[发明专利]基于图像分析测量液位的静力水准仪及测量方法

说明书

本发明涉及基于图像分析测量液位的静力水准仪及测量方法，包括暗箱、水泵机箱、水箱、连通管和托架，所述暗箱有两个以上,暗箱里设有量筒、漫射光屏和摄像机，暗箱为透气不透光的箱体，所述量筒在靠近暗箱的一侧内壁放置，所述量筒和其邻近的内壁之间竖直放置漫射光屏，所述摄像机安装在漫射光屏对面的内壁，所述托架托起连通管，所述连通管串联水泵机箱与暗箱里量筒的液体，所述水泵机箱通过管道与水箱连接；基于图像分析测量液位的静力水准仪的测量方法，包括以下步骤：步骤1：安放设备，步骤2：采集图像；步骤3：图像预处理；步骤4：计算图像相关信息。本发明采用图像分析技术测量液位，直观地测得水面面积之比的变化，避免人工读取数据和计算带来的误差，得到更加准确的沉降数据。

技术领域

本发明提供基于图像分析测量液位的静力水准仪,属于土木工程的构筑物沉降测量技术领域。

背景技术

静力水准系统是测量两点或者多点之间的相对沉降的精密仪器，主要用于大型储罐、大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测。传统的静力水准仪在使用中，多个静力水准仪的容器用通液管连接，每一容器的液位由磁制伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。

静力水准仪有多种类型，包括：振弦式，电感式，液位式等等。然而，在测量沉降的过程中，静力水准系统会因为不同位置的温度不同而导致测量精度受影响，需要添加温度补偿等复杂的工序。根据流体力学原理，液体流动距离越远，水头会越小，产生的较大的流动粘滞性会导致液面不等高，使最后测得的结果误差较大。最明显的是，传统的静力水准仪通过人工读数的方式读取测量数据，将液面的位移数据转换为其它物理量来进行计算分析。其中，数据的读取和换算的过程也导致测量结果的精度不高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供基于图像分析测量液位的静力水准仪，其具体步骤如下：

基于图像分析测量液位的静力水准仪，包括暗箱、水泵机箱、水箱、连通管和托架，所述暗箱有两个以上,暗箱里设有量筒、漫射光屏和摄像机，暗箱为透气不透光的箱体，所述量筒在靠近暗箱的一侧内壁放置，所述量筒和其邻近的内壁之间竖直放置漫射光屏，所述摄像机安装在漫射光屏对面的内壁，所述托架托起连通管，所述连通管串联水泵机箱与暗箱里量筒的液体，所述水泵机箱通过管道与水箱连接，摄像机采集的图像上传计算机处理，提取灰度值，确定量筒内的水上面积和水下面积的比值，获取液体的变化信息，测得量筒内两点或多点间的相对沉降数据。

进一步的,所述水泵机箱的最低液位点低于量筒内的最低液位点，水泵机箱定期从水箱中更换纯净液体，保持液体的流动性，保持暗箱内量筒中液体的温度不变。

进一步的,所述量筒为带有刻度的透明圆柱筒，量筒内盛有液体，每个暗箱内的量筒，通过连通管在暗箱底部相互串联。

进一步的,所述液体为石蕊试剂。

进一步的,所述摄像机镜头的中心轴线略低于量筒内液面，保证液面升降距离在摄像机的拍摄范围内。

进一步的,所述暗箱外壁设有大量程滑片，所述大量程滑片（4）采用螺栓固定在暗箱外壁, 大量程滑片设有刻度尺,通过调节大量程滑片调整刻度尺的伸缩,测量距离。

基于图像分析测量液位的静力水准仪的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：安放设备：将安装好的静力水准仪装置，放置在检测点上；

步骤2：采集图像：开启摄像机，拍摄记录量筒内液位的变化，待液面稳定将图像传送至计算机；

步骤3：图像预处理：对图像提取灰度值；