一種能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道地質監(jiān)控領域，具體涉及一種能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝 置。
【背景技術】
[0002] 隧道的出現讓交通實現了立體化，要想隧道為人類服務，就必須對隧道地質有充 分的了解。隧道地質監(jiān)控裝置用來監(jiān)控隧道的地質，從而為安全使用隧道提供支持，傳統的 隧道地質監(jiān)控裝置自主性差，不具備識別功能。本裝置旨在發(fā)明一種能夠自主進行識別的 隧道地質檢測裝置。
[0003]目標輪廓識別作為目標識別的重要手段，由于實際應用中受到噪聲、量化誤差等 因素的影響，目標輪廓不可避免地會產生失真，為了準確描述輪廓特征，目標輪廓的濾波平 滑處理是十分必要的。目前，學者們提出了許多含噪輪廓的濾波平滑算法，但是普遍存在計 算量龐大、降噪效果不理想、容易發(fā)生過度濾波導致目標失真等問題。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝置。
[0005] 本發(fā)明的目的采用以下技術方案來實現：
[0006] -種能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝置，包括普通隧道地質監(jiān)控裝置和安裝在隧 道地質監(jiān)控裝置上的目標識別裝置，該隧道地質監(jiān)控裝置具有很強的環(huán)境適應能力，目標 識別裝置能夠根據目標輪廓對目標進行識別，其特征是，包括建模模塊、分段模塊、合并模 塊和濾波t吳塊；
[0007] 建模模塊，用于建立目標輪廓的參數化方程:對于給定的目標輪廓G(t)，其弧長參 數化方程表示為G(t) = (x(t)，y(t))，其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點的坐標，t表示輪廓 曲線方程的參數，且te[0，i];
[0008] 含噪輪廓的弧長參數化方程表示為:6〃(〇=6(〇+仏（〇+仏（〇6(〇,其中加性噪 聲部分Ni(t)=Ni(xi(t)，yi(t))，乘性噪聲部分N2(t)=N2(X2(t)，y2(t));
[0009] 分段模塊，用于對輪廓的分段：目標輪廓G(t)和含噪輪廓GN(t)所對應的曲率分別 為k(t)和k N(t);選寬度寬度為D的窗函數W(n)，對曲率kN(t)進行鄰域平均，得到平均曲率 k1N( t)，同時對窗口內的曲率值排序，選定中值曲率k2N( t)，將平均曲率k1N( t)和中值曲率k2N (t)差的絕對值與選定的閾值^進行比較，根據比較結果決定含噪輪廓曲率k^U)，即：
[0010] 當 |kiN(t)-k2N(t) I
[0011] 否則，
[0012] 由于曲率值較大的輪廓點通常反映了目標的顯著特征，根據k%(t)將輪廓中所有 輪廓點劃分為特征點或非特征點，設定可變權值Τκ，通過判斷目標輪廓特征多少，自適應的 決定Τκ，
[0013] 當 | k7 N(t) | <TK*max | k7 N(t) | 時，特征函數 f(t) =0
[0014] 否則，特征函數f(t) = l。
[0015] 合并模塊：用于剔除由于噪聲干擾產生的偽特征點，以及對無法形成連續(xù)區(qū)域的 特征點和非特征點進行合并操作，從而得到有效的特征區(qū)域與非特征區(qū)域:選定一個起始 點〇,輪廓起始點向兩側延伸合并相鄰的點，以該起始點類型作為該區(qū)域預設類型，向兩側 延伸各SXyQ時停止，其中S為預設的最小長度
.為0點處的實時曲率修 正系數，_代表0點的曲率半徑，^1代表由上述窗函數得到的0點的平均曲率半徑，實 時曲率修正系數用于根據不同點的曲率不同，自動修正延伸長度，能有效減小合并后的 失真現象;分別計算兩側區(qū)域內相異點的個數Ν+1和Ν-1，若相異點的個數小于設定的該類 型相異點最小個數，則該區(qū)域與預設類型相同，否則，與預設類型相反;再以兩個停止點〇 +1 和點0-1作為起始點重新開始計算，向外側延伸時停止，其中 代表點〇+1和點Ο-i處的實時曲率修正系數，〇 +1兩側區(qū)域內相異點個數為Ν+2,0^兩側區(qū)域內 相異點個數為Ν-2,根據上述判定條件，依次確定各段輪廓類型，長度不足S的部分根據其與S 的比例計算相異點個數，計入相應的特征區(qū)域;對相鄰的同類型區(qū)域進行合并，得到連續(xù)的 特征區(qū)域和非特征區(qū)域；
[0016] 濾波模塊:乘性噪聲由于和圖像信號是相關的，隨圖像信號的變化而變化，采用維 納濾波來進行一級濾除，此時圖像信息還包含有殘余乘性噪音，通過F濾波器F(x，y)=qX exp(_(x 2+y2)/P2進行二級濾除，其中q是將函數歸一化的系數，即：JJqXexp(-(x 2+y2)/P2) dxdy = l，β為圖像模板參數；
[0017]乘性噪聲濾除后，含噪目標輪廓的弧長參數化方程表示為6〃(丨）'=6(〇+見(〇;假 設加性噪聲為高斯白噪聲:XN(t) ' = X(t)+gi(t，〇2)，yN(t) ' =y(t)+g2(t，〇2)，其中xN(t) ' 和 yN(t)'分別表示去除乘性噪聲后含噪輪廓上各點坐標，gl(t，〇 2)和g2(t，〇2)分別是均值為 零、方差為σ 2的高斯白噪聲，用于模擬含噪目標輪廓中的加性噪聲；
[0018] 采用函數k(t，〇)=^：e-t對含噪輪廓進行平滑，命名為Κ濾波器，經過輪廓點分 σγ2π 類和區(qū)域劃分，含噪輪廓GN(t)'表示為不同類型輪廓分段的組合:G5(t)K(t) + EiGr(t)， 其中Gf (t)表示包含特征區(qū)域的輪廓分段，(t)表示包含非特征區(qū)域的輪廓分段，根據 輪廓特征分布選取K濾波器的參數，同時考慮全局特征和局部特征因素，在特征區(qū)域，為了 保留細節(jié)信息，令σ玄11111： 1(〇'_/「^\〇1);在非特征區(qū)域，為了提高抑制噪聲的效果，令 'σ > max(0'，Ρ.? Χ σ?)，其中〇/為先驗估算得到的全局方差，〇1為所選特征區(qū)域的先驗估算 方差，σ〇為所選非特征區(qū)域的先驗估算方差，Pi:為所選特征區(qū)域的平均實時曲率修正系 數，為所選非特征區(qū)域的平均實時曲率修正系數;為了達到較好的平滑效果，選取每種類 型區(qū)域最小長度S的一半作為K濾波器85%置信區(qū)間的長度，從而根據兩類區(qū)域的長度自適 應不同參數的K濾波器。
[0019] 本發(fā)明通過在隧道地質監(jiān)控裝置上加裝目標識別裝置，能夠有效增強隧道地質監(jiān) 控裝置的環(huán)境適應能力，隧道地質監(jiān)控裝置通過目標輪廓識別目標，識別過程中能有效濾 除目標輪廓噪聲，從而對目標種類做出正確識別。
【附圖說明】
[0020] 利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限 制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得 其它的附圖。
[0021] 圖1是本發(fā)明的能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0022] 結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0023] 圖1是本發(fā)明的結構框圖，其包括:建模模塊、分段模塊、合并模塊、濾波模塊。
[0024] 實施例1: 一種能夠自主作業(yè)的隧道地質監(jiān)控裝置，包括普通隧道地質監(jiān)控裝置和 安裝在隧道地質監(jiān)控裝置上的目標識別裝置，該隧道地質監(jiān)控裝置具有很強的環(huán)境適應能 力，目標識別裝置能夠根據目標輪廓對目標進行識別，其特征是，包括建模模塊、分段模塊、 合并模塊和濾波模塊；
[0025] 建模模塊，用于建立目標輪廓的參數化方程:對于給定的目標輪廓G(t)，其弧長參 數化方程表示為G(t) = (x(t)，y(t))，其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點的坐標，t表示輪廓 曲線方程的參數，且te[0，i];
[0026] 含噪輪廓的弧長參數化方程表示為AWOiGUHNKO+NVOGU)，其中加性噪 聲部分Ni(t)=Ni(xi(t)，yi(t))，乘性噪聲部分N2(t)=N2(X2(t)，y2(t));
[0027] 分段模塊，用于對輪廓的分段：目標輪廓G(t)和含噪輪廓GN(t)所對應的曲率分別 為k(t)和k N(t);由于受到噪聲的影響，含噪輪廓GN(t)上部分特征點的曲率值kN(t)不能準 確表示輪廓信息，為了得到準確的曲率，選寬度為De {7，9}的窗函數W(n)，對曲率kN( t)進 行鄰域平均，得到平均曲率kiN( t)，同時對窗口內的曲率值排序，選定中值曲率k2N( t)，將平 均曲率k1N(t)和中值曲率k2N(t)差的絕對值與選定的閾值1^ = 0.24進行比較，根據比較結果 決定含噪輪廓曲率k'U)，即：
[0028] 當 |klN(t)-k2N(t) | >Τι時，1^Ν(〇=1αΝα)
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