[发明专利]地铁隧道整体形变检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道工程监测技术领域的系统，具体是一种地铁隧道整体形变检测系统。

背景技术

我国隧道管理与养护技术滞后，养护技术规范还需要完善，在长大隧道方面更需要研究。国内虽在多座隧道中引进了成套隧道营运监控系统的技术，但效果不甚理想，主要原因在于控制模式不切合实际，且在长大隧道方面还应用的较少。因此研究地铁隧道运营、养护技术与智能管理系统显得极为重要、迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地铁隧道整体形变检测系统，首次利用采用网络传感器技术和图像识别技术对运营地铁隧道形变进行在线式实时监测，根据隧道变形数据分析隧道变形状况，及时预报隧道变形状况不良引起的灾害。

本发明是通过以下技术方案实现的，该系统整体包括在隧道内壁上分布的多个测站以及在隧道车站上设有的站级监测系统，各测站内的图像采集终端通过RS485总线连接成网络并与站级监测系统中的监控电脑连接，实现将图像采集终端采集处理获得的相邻测站坐标位移信息发至站级监测系统并由监控电脑统一汇总分析两车站间隧道变形状况；

所述每个测站包括两个圆形光源作为标的物、两个摄像头、图像采集终端、稳压电源，所述摄像头包括相互连接的可变焦长焦镜头和图像传感器，所述两个标的物设于箱体两边侧面用以给相邻测站的摄像头提供圆形光源，所述两个摄像头也分别设于箱体两边侧面用以拍摄相邻前后测站的标的物，摄像头的图像传感器与所述图像采集终端连接用于将感光后采集的信号存储于图像采集终端上，所述稳压电源分别与标的物、图像采集终端连接为其提供电源，所述图像采集终端将采集的信号处理，通过拟合圆形光源确定圆心作为相邻测站与摄像头之间的相对坐标；

所述测站内两个标的物的水平中心线重合，两个拍摄镜头的水平中心线也重合，测站内各装置均固定于箱体上；

所述图像采集终端主要包括处理器、外部硬盘和内存、时钟/电源模块、两路图像传感器接口、LCD接口、RS232模块、RS485模块，所述处理器上设有存储控制器、时钟/电源控制器、摄像头camera控制器、LCD控制器、通信串口UART，其中：所述camera控制器通过两路图像传感器接口与两个图像传感器连接，用以采集目标物图像信息；所述通信串口UART通过RS485模块与S485总线连接，用以将各个测站形成传感器网络，并将图像采集终端处理完成的目标物坐标变动信息传至站级控制系统；所述处理器作为图像采集终端的主芯片，完成数据处理以及为系统提供基本的运行环境，实现对采集圆形光源的拟合，确定圆心与摄像头之间的相对坐标。

同一侧站上装有两组镜头，镜头的中心线重合，该两个镜头进行前向和后向的测量，这样每个测站的位置均由两个镜头给出，由此消除镜头空间转角的影响。采用误差消减技术手段，可以减少测量误差，提高隧道轴向整体形变监测系统精度。如果不消除镜头的姿态误差，不仅降低了每个测站的位置精度，而且通过误差传播，将大大提高整体的测量误差。本发明可以有效检测隧道的整体形变量，据此分析得到隧道的沉降情况，及时提供预警信号，保持隧道营运安全。

附图说明

图1为本发明整体架构示意图

图2为每个测站内各设备的位置关系示意图

图3为每个测站内各模块功能模块框图

图4为相邻测站检测位移变动的原理示意图

图5为圆形光源示意图

图6为相邻测站采集目标物示意图

图7为圆形光源中心坐标比较示意图

图8为建立的模型图

图9为YZ平面局部模型放大图

图10为XY平面局部模型放大图

图11为测站内布置图

标记说明：1-图像传感器    2-可变焦镜头    3-图像采集终端    4-标的物    5-稳压电源，6-箱体，61-箱体边侧面

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明整体包括在隧道内壁上分布的多个测站以及在隧道车站上设有的站级监测系统，各测站内的图像采集终端通过RS485总线连接成网络并与站级监测系统中的监控电脑连接，实现将图像采集终端采集处理获得的相邻测站坐标位移变化信息发至站级监测系统并由监控电脑统一汇总分析两车站间隧道变形状况。