【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及沉降监测，特别是一种激光准直式沉降自动监测方法及装置。
技术介绍
1、沉降指标在建筑安全评估中具有重要意义，对监测系统的要求日益提高。这要求监测系统在复杂环境下能够精确监测，并实时长时间地进行监测。目前国内外使用多种方法来测量桥梁沉降，包括静力水准测量、gps测量和几何水准测量等。然而，静力水准测量受到环境因素的影响(如地面震动和温度变化)，可能导致测量误差增加，并需要较长时间获得准确结果。gps测量容易受到信号遮挡、多径效应和大气延迟等因素的干扰，可能导致测量误差增加，并在某些情况下无法获得可靠的结果。几何水准测量需要建立长距离的水平视线，受到地形和建筑物等障碍的限制，在复杂地形或繁忙城市环境中操作困难，影响测量精度。
2、传统的人工测量沉降需要大量的人力和时间，尤其在大规模或长期监测项目中效率低下。同时，由于人为操作和读数的参与，人工测量容易受到人员技术水平、操作技巧和主观判断的影响，引入测量误差。传统人工测量通常是周期性的，无法提供实时监测数据，限制了对沉降变化的及时响应和控制。由于人力、时间和成本的限制，传统人工测量沉降往往只能覆盖有限数量的测点，无法提供全面的监测覆盖。在复杂地形、繁忙城市或难以到达的区域，人工测量沉降可能面临困难或无法实施，限制了监测的范围和准确性。总的来说，传统人工测量沉降存在人力和时间消耗大、误差风险高、实时监测能力差以及只能测量有限测点密度等缺点。因此，现代技术和自动化监测方法被广泛应用，以克服这些限制。
技术实现思路
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2、因此，本专利技术所要解决的问题在于现有的沉降监测方法无法实时监控大范围内建筑的沉降量，监控网络不够完整，适用范围狭窄、精度较低、成本高、自动化程度低的技术问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
4、第一方面，本专利技术实施例提供了一种激光准直式沉降自动监测方法，其包括在每一个监测点安装一个支撑结构，并在所述支撑结构上设置激光发射模块和光斑捕捉模块；所述激光发射模块将激光发射到相邻光斑捕捉模块上的靶面中央，形成激光光斑；相机拍摄激光光斑的图像并储存；嵌入式控制模块处理捕捉到的激光光斑的图像，通过定位算法计算光斑的位置，并根据所述光斑的位置计算出沉降值；信息传输模块与服务器通信，将得到的沉降数据上传至沉降监测日志。
5、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：所述在所述支撑结构(100)上设置激光发射模块(200)和光斑捕捉模块(300)包括调整设置于所述激光发射模块(200)内的激光器支架(202)，使与所述激光器支架(202)连接的激光发射器(201)发射激光到相邻监测装置的靶面(301)中央，以此串联并最终首尾相连形成闭环，使多个支撑结构(100)通过激光连接在一起对整片区域的沉降信息进行监控。
6、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：在采集所述激光光斑的图像时，所述相机(302)在成像过程中涉及多个坐标系，每个坐标系都具有对应的坐标，并且所述对应的坐标之间进行坐标转换；所述坐标系包括像素坐标系、物理坐标系、世界坐标系，以及相机坐标系。
7、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：所述嵌入式控制模块(400)处理捕捉到的激光光斑的图像包括图像预处理和滤波计算；所述图像预处理采用加权平均对所述激光光斑的图像进行灰度化处理，具体为通过对红、绿、蓝三种颜色分量值应用不同的权重进行加权求和，得到激光光斑的灰度图像；设经过处理后的光斑的灰度图像表示为f(x,y)，计算公式如下：
8、f(x,y)＝air(i,j)+big(i,j)+cib(i,j)
9、其中，ai、bi和ci为不同颜色的权数。
10、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：所述滤波计算是指对经过灰度化处理后的灰度图像通过双边滤波算法进行滤波处理，具体为保留空间距离的加权，同时增加基于灰度值的加权，计算过程为两个权重系数相乘，表达式如下：
11、
12、其中，k(i,j)为滤波后的图像，i(i,j)为原始图像，w(i,j)为归一化参数，ws(i,j)为空间接近度权值,wr(j,j)灰度相似度权值，ω为像素点邻域范围；其中：
13、
14、
15、其中，σs为空间域因子，σr为灰度域因子。
16、通过灰度域因子保留图像边缘信息，并在对光斑图像噪声滤波处理后进行边缘检测进一步进行特征提取。
17、计算每个像素点的梯度方向及幅值，包括对平滑后的图像使用sobel算子计算水平方向和竖直方向的一阶导数即图像梯度(gx(i,j)和gy(i,j))。
18、根据得到的这两幅梯度图找到边界的梯度和方向，计算公式如下：
19、
20、
21、其中，g(i,j)为平滑图像i(i,j)的梯度幅值；θ(i,j)为平滑图像i(i,j)的梯度方向。
22、在梯度计算完成之后，使用非极大值抑制，消除边缘检测带来的杂散点，定位精准的边缘同时缩小边缘线宽，并通过抑制弱边缘来完成边缘检测。
23、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：所述光斑的位置由加权灰度重心法计算得出，具体为将权值改为灰度值的平方，增加中心附近像素点的灰度值对计算结果的影响，计算公式如下：
24、
25、
26、其中，f(x,y)为图像像素灰度值，x、y为像素点横纵坐标，图像像素大小为m*n，最终求得的光斑中心为(x0，y0)。
27、作为本专利技术所述激光准直式沉降自动监测方法的一种优选方案，其中：所述根据所述光斑的位置计算出沉降值包括在嵌入式系统板(401)中，对通过所述光斑捕捉模块(300)采集到的靶面(301)形成的激光光斑变化前后的两幅图像，使用定位算法定位到两个光斑的中心坐标，也即(x1，y1)和(x2，y2)，并进行差分运算，得出前后时刻的偏移值；所述偏移值包括水平位移偏移值xa＝x2-x1，和竖直沉降偏移值ya＝y2-y1，以此得出相邻时刻的沉降区域相对沉降值(xa，ya)。
28、第二方面，为了更好地解决上述技术问题，本专利技术实施例进一步提供了一种激光准直式沉降自动监测装置，其包括支撑结构，包括上层盖板、支撑板、背板，以及光检测面；所述上层盖板与所述光检测面的顶部连接，所述背板与所述光检测面通过所述支撑板连接；激光发射模块，包括激光发射器和激光器支架；所述激光发射器通过所述激光器支架固定在所述支撑板上；光斑捕捉模块，包括靶面、相机和相机支架；所述靶面设置于所述激光发射器的出光口底部；所述相机通过所述相机支架固定在所述支撑板上；嵌入式控制模块，包括嵌入式系统板和倾角传感器；所述倾角传感器与嵌入式系统板设置于所述背板上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述在所述支撑结构(100)上设置激光发射模块(200)和光斑捕捉模块(300)包括调整设置于所述激光发射模块(200)内的激光器支架(202)，使与所述激光器支架(202)连接的激光发射器(201)发射激光到相邻监测装置的靶面(301)中央，以此串联并最终首尾相连形成闭环，使多个支撑结构(100)通过激光连接在一起对整片区域的沉降信息进行监控。
3.如权利要求2所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：在采集所述激光光斑的图像时，所述相机(302)在成像过程中涉及多个坐标系，每个坐标系都具有对应的坐标，并且所述对应的坐标之间进行坐标转换；
4.如权利要求3所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述嵌入式控制模块(400)处理捕捉到的激光光斑的图像包括图像预处理和滤波计算；
5.如权利要求4所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述滤波计算是指对经过灰度化处理后的灰度图像通过双边滤波算法进行滤波处
6.如权利要求5所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述光斑的位置由加权灰度重心法计算得出，具体为将权值改为灰度值的平方，增加中心附近像素点的灰度值对计算结果的影响，计算公式如下：
7.如权利要求6所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述根据所述光斑的位置计算出沉降值包括，
8.一种激光准直式沉降自动监测装置，基于权利要求1～7任一所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：包括，
9.如权利要求8所述的激光准直式沉降自动监测装置，其特征在于：所述支撑板(102)包括第一支撑板(102a)和第二支撑板(102b)，所述光检测面(104)包括第一光检测面(104a)和第二光检测面(104b)；
10.如权利要求9所述的激光准直式沉降自动监测装置，其特征在于：还包括信息传输模块(500)，所述信息传输模块(500)设置于所述背板(103)上，且与嵌入式系统板(401)电性连接。
...【技术特征摘要】
1.一种激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述在所述支撑结构(100)上设置激光发射模块(200)和光斑捕捉模块(300)包括调整设置于所述激光发射模块(200)内的激光器支架(202)，使与所述激光器支架(202)连接的激光发射器(201)发射激光到相邻监测装置的靶面(301)中央，以此串联并最终首尾相连形成闭环，使多个支撑结构(100)通过激光连接在一起对整片区域的沉降信息进行监控。
3.如权利要求2所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：在采集所述激光光斑的图像时，所述相机(302)在成像过程中涉及多个坐标系，每个坐标系都具有对应的坐标，并且所述对应的坐标之间进行坐标转换；
4.如权利要求3所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述嵌入式控制模块(400)处理捕捉到的激光光斑的图像包括图像预处理和滤波计算；
5.如权利要求4所述的激光准直式沉降自动监测方法，其特征在于：所述滤波计算是指对经过灰度化处理后的灰度图像通过双边滤波...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨明来，王轩，曹振丰，刘志伟，席泽鹏，张雪灵，晁阳，方婷婷，罗广明，陈晨，肖永春，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：
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