視覺分析算法模塊，測量驅動控制模塊將圖像傳輸至計算機進行分析處理。本發(fā)明通過對測量坐標系中待測量位移進行變換和投影的方法，將待測量轉化為對圖像偏移量的分析和處理，降低測量難度和提升測量精度，并低成本實現(xiàn)實時測量和運行安全。
文檔編號G01C5/00GK102798377SQ20121027721
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權日2012年8月7日
發(fā)明者張東光, 邢敬宏, 仲肇中 申請人:張東光