1.一种基于机器视觉的隧道施工变形监测系统,其特征在于,包括:机器视觉布设相机(5),设置于隧道地面中央,用于确定隧道断面各监测靶标(6)的安装位置;防护装置,设置于隧道内壁上,用于对机器视觉监测相机(1)进行防护;所述防护装置包括防护外壳(2)、减震装置(3)和相机托板(4),相机托板(4)和减震装置(3)均设置于防护外壳(2)的内部,且相机托板(4)通过减震装置(3)与防护外壳(2)的内壁连接,机器视觉监测相机(1)放置于相机托板(4)上;防护外壳(2)包括防尘玻璃(24)、两个滤尘网(21)、两个散热孔(22)和两个防潮层(23),防护外壳(2)的前侧面上开设有开口,防尘玻璃(24)设置于开口处,两个散热孔(22)分别对称开设于防护外壳(2)相对的两个侧面上,两个滤尘网(21)分别设置于对应的散热孔(22)中,两个防潮层(23)分别对称设置于防护外壳(2)的内部,且每个防潮层(23)的位置正对于对应的散热孔(22);所述减震装置(3)包括第二减震机构(32)、第三减震机构(33)和两个第一减震机构(31),两个所述第一减震机构(31)分别对称设置于相机托板(4)的左侧和右侧,且每个所述第一减震机构(31)的一端与相机托板(4)上设置的第二限位凹槽(42)连接,另一端与防护外壳(2)的内壁连接;所述第二减震机构(32)的一端与相机托板(4)后侧面上设置的第二限位凹槽(42)连接,另一端与防护外壳(2)后侧面的内壁连接,第三减震机构(33)的一端与相机托板(4)的底部连接,另一端与防护外壳(2)底部内壁连接;所述第一减震机构(31)和第二减震机构(32)的结构相同;所述第一减震机构(31)包括多个平行间隔设置的减震单元,每个减震单元的一端与第二限位凹槽(42)连接,另一端与防护外壳(2)的内壁连接;每个减震单元包含第一弹簧阻尼器、调节机构和T型板(34),第一弹簧阻尼器的一端与第二限位凹槽(42)连接,另一端与调节机构连接,调节机构通过T型板(34)与防护外壳(2)的内壁连接;所述调节机构包括夹板、两个旋转轴(315)、两个第一固定板(35)和两个第一固定螺母(36),夹板包含U型结构的滑动板(314)和两个卡板(316),滑动板(314)的一端与第一弹簧阻尼器连接,另一端与T型板(34)的翼缘端滑动连接,两个卡板(316)分别对称设置于T型板(34)翼缘端靠近防护外壳(2)内壁的侧面上,且两个卡板(316)分别通过旋转轴(315)与滑动板(314)的两端转动连接,两个第一固定板(35)分别垂直对称设置于T型板(34)的腹板上相对的两侧面上,第一固定板(35)和同侧的卡板(316)通过第一固定螺母(36)固定;所述第三减震机构(33)包含称重台(37)、底座(38)、多个第二限位板(332)、多个第四限位凹槽(372)、多个恢复弹簧(333)和多个电子阻尼器(331),称重台(37)设置于第三限位凹槽(43)的内部,多个第四限位凹槽(372)分别开设于称重台(37)的底部,多个第二限位板(332)分别内嵌于对应的多个第四限位凹槽(372)的内部,底座(38)内嵌于防护外壳(2)底部内壁上;多个电子阻尼器(331)设置于多个第二限位板(332)与底座(38)之间,且每个电子阻尼器(331)的底端均与底座(38)连接,多个恢复弹簧(333)分别设置于对应的多个电子阻尼器(331)上,且每个恢复弹簧(333)的一端均与对应的电子阻尼器(331)连接,另一端与恢复弹簧(333)上方对应的第二限位板(332)连接,称重台(37)的内部设置有重力传感器,底座(38)上设置有阻尼控制器(381),重力传感器和多个电子阻尼器(331)均与阻尼控制器(381)电性连接;机器视觉监测相机(1),设置于防护装置的内部,用于实时监测和采集监测靶标(6)的清晰图像数据,并上传至数据接收平台;监测靶标(6),设置于隧道内壁上,用于对隧道的变形进行监测;数据接收平台,用于对接收到的监测靶标(6)的清晰图像数据进行处理,对异常数据进行检测,将检测到的异常数据发送至安全警报器(8),并发出报警指令;安全警报器(8),设置于隧道内壁上,用于接收报警指令,并将异常数据以声、光形式发出通知;供电设备,用于为机器视觉监测相机(1)进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的隧道施工变形监测系统,其特征在于,还包括用于对监测靶标进行固定的靶标固定装置(7),靶标固定装置(7)包括靶标安装壳(72)和限位锥管(71),限位锥管(71)上设置有豁口(711),靶标安装壳(72)的顶部开设有锥口(721),锥口(721)的底部贯穿靶标安装壳(72)的底面,限位锥管(71)位于锥口(721)内;钢筋预埋件贯穿限位锥管(71)和靶标安装壳(72),且钢筋预埋件通过紧固螺母(73)与靶标安装壳(72)连接,监测靶标(6)设置于靶标安装壳(72)的表面,靶标安装壳(72)的内部设置有电源和LED灯。
3.一种基于机器视觉的隧道施工变形监测方法,其特征在于,利用权利要求2所述的一种基于机器视觉的隧道施工变形监测系统实现,包括以下步骤:步骤1、在任一断面S1的左侧上的钢筋预埋件、顶部上的钢筋预埋件和右侧上的钢筋预埋件上分别安装监测靶标(6),并对监测靶标(6)编号,记作1、2、……、m、m+1,确定监测靶标(6)中心与混凝土层表面之间的距离a;步骤2、架设机器视觉布设相机(5),开启红外灯光补偿,通过机器视觉布设相机(5)上的激光发射器确定断面S2上的监测靶标(6)、断面S3上的监测靶标(6)、……、断面Sn上的监测靶标(6)的安装位置,根据安装位置安装监测靶标(6),并对监测靶标(6)进行编号,记作1、2、……、m、m+1;步骤2包含以下步骤:步骤201,在隧道地面中央架设机器视觉布设相机(5),开启红外灯光补偿,调整机器视觉布设相机(5)的角度使断面S1的全部监测靶标(6)均处于机器视觉布设相机(5)的视野范围内;步骤202,通过调整机器视觉布设相机(5)的曝光参数和红外补偿对监测图像质量进行调整,接着以断面S1的拱顶钢筋与混凝土层表面交点为坐标原点O,以断面S1为xy平面,以隧道轴线方向为z方向,基于图像大小与拍摄距离的关系,建立空间坐标系;步骤203,获取断面S1的左侧上的监测靶标(6)、顶部上的监测靶标(6)和右侧上的监测靶标(6)所在钢筋预埋件与混凝土层表面交点的x值和y值,即确定断面S2、S3、……、Sn上的所有的监测靶标(6)所在钢筋预埋件与混凝土层表面交点的x值和y值,根据监测断面间距确定断面S2、S3、……、Sn上的各监测靶标(6)所在钢筋预埋件与混凝土层表面交点的z值,从而确定所有的监测靶标(6)安装位置坐标;步骤204,根据断面S2、S3、……、Sn上的所有的监测靶标(6)安装位置坐标,机器视觉布设相机(5)上的激光发射器将灯光打到隧道壁上,按照监测靶标(6)中心与混凝土层表面之间的距离为a,安装所有的监测靶标(6);步骤3、步骤1中的监测靶标(6)和步骤2中的监测靶标(6)安装完成后,收起机器视觉布设相机(5),在隧道内壁上安装防护装置和机器视觉监测相机(1),开启机器视觉监测相机(1)和靶标安装壳(72)内部的LED灯,调整机器视觉监测相机(1)监测范围;步骤4、调整机器视觉监测相机(1)的曝光参数,对所有的监测靶标(6)的成像质量进行调整,接着机器视觉监测相机(1)捕捉所有的监测靶标(6),并上传至数据接收平台,通过数据接收平台设置靶标信息;步骤5、根据监测需要设定拍照间隔,机器视觉监测相机(1)拍摄所有的监测靶标(6)图像,并将所有的监测靶标(6)位置的变形数据上传至数据接收平台;步骤6、在数据接收平台上设置监测靶标(6)累计位移安全阈值,对安全警报器(8)编号后,将安全警报器(8)固定于对应的断面隧道壁上;步骤7、当数据接收平台接收的监测靶标位置变形数据超过监测靶标累计位移安全阈值时,数据接收平台将异常变形断面及监测位置发送至相应安全警报器(8)并发出报警指令,安全警报器(8)接收到报警指令,灯光亮起并播报异常变形位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的隧道施工变形监测方法,其特征在于,步骤1和步骤2中,所有的监测靶标(6)均通过以下方法与钢筋预埋件进行安装:步骤101、将限位锥管(71)的豁口(711)对准钢筋预埋件,推动限位锥管(71),使钢筋预埋件嵌入限位锥管(71)的内部,实现限位锥管(71)与钢筋预埋件的连接;步骤102,将监测靶标(6)设置于靶标安装壳(72)的表面,将靶标安装壳(72)通过锥口(721)从钢筋预埋件的底部穿过套在钢筋预埋件上,并使锥口(721)内表面与限位锥管(71)外表面卡接;步骤103,将紧固螺母(73)套在钢筋预埋件的底部,拧动紧固螺母(73)使紧固螺母(73)沿着钢筋预埋件上移,挤压靶标安装壳(72),完成安装。
5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的隧道施工变形监测方法,其特征在于,步骤5中,监测靶标位置变形数据通过以下方法计算得到:步骤501、机器视觉监测相机(1)在第i时刻捕捉到断面Sn上的m号监测靶标(6),拍摄图像并将m号监测靶标(6)的断面信息、编号信息、坐标值以及拍摄时间上传;步骤502、经过一个拍照间隔,即机器视觉监测相机(1)在第i+1时刻捕捉到断面Sn上的的m号监测靶标(6),拍摄图像并将m号监测靶标(6)的断面信息、编号信息、坐标值以及拍摄时间上传;步骤503、建立第i时刻与第i+1时刻图像中同一断面的同一编号监测靶标(6)的对应关系,计算第i时刻与第i+1时刻捕捉到的m号监测靶标(6)坐标的相对差值并上传,相对差值即所监测位置在第i+1时刻相较于第i时刻的m号监测靶标(6)的位置变形数据。