[发明专利]一种高精度光电式水管式沉降仪管内液面高程测量方法

说明书

技术领域：

本发明属于测量领域，涉及一种高程测量方法，尤其是一种高精度光电式水管式沉降仪管内液面高程测量方法。

背景技术：

由于目前国内所涉及的关于水管式沉降仪中测量管内液面高程差的方法比较少，工作人员测量不便，并且测量精度不够高，不能实现对液面高程差的精确测量，致使工作人员在对土石坝及岩土工程内部垂直向沉降位移的测量过程中误差太大。本发明测量方法装置便于安装，成本低廉，精度高，可广泛应用于水管式沉降仪在土石坝、尾矿坝、滑坡体等大型建筑和岩土工程垂直沉降位移测量领域。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高精度光电式水管式沉降仪管内液面高程测量方法，利用平行光投影法或成像法实现水管式沉降仪液面高度变化测量，从而实现液面高程变化自动化非接触式高精度测量，可以解决目前土石坝或者岩土工程内部垂直向沉降位移工作量大和精度不高的问题。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高精度光电式水管式沉降仪管内液面高程测量方法，按照如下步骤：

(1)安装好水管式沉降仪，在测量管的前方放置光电器件如CCD或者COMS等，光电器件与外围单片机或嵌入式计算机系统连接，其中外围单片机系统包括完成程控驱动、信号处理和识别、数据采集及与计算机的通讯等模块。

(2)在测量水管式沉降仪管内液面高程时既可以采用成像法，也可以采用投影法。

(3)使用成像法中，在观测台范围内的所有测量管内液体的表面均设置浮子。浮子可以选取圆柱体的或者其他形状的木制材料、塑料材质或者其他轻便材质，选取浮子漫反射光作为光源或者在浮子表面设置光源，或者以液体界面作为对象进行边界提取；若采用投影法进行测量时，要借助于平行光从测量管的另外一侧照射在液面或者浮子上，使得它们在光电器件上进行投影。

(4)使用成像法时，在光源前面放置面阵光电器件，调整成像镜头，使光源或液体界面在面阵光电器件的靶面上成像；通过选取光学镜头的焦距f，或者改变物距像距，就可以设计满足测量范围和测量精度的需求。使得多个测量管内的光源在光电器件上成像，实现一次多个管内液面高程变化测量；在投射法中，在测量管前面设置大量程线阵光电器件，利用平行光对液面或者浮子在线阵光电器件靶面进行投影。这样可以实现一次多个管内液面高程变化测量。(5)以光电器件的底端轮廓线为基准线，通过计算靶面上所成像或者投影的灰度值来提取其重心位置，利用灰度重心算法计算出图像中灰度值最大的点的坐标位置，此位置就是这张图像的重心位置。并将此重心位置设为初始重心位置；以初始重心位置与基准线的高度差为初始值；

(6)通过计算在光电器件靶面上所成的像或是其所接收到的投影经过灰度值计算提取新的重心位置，将新的重心位置设为测量重心位置，以测量重心位置与基准线的高度差为测量值。初始值与测量值的差就是沉降值。

所述光源为在表面喷涂反光粉或者在表面包裹反光薄膜、反光材料如锡箔纸等的浮子或者在浮子上面直接设置的光源，如LED发光管等发光器件。

所述用以液体界面作为对象进行边界提取是指以液面本身作为对象在光电靶面上成像，可以利用图像处理来提取液面边界，从而计算出液面高度变化。

所述面阵光电器件或者大量程线阵光电器件是CCD或COMS等其它器件。

所述测量是指可以一次实现多个管内液面高程变化的测量。

所述通过计算靶面上成像的灰度值确定光源的初始重心位置是经过图像采集和图像分析，利用灰度重心法进行图像重心位置提取。