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基于视觉监控的运营边坡自动化监测

技术应用研究

摘要：针对广东省营运高速公路边坡具有分布范围广、边坡规模小和雨季滑

塌频发等特点，提出将视觉监控技术用于公路边坡变形与滑塌监测，结合实际工

程案例探讨了监测设备平台搭建、现场设施安全防护与自动监测数据处理与分析，

并与人工变形监测、基于北斗和GPS的位移监测方法进行技术经济对比。分析结

果表明，采用位移视觉监控方法与表面位移人工测量位移结果具有良好的一致性，

与其他边坡自动监测技术相比，该技术使用成本较低，量测精度更加理想，可满

足高效化、低成本和高覆盖范围的营运公路边坡自动化监测要求，在营运高速公

路边坡变形自动化监测领域具有广阔的市场应用前景。

关键词：公路边坡；变形；视觉监控；自动化监测；技术经济对比

一引言

改革开放以来，我国公路建设得到了快速发展。但由于我国近70%的地区为

山区，公路的建设与运营极易受到多种边坡地质灾害（如滑坡、崩塌、泥石流等）

[1]

的侵袭。随着高速公路通车里程的增长，以及通车年限的延长，边坡滑坡问题

已成为需要重点关注的一个重大交通安全问题。

目前，边坡监测绝大部分采用人工监测方式，存在工作强度大、问题反馈不

及时和测量误差大等不足之处。视觉监控是一种基于计算机视觉原理、数字图像

处理和数值计算的、非接触、非干涉、全场变形光学测量方法。

本文提出将视觉监控技术应用于公路边坡变形监测，通过合理搭建监测设备

平台，严格实施安全防护措施，对量测数据进行数字图像相关处理及分析，以实

现滑塌边坡变形实时自动化监测与加固区域稳定性评价的目的。

二边坡变形监测技术原理

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边坡变形一般监控临空向的水平位移和沿着垂直方向的竖直沉降，是在边坡

垂直剖面内的二维平面上的矢量位移，如图1所示。当沿着边坡垂直剖面一定角

度拍摄图片时，可以获取一张相对于位移平面倾斜的图形（投影面），采用数字

图像校正技术，将图像进行正向校正，可以得到正投影等效图片（聚焦面）。结

合特有多点校准功能，能够准确获取每个像素点对应的实际坐标信息。在多个观

测点设置具有明显图像特征的稳定靶标，确保靶标可随边坡变形发生相应的位移。

图像处理系统基于散斑跟踪技术，追踪每一个靶标的位移信息，得到每个观测点

的位移变化值。基于物联网技术实现远程图像采集，在服务器端采用云计算技术

进行图像处理，可以用较低的成本实现远程在线边坡位移监测。在获取高精度位

移长期监测的同时，可以提供对应的现场记录图片，给后期的溯源分析提供充分

的现场信息依据[2]。

图1边坡变形视觉监控原理示意

视觉监控系统包含现场设备和云平台两个部分，现场设备由工业相机、数据

采集仪、工业4G路由器、太阳能供电系统、现场支架等构成；高精度数字图像

测量处理系统部署在云平台，提供实时图像分析和位移解算。工业相机是获取观

测点变形图像的核心设备，由CCD单元、图像处理单元、网络传输单元、定焦镜

头等主要部分构成；CCD单元采用高性能高分辨率大尺寸CCD成像器件，在各种

光照情况下提供高清图像;网络传输单元实现与服务器的图像数据交换功能；定

焦镜头一般选用12~70mm焦距的长焦镜头，实现远距离成像，根据现场观测点与

相机的距离选取镜头参数；数据采集仪作为现场控制核心，依据平台的指令完成

现场设备的工作调度，定时获取有效图像，工作完成后，控制现场设备进入低功

耗状态，节约功耗，因此可以采用较小功率的供电系统实现长期的不间断系统运

行效果[3]。工业