[0001] 本发明涉及大型水电工程大坝外形监测技术领域，尤其是涉及一种大坝体廊道视觉位移测量系统及测量方法。

[0002] 大坝廊道内位移监测对于确保大坝安全运行具有极其重要的意义。以下是位移监测重要性的几个方面：

[0003] 通过监测廊道内的位移情况，可以及时发现大坝结构可能出现的变形或裂缝等问题，为可能的安全事故提供预警，从而采取相应措施防止事故的发生。

[0004] 位移监测数据是评估大坝结构健康状况的重要指标。通过分析这些数据，可以了解大坝的结构稳定性和长期性能。

[0005] 监测到的数据可以指导大坝的日常运维管理，如调整水库水位、优化泄洪措施等，确保大坝在安全的范围内运行。

[0006] 通过对大坝廊道内位移的监测和分析，可以为今后大坝设计提供实际的运行数据支持，促进设计方法的改进。

[0007] 根据中国的相关法律法规和行业标准，大坝作为重要的水利工程设施，其安全性监测是必须的，位移监测是其中的重要组成部分。

[0008] 位移异常可能是由于地震、地质变动等自然灾害引起的。及时监测并分析这些数据，有助于预防或减轻灾害带来的损害。

[0009] 通过对大坝廊道内位移的长期监测，可以分析大坝的长期稳定性，为制定长期的大坝维护和管理计划提供依据。

[0010] 因此，大坝廊道内的位移监测是确保大坝安全、预防事故、保障人民群众生命财产安全和社会稳定的重要措施。由于与外部环境隔绝，因此传统位移监测手段例如大坝监测站和GPS定位检测均无法实现廊道内的位移测量。

[0049] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0050] 本发明实施例公开一种大坝体廊道视觉位移测量系统及测量方法。

[0051] 参照图1－图3，一种大坝体廊道视觉位移测量系统包括多套视觉位移监测装置、廊道内监测通信单元和视觉位移测量分析单元3，视觉位移监测装置包括系留件11、视觉位移监测器12、摆动抑制装置13和多套标靶装置14，系留件11的一端固定在目标大坝体廊道100内壁顶的中部，视觉位移监测器12的顶面中部系留在系留件11的另一端，摆动抑制装置
13包括陀螺仪131、四个喷射口132和基于芯片的喷射控制器133，陀螺仪131安装在视觉位移监测器12内的中心位置，四个喷射口132安装在视觉位移监测器12的四个侧面，喷射控制器133与陀螺仪131通信连接，基于陀螺仪131的数据分析是否存在单摆运动，并计算摆动方向和幅度，控制四个喷射口132联动，使视觉位移监测器12停止单摆运动；

[0052] 多套标靶装置14分别环绕安装在目标大坝体廊道100的侧壁上；

[0053] 视觉位移监测器12和摆动抑制装置13分别通过廊道内监测通信单元与视觉位移测量分析单元3通信连接；

[0054] 视觉位移测量分析单元3基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置14的位移值。

[0055] 为了能在目标大坝体廊道100内对侧壁上的监测点进行视觉位移测量，采用系留件11的底部挂载视觉位移监测器12的模式，而不是直接安装在顶部或采用硬质吊杆安装模式，因为当目标大坝体廊道100内壁出现位移时，目标大坝体廊道100的拱顶中心处由于与大坝体位一体，位移较小，侧壁的位移较大，采用系留件11的模式是为了在出现位移时减少视觉位移监测器12的位移量，降低对测量结果的干扰；

[0056] 系留件11可以是钢丝绳，在自然下垂过程中不能出现扭转；

[0057] 当出现较大的位移时，此时系留件11的作用下，视觉位移监测器12有可能出现单摆运动，此时不进行干预单摆运动会持续影响到视觉测量结果，采用摆动抑制装置13的喷射口132来主动使单摆运动停止，控制原理是基于陀螺仪131的数据分析是否出现单摆和单摆的方向，喷射控制器133控制对应的一个或两个喷射口132喷出气体来阻碍单摆，从而使视觉位移监测器12很快停止摆动，能够使视觉位移监测器12在大体量的大坝区域发生位移的情况能更加准确地对监测点布置的多套标靶装置14拍摄视觉画面；

[0058] 喷射口132可以是能喷射压缩空气的微型喷管，还可以采用微型螺旋桨来达到同样的目的；

[0059] 视觉位移测量分析单元3基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置14的位移值，位移值采用对应监测点进行展示。

[0060] 视觉位移监测器12包括壳体121、视觉摄像头122和视觉监测端无线通信模块123，壳体121顶部设有系留座，系留座连接安装在系留件11的另一端；视觉摄像头122、视觉监测端无线通信模块123和电池组124安装在壳体121内，视觉摄像头122的拍摄焦点位于多套标靶装置14的中轴线上，视觉摄像头122的数据输出端与视觉监测端无线通信模块123的数据输入端通信连接，视觉监测端无线通信模块123通过廊道内监测通信单元与视觉位移测量分析单元3无线通信交互视觉摄像头122拍摄的标靶视觉画面。

[0061] 视觉摄像头122可以持续拍摄多套标靶装置14的视觉画面，并通过视觉监测端无线通信模块123和廊道内监测通信单元将视觉画面无线传输给视觉位移测量分析单元3。

[0062] 视觉位移监测器12还包括电池组124，电池组124安装在壳体121内，且安装完成后视觉位移监测器12的重心位于壳体121上下面的几何中心连线上，电池组124分别为视觉摄像头122和视觉监测端无线通信模块123供电。

[0063] 电池组124可以为视觉摄像头122和视觉监测端无线通信模块123供电，还可以通过电池组124安装的位置来使视觉位移监测器12的重心位于壳体121上下面的几何中心连线上，从而进一步增加视觉摄像头122的稳定性。

[0064] 视觉位移测量分析单元3包括位移测量分析端无线通信单元31、存储器32、视觉分析芯片33和数据分析芯片34，位移测量分析端无线通信单元31通过廊道内监测通信单元与视觉监测端无线通信模块123无线通信连接，采集视觉摄像头122拍摄的标靶视觉画面，存储器32与位移测量分析端无线通信单元31的数据输出端通信连接，视觉分析芯片33和数据分析芯片34分别与存储器32通信连接，视觉分析芯片33调用基于时序的标靶视觉画面分析标靶位移，数据分析芯片34基于标靶位移视觉分析结果计算位移测量结果，并将位移测量结果存储在存储器32备查。

[0065] 视觉分析芯片33的作用是对拍摄的标靶视觉画面进行视觉特征分析，数据分析芯片34的作用是基于视觉分析结果来计算实际位移值。

[0066] 视觉位移测量分析单元3还包括显示器35，显示器35与存储器32通信连接，用于显示位移测量结果。

[0067] 廊道内监测通信单元包括多个巷道中继通信基站2，多个巷道中继通信基站2等间距布置在目标大坝体廊道100内，多个巷道中继通信基站2无线通信自组网，靠近视觉位移监测器12的巷道中继通信基站2与视觉监测端无线通信模块123无线通信连接，靠近视觉位移测量分析单元3的巷道中继通信基站2与位移测量分析端无线通信单元31无线通信连接。

[0068] 巷道中继通信基站2可以是基于无线WIFI技术、4G/5G无线通信技术、蓝牙通信技术等无线通信技术的中继通信基站，可以实现无线自组网通信。

[0069] 标靶装置14包括支撑架141和标靶板142，支撑架141可拆卸安装在目标大坝体廊道100的侧壁上，标靶板142安装在支撑架141上，标靶板142的表面贴有靶纸，靶纸面朝向视觉摄像头122的镜头。

[0070] 标靶板142上的靶纸面为视觉摄像头122的提供监测点特征。

[0071] 目标大坝体廊道100的内壁拱顶设有一个监测点，拱底设有两个监测点，拱腰对称设有四个监测点，标靶装置14的数量是七个，七个标靶装置14分别安装在目标大坝体廊道100的内壁七个监测点处。

[0072] 对于目标大坝体廊道100，每隔设定距离或者根据目标大坝体廊道100内的直线段长度，可以布置多套视觉位移监测装置，每套视觉位移监测装置采用七个标靶装置14，七个标靶装置14对应七个监测点，七个监测点位于同一个平面上。

[0073] 一种大坝体廊道视觉位移测量方法，采用一种大坝体廊道视觉位移测量系统对目标大坝体廊道100进行视觉位移测量，包括以下步骤：

[0074] 步骤1，每隔设定时间间隔，视觉摄像头122拍摄七个标靶装置14的靶纸视觉画面，并通过廊道内监测通信单元传输给视觉位移测量分析单元3；

[0075] 步骤2，视觉位移测量分析单元3对靶纸视觉画面进行图像预处理；

[0076] 步骤3，视觉位移测量分析单元3采用特征识别算法分别提取靶纸特征点和靶纸特征点位置；

[0077] 步骤4，设第t时刻标靶的某个靶纸特征点在图像中的坐标为(xt，yt)，第t+1时刻该靶纸特征点在图像中的坐标为(xt+1，yt+1)；

[0078] 则该特征点在x轴的位移为Δx＝xt+1‑xt；y轴方向上的位移为：Δy＝yt+1‑yt；

[0079] 靶纸特征点的总位移

[0080] 计算所有靶纸特征点的总位移，并通过显示器35显示所有靶纸特征点的总位移。

[0081] 可以实现持续性高精度地对目标大坝体廊道100内的监测点进行位移测量。

[0082] 以下采用具体实施例来说明本发明一种大坝体廊道视觉位移测量系统及测量方法的实施原理：

[0083] 在某目标大坝体廊道100内布置视觉位移监测装置、廊道内监测通信单元和视觉位移测量分析单元3，系留件11的一端固定在目标大坝体廊道100内壁顶的中部，视觉位移监测器12的顶面中部系留在系留件11的另一端，摆动抑制装置13包括陀螺仪131、四个喷射口132和基于芯片的喷射控制器133，陀螺仪131安装在视觉位移监测器12内的中心位置，四个喷射口132安装在视觉位移监测器12的四个侧面，喷射控制器133与陀螺仪131通信连接，基于陀螺仪131的数据分析是否存在单摆运动，并计算摆动方向和幅度，控制四个喷射口132联动，使视觉位移监测器12停止单摆运动；

[0084] 多套标靶装置14分别环绕安装在目标大坝体廊道100的侧壁上；

[0085] 视觉位移监测器12和摆动抑制装置13分别通过廊道内监测通信单元与视觉位移测量分析单元3通信连接；

[0086] 视觉位移测量分析单元3基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置14的位移值。

[0087] 每隔1小时，视觉摄像头122拍摄七个标靶装置14的靶纸视觉画面，并通过廊道内监测通信单元传输给视觉位移测量分析单元3；

[0088] 视觉位移测量分析单元3对靶纸视觉画面进行图像预处理，包括灰度化、二值化、去噪等，以提高图像质量，便于后续处理；

[0089] 视觉位移测量分析单元3采用特征识别算法分别提取靶纸特征点和靶纸特征点位置；

[0090] 设第t时刻标靶的某个靶纸特征点在图像中的坐标为(xt，yt)，第t+1时刻该靶纸特征点在图像中的坐标为(xt+1，yt+1)；

[0091] 则该特征点在x轴的位移为Δx＝xt+1‑xt；y轴方向上的位移为：Δy＝yt+1‑yt；

[0092] 靶纸特征点的总位移

[0093] 计算所有靶纸特征点的总位移，并通过显示器35显示所有靶纸特征点的总位移。

[0094] 设定位移报警阈值Dmax＝2mm，第t+1时刻左侧拱腰的两个监测点的总位移均为ΔD＝4.5mm，均大于位移报警阈值Dmax，设置在监控中心的声光报警器开启报警，且在显示器35显示具体靶纸特征点对应的标靶装置14原始视觉画面，工作人员在得到上述报警后迅速进行现场勘察。

[0095] 以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。