本发明涉及大型水电工程大坝外形监测，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。
背景技术：
1、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：
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
技术实现思路
1、为了解决上述大坝体廊道位移测量的技术问题，本发明提供一种大坝体廊道视觉位移测量系统及测量方法。采用如下的技术方案：
2、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，视觉位移监测装置包括系留件、视觉位移监测器、摆动抑制装置和多套标靶装置，所述系留件的一端固定在目标大坝体廊道内壁顶的中部，视觉位移监测器的顶面中部系留在系留件的另一端，摆动抑制装置包括陀螺仪、四个喷射口和基于芯片的喷射控制器，所述陀螺仪安装在视觉位移监测器内的中心位置，四个喷射口安装在视觉位移监测器的四个侧面，喷射控制器与陀螺仪通信连接，基于陀螺仪的数据分析是否存在单摆运动，并计算摆动方向和幅度，控制四个喷射口联动，使视觉位移监测器停止单摆运动；
3、多套标靶装置分别环绕安装在目标大坝体廊道的侧壁上；
4、视觉位移监测器和摆动抑制装置分别通过廊道内监测通信单元与视觉位移测量分析单元通信连接；
5、视觉位移测量分析单元基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置的位移值。
6、通过采用上述技术方案，为了能在目标大坝体廊道内对侧壁上的监测点进行视觉位移测量，采用系留件的底部挂载视觉位移监测器的模式，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内壁出现位移时，目标大坝体廊道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，采用系留件的模式是为了在出现位移时减少视觉位移监测器的位移量，降低对测量结果的干扰；
7、系留件可以是钢丝绳，在自然下垂过程中不能出现扭转；
8、当出现较大的位移时，此时系留件的作用下，视觉位移监测器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，采用摆动抑制装置的喷射口来主动使单摆运动停止，控制原理是基于陀螺仪的数据分析是否出现单摆和单摆的方向，喷射控制器控制对应的一个或两个喷射口喷出气体来阻碍单摆，从而使视觉位移监测器很快停止摆动，能够使视觉位移监测器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拍摄视觉画面；
9、喷射口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；
10、视觉位移测量分析单元基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置的位移值，位移值采用对应监测点进行展示。
11、可选的，视觉位移监测器包括壳体、视觉摄像头和视觉监测端无线通信模块，所述壳体顶部设有系留座，系留座连接安装在系留件的另一端；视觉摄像头、视觉监测端无线通信模块和电池组安装在壳体内，视觉摄像头的拍摄焦点位于多套标靶装置的中轴线上，所述视觉摄像头的数据输出端与视觉监测端无线通信模块的数据输入端通信连接，视觉监测端无线通信模块通过廊道内监测通信单元与视觉位移测量分析单元无线通信交互视觉摄像头拍摄的标靶视觉画面。
12、通过采用上述技术方案，视觉摄像头可以持续拍摄多套标靶装置的视觉画面，并通过视觉监测端无线通信模块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。
13、可选的，视觉位移监测器还包括电池组，所述电池组安装在壳体内，且安装完成后视觉位移监测器的重心位于壳体上下面的几何中心连线上，电池组分别为视觉摄像头和视觉监测端无线通信模块供电。
14、通过采用上述技术方案，电池组可以为视觉摄像头和视觉监测端无线通信模块供电，还可以通过电池组安装的位置来使视觉位移监测器的重心位于壳体上下面的几何中心连线上，从而进一步增加视觉摄像头的稳定性。
15、可选的，视觉位移测量分析单元包括位移测量分析端无线通信单元、存储器、视觉分析芯片和数据分析芯片，所述位移测量分析端无线通信单元通过廊道内监测通信单元与视觉监测端无线通信模块无线通信连接，采集视觉摄像头拍摄的标靶视觉画面，存储器与位移测量分析端无线通信单元的数据输出端通信连接，所述视觉分析芯片和数据分析芯片分别与存储器通信连接，视觉分析芯片调用基于时序的标靶视觉画面分析标靶位移，所述数据分析芯片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备查。
16、通过采用上述技术方案，视觉分析芯片的作用是对拍摄的标靶视觉画面进行视觉特征分析，数据分析芯片的作用是基于视觉分析结果来计算实际位移值。
17、可选的，视觉位移测量分析单元还包括显示器，所述显示器与存储器通信连接，用于显示位移测量结果。
18、可选的，廊道内监测通信单元包括多个巷道中继通信基站，多个巷道中继通信基站等间距布置在目标大坝体廊道内，多个巷道中继通信基站无线通信自组网，靠近视觉位移监测器的巷道中继通信基站与视觉监测端无线通信模块无线通信连接，靠近视觉位移测量分析单元的巷道中继通信基站与位移测量分析端无线通信单元无线通信连接。
19、通过采用上述技术方案，巷道中继通信基站可以是基于无线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。
20、可选的，标靶装置包括支撑架和标靶板，所述支撑架可拆卸安装在目标大坝体廊道的侧壁上，所述标靶板安装在支撑架上，标靶板的表面贴有靶纸，靶纸面朝向视觉摄像头的镜头。
21、通过采用上述技术方案，标靶板上的靶纸面为视觉摄像头的提供监测点特征。
22、可选的，目标大坝体廊道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，标靶装置的数量是七个，七个标靶装置分别安装在目标大坝体廊道的内壁七个监测点处。
23、通过采用上述技术方案，对于目标大坝体廊道，每隔设定距离或者根据目标大坝体廊道内的直线段长度，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，七个标靶装置对应七个监测点，七个监测点位于同一个平面上。
24、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进行视觉位移测量，包括以下步骤：
25、步骤1，每隔设定时间间隔，视觉摄像头拍摄七个标靶装置的靶纸视觉画面，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；
26、步骤2，视觉位移测量分析单元对靶纸视觉画面进行图像预处理；
27、步骤3，视觉位移测量分析单元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；
28、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)；
29、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。
30、靶纸特征点的总位移
31、计算所有靶纸特征点的总位移，并通过显示器显示所有靶纸特征点的总位移。
32、通过采用上述技术方案，可以实现持续性高精度地对目标大坝体廊道内的监测点进行位移测量。
33、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
34、本发明能提供一种大坝体廊道视觉位移测量系统及测量方法，采用系留件的底部挂载视觉位移监测器的模式，降低对测量结果的干扰；视觉位移测量分析单元基于时间轴采用视觉测量方法分别计算多个标靶装置的位移值，位移值采用对应监测点进行展示；可以实现持续性高精度地对目标大坝体廊道内的监测点进行位移测量。
1.一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：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)，所述系留件(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)，所述陀螺仪(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；
2.根据权利要求1所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：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)，所述壳体(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，所述视觉摄像头(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。
3.根据权利要求2所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：视觉位移监测器(12)还包括电池组(124)，所述电池组(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。
4.根据权利要求3所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：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)，所述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，所述视觉分析芯片(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，所述数据分析芯片(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。
5.根据权利要求4所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：视觉位移测量分析单元(3)还包括显示器(35)，所述显示器(35)与存储器(32)通信连接，用于显示位移测量结果。
6.根据权利要求5所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：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。
7.根据权利要求6所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：标靶装置(14)包括支撑架(141)和标靶板(142)，所述支撑架(141)可拆卸安装在目标大坝体廊道(100)的侧壁上，所述标靶板(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。
8.根据权利要求7所述的一种大坝体廊道视觉位移测量系统，其特征在于：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。
9.一种大坝体廊道视觉位移测量方法，其特征在于：采用权利要求8所述的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：
