[发明专利]一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道衬砌管片接缝测量技术，尤其是涉及一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法及装置。

背景技术

高精度、高效率、数字化和自动化病害检测模式，是实现高质量盾构隧道运营维护的前提。随着检测技术的进步，传统的通过人眼目视或使用简单的仪器如直尺、读数放大镜等来进行估测的管片接缝宽度测量方法，由于存在结果主观性较大、精度和效率较低、且结果不易保存和管理等缺点，将逐渐被新的方法所代替。随着计算机技术的迅猛发展和相机硬件质量的不断提升，数字图像技术以其方便灵活、非接触式数据获取、图像易于处理等特点迅速渗透到各个学科领域并取得了重大的开拓性成就。而基于数字图像处理的照相测量技术业已深入到边坡变形监测、岩体碎石识别、隧道病害识别量测等土木工程领域中，并发挥着非接触、高效、直观和精确的优势。

2004年，邹轶群、侯贵仓、杨峰提出了一种基于数字图像处理的表面裂纹检测方法。同年，张娟，沙爱民，高怀钢，孙朝云分析了基于数字图像处理的路面裂缝识别与评价系统的工作原理。2005年，上海交通大学的田胜利对采用数字图像技术观测结构变形的方法进行了深入的研究，并使用小波变换、神经网络等人工智能手段对观测结果进行了处理。2006年，东南大学尹兰、何小元利用了基于光测法基础上的数字图像处理技术对混凝土表面裂缝宽度特征进行了测量和分析。 2008年，桑中顺将红外摄影技术引入隧道监测，以解决施工中的隧道粉尘严重的问题并针对非量测相机镜头畸变较大的缺陷，研究了相机的快速标定方法。2009年，周春霖使用数字图像技术结合人工神经网络实现岩体节理的识别和精细描述。2010年，叶康针对现有的公路隧道裂缝检测方法的不足，提出了采用数字图像技术进行裂缝特征无接触的测量方法。

虽然之前学者们对数字图像技术在地下工程和隧道病害检测领域做了较多研究，但专门针对盾构隧道管片接缝张开数字图像检测技术却没有人涉及到。此外，以上所研究的大多数方法主要是针对通过接触式扫描或近距离拍摄所采集的放大图像进行，并且假设所获取的照片所受的干扰少，成像质量高。而在实际盾构隧道中，光线、遮挡、各种污渍刮痕都会对成像质量照成严重影响，使得针对近照中理想宽大目标对象的识别量测方法不适用，需寻找一种合适的新方法。

因此，研究一种在盾构隧道中能便捷、高效、准确地测量管片接缝张开特征值的图像检测方法已成为提高盾构隧道运营维护质量的迫切需求之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、快速便捷、高精度的盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，具体步骤如下：

（1）采用计算机视觉工具包HALCON标定方法对相机进行标定，获取相机内部参数；

（2）通过数码相机采集管片接缝的图像，并通过激光测距仪测定拍摄距离；

（3）将采集到得图像转化为灰度图像，在转化后的灰度图像上选择需测量的感兴趣区域（Region Of Interest，以下简称ROI）；

（4）选择合适的滤波参数，采用Gauss滤波器对（3）中选中的ROI区域图像进行平滑； 

（5）确定平滑后图像的最大阈值和最小阈值，进行Canny滞后阈值分割得到图像中包括管片接缝边缘在内的亚像素线性特征；

（6）从步骤（5）中所得的亚像素线性特征中筛选出所需的亚像素管片接缝边缘图像：对于干扰较小的简单图像，可直接根据接缝边缘图像呈直线且贯穿ROI区域这一特点来获得目标接缝边缘图像；对于干扰较大的复杂图像，可采用神经网络的方法识别；

（7）根据步骤（6）中所得的两条亚像素管片接缝边缘图像，采用法向垂直最小距离法分别计算最大宽度及平均宽度；

（8）根据预先确定相机内参确定像素尺寸与实际尺寸之间的换算比例（mm/pixel），并计算得到管片接缝的实际宽度。

本发明中，步骤（1）操作方式如下：

①选取大小合适的Halcon特制标定板（有从2500μm到800mm的各种不同尺寸）。

②将准备好的标定板张贴到有一定刚度的平板上，保证表面平滑。

③拍摄10~20张标定板的图像，拍摄过程需注意如下事项：

在每张照片中整个标定板必须保持全部可见；

拍摄过程中需变换标定板的位置、朝向、距离；

标定板需占尽量大的图幅（至少1/4）以保证标定点识别的精度；