[发明专利]一种基于自动寻靶测距系统的隧道围岩大变形监测方法

权利要求书

1.一种基于自动寻靶测距系统的隧道围岩大变形监测方法，其特征在于，所述自动寻靶测距系统包括有左侧摄像模块、左侧激光测距模块、左侧洞壁靶标、右侧摄像模块、右侧激光测距模块、右侧洞壁靶标和拱顶靶标，其中，所述左侧摄像模块和所述左侧激光测距模块绑定布置在隧道横切面的左侧边墙上且可在所述隧道横切面上进行同步的逆时针旋转，所述左侧洞壁靶标的数目为若干且间隔布置在所述隧道横切面的左侧洞壁上，所述右侧摄像模块和所述右侧激光测距模块绑定布置在所述隧道横切面的右侧边墙上且可在所述隧道横切面上进行同步的顺时针旋转，所述右侧洞壁靶标的数目为若干且间隔布置在所述隧道横切面的右侧洞壁上，所述拱顶靶标布置在所述隧道横切面的隧道拱顶位置；

所述隧道围岩大变形监测方法，包括有自动寻靶测距阶段和隧道变形计算阶段；

所述自动寻靶测距阶段，针对所述左侧洞壁靶标、所述右侧洞壁靶标和所述拱顶靶标中的各个靶标，分别包括：

从水平位置开始旋转与所述靶标对应的摄像模块及激光测距模块，其中，所述摄像模块为与所述左侧洞壁靶标或所述拱顶靶标对应的右侧摄像模块，同时所述激光测距模块为与所述左侧洞壁靶标或所述拱顶靶标对应的右侧激光测距模块，或者，所述摄像模块为与所述右侧洞壁靶标或所述拱顶靶标对应的左侧摄像模块，同时所述激光测距模块为与所述右侧洞壁靶标或所述拱顶靶标对应的左侧激光测距模块；

当旋转至与所述靶标对应的初始靶标对准角度时，通过所述摄像模块采集获取包含有靶标成像的靶标监测图像，其中，所述初始靶标对准角度是指在布置所述靶标时，从水平位置开始旋转所述激光测距模块并使所述激光测距模块对准所述靶标的旋转角度；

在所述靶标监测图像中，定位出所述靶标的靶心成像位置；

根据所述靶心成像位置，调整所述摄像模块及所述激光测距模块的旋转角度，以便使所述激光测距模块对准所述靶标；

根据所述初始靶标对准角度和调整的旋转角度，计算得到当前靶标对准角度；

通过所述激光测距模块采集获取从激光测距模块至靶标的当前距离值；

所述隧道变形计算阶段，包括：根据与所述左侧洞壁靶标、所述右侧洞壁靶标和所述拱顶靶标对应的所述当前靶标对准角度、所述当前距离值、所述初始靶标对准角度和初始距离值，计算得到所有靶标的变形偏移量，其中，所述初始距离值是指在布置对应的靶标时，由对应的激光测距模块以对准姿态首次采集获取的从激光测距模块至靶标的距离值；

根据与所述左侧洞壁靶标、所述右侧洞壁靶标和所述拱顶靶标对应的所述当前靶标对准角度、所述当前距离值、所述初始靶标对准角度和初始距离值，计算得到所有靶标的变形偏移量，包括：

按照如下公式计算得到各个靶标的变形偏移量FF′：

式中，d₀表示与靶标对应的初始距离值，θ₀表示与靶标对应的初始靶标对准角度，d_v,0表示与拱顶靶标对应的初始距离值，θ_v,0表示与拱顶靶标对应的初始靶标对准角度，d_τ表示与靶标对应的当前距离值，θ_τ表示与靶标对应的当前靶标对准角度，d_v,τ表示与拱顶靶标对应的当前距离值，θ_v,τ表示与拱顶靶标对应的当前靶标对准角度。

2.如权利要求1所述的隧道围岩大变形监测方法，其特征在于，在所述靶标监测图像中，定位出所述靶标的靶心成像位置，包括：

将所述靶标监测图像缩放至适合输入卷积神经网络的尺寸大小；

将缩放后的所述靶标监测图像输入所述卷积神经网络，以便通过所述卷积神经网络中的卷积层、池化层和激活函数的相互作用，提取得到所述靶标监测图像的特征信息；

将所述特征信息传递至区域生成网络RPN，以便通过所述区域生成网络RPN对靶标成像特征进行初步定位，生成包含有靶标成像的候选识别区域；

将所述候选识别区域和所述特征信息传递至感兴趣区池化ROIPooling层，以便通过所述感兴趣区池化ROIPooling层提取得到所述候选识别区域中的特征信息；

将所述候选识别区域中的特征信息输入全连接层，以便通过所述全连接层对靶心成像进行位置定位，得到所述靶心成像位置。