專利名稱：地鐵隧道整體形變檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隧道工程監測技術領域的裝置，具體是一種地鐵隧道整體形 變檢測裝置。
背景技術：
我國隧道管理與養護技術滯后，養護技術規范還需要完善，在長大隧道方面更需 要研究。國內雖在多座隧道中引進了成套隧道營運監控系統的技術，但效果不甚理想，主要 原因在于控制模式不切合實際，且在長大隧道方面還應用的較少。因此研究地鐵隧道運營、 養護技術與智能管理系統顯得極為重要、迫切。
發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種地鐵隧道整體形變檢測裝 置，首次利用采用網絡傳感器技術和圖像識別技術對運營地鐵隧道形變進行在線式實時監 測，根據隧道變形數據分析隧道變形狀況，及時預報隧道變形狀況不良引起的災害。本實用新型是通過以下技術方案實現的，整體包括在隧道內壁上分布的多個測站 以及在隧道車站上設有的站級監測系統，各測站內的圖像采集終端通過RS485總線連接成 網絡并與站級監測系統中的監控電腦連接，實現將圖像采集終端采集處理獲得的相鄰測站 坐標位移信息發至站級監測系統并由監控電腦統一匯總分析兩車站間隧道變形狀況。本實用新型可以有效檢測隧道的整體形變量，據此分析得到隧道的沉降情況，及 時提供預警信號，保持隧道營運安全。
圖1為本實用新型整體架構示意圖圖2為每個測站內各設備的位置關系示意圖圖3為每個測站內各模塊功能模塊框圖圖4為相鄰測站檢測位移變動的原理示意圖圖5為相鄰測站采集目標物示意圖圖6為圓形光源中心坐標比較示意圖標記說明1-圖像傳感器2-可變焦鏡頭3-圖像采集終端4-標的物5-穩壓電 源，6-箱體，61-箱體邊側面具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，本實用新型整體包括在隧道內壁上分布的多個測站以及在隧道車站 上設有的站級監測系統，各測站內的圖像采集終端通過RS485總線連接成網絡并與站級監 測系統中的監控電腦連接，實現將圖像采集終端采集處理獲得的相鄰測站坐標位移變化信 息發至站級監測系統并由監控電腦統一匯總分析兩車站間隧道變形狀況。每個測站如圖2所示包括兩個圓形光源作為標的物4、兩個攝像頭、圖像采集終端3、穩壓電源5，所述攝像頭包括相互連接的可變焦長焦鏡頭2和作為感光器件CCD的圖 像傳感器1，所述兩個標的物4設于箱體6兩邊側面61用以給相鄰測站的攝像頭提供圓形 光源，所述兩個攝像頭也分別設于箱體6兩邊側面61用以拍攝相鄰前后測站的標的物，攝 像頭的圖像傳感器1與所述圖像采集終端3連接用于將感光后采集的信號存儲于圖像采集 終端3上，所述穩壓電源5分別與標的物4、圖像采集終端3連接為其提供電源，所述圖像采 集終端3將采集的信號處理，通過擬合圓形光源確定圓心作為相鄰測站的相對坐標(即測 站中心相對于攝像頭的相對坐標)。各測站相對于攝像頭的相對坐標統一匯總至所述站級 監測系統的監控電腦，由監控電腦通過對坐標變換及相應的誤差補償得到每個測站對應圓 心的絕對坐標，再比較前后兩次圓心絕對坐標的變化得到對應測站位移變化。各測站沿隧道的軸線方向安裝在隧道內壁上，原初安裝時各測站的安裝位置處于 同一水平面上下各5厘米的區間波動(水平面的選取盡量在隧道中心所在平面以上的位 置)，每個測站設于一個箱體內，整個箱體通過膨脹螺絲固定在隧道側壁上。測站內兩個標 的物的水平中心線盡量重合，兩個拍攝鏡頭的水平中心線也應該盡量重合，測站內各裝置 均固定于箱體上，如圖2所示。如圖3所示，所述圖像采集終端3主要包括處理器、外部硬盤和內存、時鐘/電 源模塊、兩路圖像傳感器接口(即攝像頭接口)、IXD接口、RS232模塊、RS485模塊，所述處 理器上設有存儲控制器、時鐘/電源控制器、攝像頭camera控制器、LCD控制器、通信串口 UART，其中所述camera控制器通過兩路圖像傳感器接口與兩個圖像傳感器1連接，用以采 集目標物圖像信息；所述通信串口 UART通過RS485模塊與RS485總線連接，用以將各個測 站形成傳感器網絡，并將圖像采集終端處理的目標物坐標變動信息傳至站級控制系統；所 述處理器作為圖像采集終端的主芯片，完成數據處理以及為系統提供基本的運行環境，實 現對采集圓形光源的擬合，確定圓心，比較先后次圓心坐標的變動。電源/時鐘模塊為圖像 采集終端提供基本的運行環境。以下硬件皆為現有技術標的物圓形光源LED光源兩路圖像傳感器分別用來獲得箱體前后的圓形光源圖像，選用OmniVison公司的 0v9650，共兩片；可變焦鏡頭采用福州啟光電子技術有限公司生產的FS-LV05100型變焦鏡 頭，焦距范圍是5-100mm。ARM處理器選用SAMSUNG公司的S3c2440。Nand Flash 為外部硬盤閃存SAMSUNG 公司的 K9S1208V0C，64M 大??；NOR FLASH 為外部硬盤閃存AMD 公司的 AiC9LV160DB_90IE，2M 大?。粌却鍿DRAM型號Hynix公司的HY57V561620，采用兩片32M的芯片，共64M。Rs232模塊采用SIPEX公司的SP3232EEN芯片，提供調試接口，用作前期的程序調 試開發。Rs485模塊采用MAXIM公司的max3485芯片實現，RS485模塊用來組建多節點通信 網絡。IXD接口通過外接IXD顯示屏，實現觸摸式的人機界面。所述IXD顯示屏選用深圳 市弗森電子有限公司的三洋7寸顯示屏。LCD上的人機界面用來完成調試的前期工作，提供 視頻顯示、圖像存儲以及設置節點地址等功能，通過觀察視頻，調節鏡頭使圓形光源在觀測區域內，并適當的調節焦距以及光圈大小得到最佳的圓形光源圖像質量。整個實用新型的工作原理為利用可變焦長焦鏡頭和圖像傳感器拍攝相鄰測站的 標的物，通過圖像采集終端對采集圖像進行處理，通過檢測標的物的移動來得到隧道的沉 降情況。具體為各個測站中的圖像采集終端作為主控模塊沿隧道的軸線方向分布用以檢 測前后相鄰測站中的光源中心位置作為所在測站的相對坐標(即圓形光源相對于攝像頭 的相對坐標)。例如圖4所示的例子，通過IXD上的人機界面，適當地調節圖像采集終端“2” 的鏡頭使圖像采集終端“1”和圖像采集終端“3”的光源圖像處于其前后兩鏡頭的視野中心 處。圖像采集終端“2”所在測站中的兩個圖像傳感器交替獲取圖像采集終端“1”和圖像采 集終端“ 3 ”的發出的光源圖像，該圖像信息由圖像采集終端“ 2，，處理器擬合出目標光源的 圓心位置。每隔一定時間進行拍攝，分別計算出圖像采集終端“ 1，，和圖像采集終端“3”所 在測站的光源圓心相對上次的偏移量。由于各測站與隧道內壁是剛性連接的，因此可以從 光源的圓心位置變動推斷出隧道內壁發生的形變。工程安裝過程中，間隔一定的距離將測站固定在隧道內壁上。距離一般為20m左 右，實際距離可以根據實際情況做調節。例如在彎道處隧道出現變形量較大，可以將測站布 置密一點，如10-12米。在筆直的隧道上測站之間的距離可以相對較遠，如25-30米。各 測站的安裝位置大體位于同一水平面上。每個測站均安裝有兩組標的物、兩組長焦鏡頭及 圖像傳感器和圖像采集終端，如圖2所示。每個測站均拍攝與之相鄰的兩個測站的標的物。 每一個測站所檢測的目標是相鄰測站相對邊側的圓形光源，圖5所示該光源由相鄰測站中 的LED發出，與圖像傳感器1連接的鏡頭2都對準約30 50m處測站上的目標光源4，并 使其成像于鏡頭2的中部，每隔一定時間進行拍攝，得到相鄰測站目標光源的圖像數據。從 圖5中可以看到，圖像經過鏡頭2成像到圖像傳感器1的光敏面上，圖像采集終端完成圖像 數據的采集、存儲、計算比較獲得目標光源的圓心位置變化，然后將該信息傳輸至站監測系 統。從圖6中可以看出，目標光源的擬合中心位置在X、Y方向發生了位移，由于圖像傳感器 與隧道內壁是剛性連接的，因此可以從檢測目標的圓心位置變動推斷出隧道內壁發生了形 變。車站內所有測站將相鄰測站位移信息通過RS485總線形成網絡并同時匯總到車站內的 監測系統，據此分析得到隧道的沉降情況。
權利要求1.一種地鐵隧道整體形變檢測裝置，其特征在于，該裝置整體包括在隧道內壁上分布 的多個測站以及在隧道車站上設有的站級監測系統，各測站內的圖像采集終端通過RS485 總線連接成網絡并與站級監測系統中的監控電腦連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述每個測站包括兩個圓形光源作為標的 物、兩個攝像頭、圖像采集終端、穩壓電源，所述攝像頭包括相互連接的可變焦長焦鏡頭和 圖像傳感器，所述兩個標的物設于箱體兩邊側面用以給相鄰測站的攝像頭提供圓形光源， 所述兩個攝像頭也分別設于箱體兩邊側面用以拍攝相鄰前后測站的標的物，攝像頭的圖像 傳感器與所述圖像采集終端連接用于將感光后采集的圖像存儲于圖像采集終端上，所述穩 壓電源分別與標的物、圖像采集終端連接為其提供電源，所述圖像采集終端將采集的信號 處理，通過擬合圓形光源確定圓心作為相鄰測站與攝像頭之間的相對坐標。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述測站內兩個標的物的水平中心線重合， 兩個拍攝鏡頭的水平中心線也重合，測站內各裝置均固定于箱體上。
4.如權利要求1或者2所述的裝置，其特征在于，所述圖像采集終端主要包括處理器、 外部硬盤和內存、時鐘/電源模塊、兩路圖像傳感器接口、IXD接口、RS232模塊、RS485模 塊，所述處理器上設有存儲控制器、時鐘/電源控制器、攝像頭camera控制器、IXD控制器、 通信串口 UART，其中所述camera控制器通過兩路圖像傳感器接口與兩個圖像傳感器連 接，用以采集目標物圖像信息；所述通信串UART通過RS485模塊與RS485總線連接，用以將 各個測站形成傳感器網絡，并將圖像采集終端處理完成的目標物坐標變動信息傳至站級控 制系統；所述處理器作為圖像采集終端的主芯片。
專利摘要一種地鐵隧道整體形變檢測裝置，隧道工程監測技術領域。該裝置整體包括在隧道內壁上分布的多個測站以及在隧道車站上設有的站級監測系統，各測站內的圖像采集終端通過RS485總線連接成網絡并與站級監測系統中的監控電腦連接，實現將圖像采集終端采集處理獲得的相鄰測站坐標位移變化信息發至站級監測系統并由監控電腦統一匯總分析兩車站間隧道變形狀況。本實用新型首次利用采用網絡傳感器技術和圖像識別技術對運營地鐵隧道形變進行在線式實時監測，根據隧道變形數據分析隧道變形狀況，及時預報隧道變形狀況不良引起的災害。
文檔編號G01B11/16GK201876245SQ20102029274
公開日2011年6月22日 申請日期2010年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者張一申, 徐輝, 畢湘利, 潘若辰 申請人:上海地鐵盾構設備工程有限公司, 上海申通軌道交通研究咨詢有限公司