三维激光微位移监测系统软件研究及实现

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:evaxiang
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我国幅员辽阔,地貌、地质条件复杂,气候条什南北差异也很大。地质灾害种类繁多。随着经济的高速发展,建设规模的扩大以及山区的开发利用,地质灾害对人类生存环境和危害愈来愈大。地质灾害根据发生的时间分为突发性和缓变性两大类,突发性地质灾害包括崩塌、滑坡、泥石流。我国是滑坡高发国家之一,对那些地理位置重要、潜在的危害较大的滑坡,实施有效的监测,掌握其活动规律和发展过程,既可为临滑预警提供可靠的数据,又可为治理工程的设计提供科学的依据,并可对治理效果做出评价。所以,滑坡监测工作是滑坡灾害防治工作至关重要的一环。 伴随着科学技术的日新月异,各种地质灾害监测方法层出不穷,监测手段也越来越多。根据其监测内容不同分为地表变形监测、地下变形监测、影响因素监测(地下水动态、地表水、地声、地温、地应力、岩石压力、人类活动)、宏观地质监测等。监测方法有简易的人工观测法、自动监测法和遥测法。简易的人工监测的优点是简便、直观、可靠、投入快、成本低;自动监测法的特点是简便、直观、仪器自动记录、处理,精度较高,资料可靠,适用各种监测项目:遥控监测法的特点是自动化程度高,可全天候观测,安全、速度快、省人力、可自动采集、存储、打印和显示观测值、远距离传输。 监测方法虽然很多,但义都有其局限性。因此,探索地质灾害监测的新技术、新方法非常必要,而监测技术方法的发展,很人程度上取决于监测仪器的发展。目前,监测仪器正逐渐向自动化、高精度的遥测系统方向发展。 在滑坡的孕育、发展和临滑这一整个过程中,最直观、最准确、最易捕捉的信息是地表位移和变形。在这种背景下,中国地质调查局下达了研制三维激光微位移监测系统的任务。本项研究采用先进的激光技术、CCD(Charge Coupled Device)摄像技术和微机数字处理技术,对滑坡体的水平位移、垂直位移和轴向位移实现远距离、非接触、全天候、全自动监测。该课题涉及的高新技术点很多,包括激光系统的研究、CCD技术的研究、电路研究和设计、图像处理软件研究、数据库设计、定时系统研究、自动工作等。 该监测系统用激光作为光源,用CCD摄像器作为镜头,通过图像采集卡把视频信号采入计算机中,用和该仪器配套的专门图像处理软件对采集到的光斑图像进行处理,计算出光斑的三维中心坐标值,把该值和原点坐标值进行比较,就可以算出灾害体滑动的距离。在需要监测的滑坡体上,选择一定的部位,建造一个目标平台,激光光源系统和反射屏置于目标平台上。在滑体外的稳定地带,建立测量平台,测量前端机与监视器置于测量平台上,微机部分(图像采集卡在微机内)放于监测室内。进行初始化测量,前端机系统和光源系统各部分同步上电,微机执行相应软件,首先启动测距头,测得光轴方向坐标初始值Z0,并将数据传入微机中,然后由光学成像系统和CCD摄取激光光源的图像光斑,经图像采集卡将视频信号变为数字信号送入微机,在微机显示器上显示光源的图像光斑,微机自动运行处理软件,求出光班中心的屏面坐标,并计算出光源的空间初始位置。首次测量获得的H0、V0、Zo即为滑体上目标点的初始位置。获得初始化值后,将前端机和光源的定时间隔设定一致,并同步复位,整个系统进入自动监测状态,并当下进行第1次测量,获得X1、Y1、Z1和X1、y1、Z1。其中,X1、Y1、Z1为第1次测量的光源的空间位置,而X1、y1、Z1为第一次测量时刻光源相对于初始位置的三维位移值。每次测量结束后,前端机、测距头及激光光源自动掉电,微机自动关机,整个系统进入待机状态。控制系统处于低功耗运行状态,定时测量时刻一到,前端机、测距头和激光光源自动上电,监测系统自动完成灾害体的光源部位的三维位移监测,每次测量结果Xn、Yn、Zn自动存入微机的数据库。观测人员可以随时打开微机,查阅库中的位移数据。该系统可以对灾害体进行长期、非接触监测,监测时间、监测频率可以任意设定。本文一般性的介绍了滑坡监测仪器的发展现状,监测系统的原理,各个组成部分,重点介绍了软件部分,整个软件包括时间间隔控制、工作流程控制、视频信号的采集、图像处理过程和数据库设计几大部分。该监测系统试制完成以后,在三峡链子崖崩滑体试运行了三个月,效果令人满意。
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