CN103790108B - 桥梁综合检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁综合检测装置，包括横轨、纵轨、轨道车、车载设备和监控系统，所述纵轨用于固定在桥梁或桥梁的附属结构物上，所述横轨用于设置在所述纵轨上且可沿所述纵轨移动，所述轨道车用于设置在所述横轨上且可沿所述横轨移动，所述车载设备用于安装在所述轨道车上，且所述车载设备包括摄像装置，所述监控系统包括：用于与所述轨道车和车载设备通信的通信子系统，用于控制所述横轨、轨道车、车载设备的移动和定位的控制子系统，和用于基于所述摄像装置拍摄的桥梁图像检测所述桥梁的状况的测试子系统，其具有成本低、效率高、性能可靠等特性，可支持桥梁裂缝、支座、挠度或倾斜等多个指标的检测。

Description

桥梁综合检测装置

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，尤其涉及一种桥梁综合检测装置。

背景技术

目前，在桥梁检测中，需要检测的内容包括：桥梁裂缝、桥梁支座状况、主梁挠度或桥墩倾斜等参数。

其中，桥梁底面裂缝检测的方式主要包括：人工检测、小型飞机检测、带摄影功能的桥梁检测车检测等。其中，人工检测易受经验、情绪等个人因素影响，同时人工检测存在人员安全难保证、检测效率低等问题；小型飞机检测技术还未成熟，难以保证检测质量；带摄影功能的桥梁检测车目前有两种，一种是在检测车工作平台上安装轨道，由安装有相机的小车进行检测；另一种是在机械手上固定安装若干个摄像头和传感器进行检测，但是这两种方式目前的专业化和智能化程度均较低。

其中，桥梁支座状况检测较多采用力传感器进行检测，但是采用力传感器存在工作效率较低的问题，同时不能同时检测支座移位和脱空等。

其中，桥梁挠度检测主要以基于连通管方式的挠度测量技术为主，但是该技术容易受液体流动特性、连通管材料及尺寸、液体密度、重力加速度、温度变化等因素的影响，不仅安装和维护成本较高，且较难保证测试的长期准确性。

综上，目前对桥梁裂缝、支座、挠度或倾斜等指标的各种检测技术仍存技术不成熟或成本问题，尤其是基本所有检测装置仅支持的单一指标检测，而不支持多个指标的检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种桥梁综合检测装置，具有成本低、效率高、性能可靠等特性，可支持桥梁裂缝、支座、挠度或倾斜等多个指标的检测。

本发明提供了一种桥梁综合检测装置，包括横轨、纵轨、轨道车、车载设备和监控系统，所述纵轨用于固定在桥梁或桥梁的附属结构物上，所述横轨用于设置在所述纵轨上且可沿所述纵轨移动，所述轨道车用于设置在所述横轨上且可沿所述横轨移动，所述车载设备用于安装在所述轨道车上，且所述车载设备包括摄像装置，所述监控系统包括：用于与所述轨道车和车载设备通信的通信子系统，用于控制所述横轨、轨道车、车载设备的移动和定位的控制子系统，和用于基于所述摄像装置拍摄的桥梁图像检测所述桥梁的状况的测试子系统。

进一步，所述车载设备还包括：用于安装在所述摄像装置上的姿态传感器。

进一步，还包括基准测试网，所述基准测试网包括：多个基准测试点，所述基准测试点用于设置在桥梁上；所述摄像装置用于对各基准测试点进行摄像，同时所述姿态传感器记录对应的姿态数据，所述测试子系统用于根据各基准测试点的图像和对应的姿态数据，得到所述摄像装置的镜头相对于基准测试网的空间位置坐标。

进一步，所述测试子系统含有数据库I，用于存储桥梁整体、局部的照片或设计文件，以及由桥梁整体、局部的照片或设计文件构建生成的桥梁三维模型和表面图像特征，所述摄像装置用于对所述桥梁进行局部摄像，所述测试子系统，用于根据所述摄像装置的图像数据和桥梁表面图像特征的数学关系获得镜头在桥梁三维模型中的空间位置坐标及姿态。

进一步，还包括：含圆形结构物、摆线和重物的测倾摆线靶标，所述摆线上端固定于圆形结构物上，下端连接所述重物，所述圆形结构物固定在桥梁上；所述摄像装置，用于摄取含所述圆形结构物的测倾摆线靶标的图像，所述测试子系统用于根据所述摄取的图像，得到所述摄像设备的镜头与摆线之间的倾角。

进一步，所述摆线和重物的表面设置有便于图像识别的特定的几何形状或图案。

进一步，还包括：预设在桥梁上的形成预设图案或设置有预设图案的变形靶标，所述测试子系统含有数据库II，用于存储桥梁结构的轮廓线、裂缝或所述预设图案的几何及光学特征；所述摄像装置用于在两个不同时刻拍摄桥梁结构的图像，并由姿态传感器感知摄像装置的镜头在两个时刻的相对位置及姿态；所述测试子系统用于根据摄取的图像的几何及光学特征，与数据库II中信息的对比，识别结构的轮廓线、裂缝或预设图案对象，以及用于利用所述相对位置及姿态与所述几何及光学特征，获得所述几何及光学特征的变化值。

进一步，所述测试子系统含数据库III，用于存储桥梁三维几何和光学特征数据库；所述摄像设备用于在不同角度、焦距下摄取桥梁局部结构的两幅或两幅以上图像；所述测试子系统，用于利用摄取的图像合成桥梁局部结构的三维图像，并提取该三维图像的三维几何和光学特征，并与所述数据库III中信息进行对比，识别裂缝的特征量，该特征量包括：宽度、长度、形状和深度中至少一项。

进一步，所述测试子系统含数据库IV，用于存储与所述桥梁的支座力值-图像关系，所述摄像装置用于对所述桥梁的支座进行摄像或拍照，所述测试子系统，用于将所述支座力值-图像关系与摄取的图像对比，获得该支座的受力数据和工作状态数据，所述工作状态包括支座是否脱空、变形是否超标和位置是否正常中至少一项。

进一步，所述车载设备还包括：可转动的工作云台和连杆，所述摄像装置安装在所述工作云台上，且所述工作云台通过所述连杆连接至所述轨道车的底部。

本发明的有益效果：

本发明实施例，由于横轨可沿纵轨移动，轨道车可沿横轨移动，因此可支持轨道车在空间各位置的灵活移动，实现桥梁的局部视频检测，该装置具有结构简单、成体低、自动化程度高、检测效率高、性能可靠的优点，尤其是该装置可支持桥梁裂缝、支座、挠度或倾斜等多个指标的检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明提供的桥梁综合检测装置的实施例的立体组合图。

图2为本发明提供的桥梁综合检测装置中轨道车固定及轨道运行的示意图。

图3为本发明提供的桥梁综合检测装置轨道车与车载设备组合工作的示意图。

具体实施方式

图1为本发明提供的桥梁综合检测装置的实施例的立体组合图，图2为本发明提供的桥梁综合检测装置中轨道车固定及轨道运行的示意图，图3为本发明提供的桥梁综合检测装置轨道车与车载设备组合工作的示意图。

如图1-3所示，桥梁综合检测装置包括：横轨1、纵轨2、轨道车3、车载设备4和监控系统5。

其中，横轨1安装在纵轨2上且可沿纵轨2移动。纵轨2固定或者以可拆卸式的方式安装在桥梁底部或者桥梁底部的附属结构物上。横轨1和纵轨2可以为内卡式轨道。在横轨1的两端设置内卡于纵轨2的可移动机械滑轮，实现横轨1沿纵轨2的移动。一种实施方式中，横轨1通过动力车I带动沿纵轨2移动，具体的如图2所示，动力车包括：电机I21、变速器I22、传送带I23、主动滑轮I24和从动滑轮I25，横轨1通过从动滑轮I25(横轨1和从动滑轮I是一体的，通过从动滑轮I吊挂在纵轨上)连接到纵轨2上，电机I21经过变速器I22变速后通过传送带I23驱动主动滑轮I24，主动滑轮I24沿着纵轨移动，带动横轨1在纵轨2上移动。

其中，轨道车3设置在横轨1上且可沿横轨1移动，例如：轨道车3可通过内卡式机械滑轮安装在横轨1上。由于横轨1可沿纵轨2移动，轨道车3可沿横轨1移动，因此通过控制横轨1和轨道车3的移动和定位可实现轨道车在由纵轨2构成的面内各位置的移动。其中，轨道车3可以包括：电机II31、变速器II32、传送带II33、主动滑轮II34和从动滑轮II35，连杆44通过从动滑轮II35(连杆和从动滑轮是一体的，通过从动滑轮吊挂在横轨上)连接到横轨上，电机II31经过变速器II32变速后通过传送带II33驱动主动滑轮II34，主动滑轮II34沿着横轨移动，带动连杆44在横轨上移动。

其中，车载设备4包括：摄像装置41、姿态传感器42、工作云台43和连杆44，摄像装置41可以为数字式摄像装置，或者为高清摄像装置，或者为数字高清摄像装置，或者为本领域技术人员所知的其它形式。姿态传感器42安装在摄像装置41上，主要用于感知摄像装置41的镜头的姿态。摄像装置41安装在工作云台43上，工作云台43可转动，工作云台通过连杆44连接在轨道车3的底部，如此当轨道车3移动时，摄像装置41同步轨道车3的移动，实现在由纵轨2构成的面内的任意移动，从而在不同位置实现对桥梁的摄像或拍照，并且工作云台43可转动，因此可实现同一位置上、不同角度的对桥梁的摄像或拍照。

其中，横轨1、轨道车3、车载设备4(主要指工作云台43)的移动和定位可以由监控系统5完成。

其中，监控系统5与轨道车3和车载设备4通信连接，主要负责横轨1(主要是指带动其在纵轨上运动的动力车)、轨道车3和车载设备4的移动和定位，以及根据摄像装置41采集的图像信息实现桥梁检测。监控系统5可包括：用于与轨道车3和车载设备4通信的通信子系统51，用于控制横轨1、轨道车3、车载设备4的移动和定位的控制子系统52，和用于基于摄像装置41拍摄的桥梁图像检测桥梁的状况的测试子系统53。其中，控制子系统52和测试子系统53均与通信子系统51连接，以借由通信子系统51实现与轨道车3和车载设备4的通信，此处通信方式可以为无线通信。

下面，基于前述的结构说明，对桥梁综合检测装置实现的各检测功能进行说明。

一、网点定位(即测试镜头自身位置)。

如图1所示，在桥梁上可设置多个基准测试点6，例如：在桥梁结构以外的不动位置或桥梁墩柱等既有结构上预埋若干个基准测试点。多个基准测试点6构成基准测试网，基准测试网的布置可根据镜头位置和测试要求布设。定位时，先将摄像装置41的镜头逐个对准各基准测试点6进行摄像，同时记录对应的姿态传感器42的姿态数据，最后，由测试子系统53利用各基准测试点6的图像和对应的姿态数据，建立镜头与基准测试网的几何关系，由此获得镜头相对于基准测试网的空间位置坐标。

本实施例，在测试镜头自身位置时，独特的引入了基准测试网的概念，可以精确的得到镜头的位置。当然，本实施例在测试镜头时，也可以采用GPS(全求卫星定位系统)或激光定位等传统方式。

二、视觉定位。

首先在测试子系统中设置数据库I，该数据库I用于存储桥梁整体、局部的照片或设计文件，以及由桥梁整体、局部的照片或设计文件构建生成的桥梁三维模型和表面图像特征。

摄像装置41用于对桥梁进行局部摄像。测试子系统53，用于根据摄像装置41的图像数据和桥梁表面图像特征的数学关系获得镜头在桥梁三维模型中的空间位置坐标及姿态。

本实施例，能够将检摄像装置41的位置信息实时的显示在桥梁三维模型上，便于检测人员了解检测位置及相关信息。

三、倾斜检测。

如图1所示，在桥梁结构上设置测倾摆线靶标，该测倾摆线靶标包括：圆形结构物71、摆线72和重物73，其中摆线72上端固定于圆形结构物71上，下端连接重物73，圆形结构物71固定在桥梁上。在摆线72和重物73的表面可设置有便于图像识别的特定的几何形状或图案，例如：三角形、圆形等，以便于对测倾摆线靶标进行图像识别。

测试时，摄像装置41，用于摄取含圆形结构物的测倾摆线靶标的图像。测试子系统53，用于根据摄取的图像，得到摄像设备41的镜头与摆线72之间的倾角，具体的，测试子系统53采用图像识别技术对摄取的图像进行处理，获取图像的成像长度；并根据圆形结构物直径恒定原则，利用相似几何关系计算出摄像设备41的镜头与摆线72之间的倾角。

本实施例，利用测倾摆线靶标的摆线72长度方向始终指向竖直方向的特性，通过图像处理获得结构轮廓线、特征线或摄像镜头与摆线间的倾角，以此测定结构倾角和倾角变化。

四、移动和变形检测。

首先，在桥梁上设置变形靶标，变形靶标具有预设图案，且预设图案可为变形靶标的特定几何形状或其表面设置的特定几何形状或图案，该变形靶标可由传感器或变形材料构成，将其设置于桥梁结构或构件上，并与其共同变形。

测试子系统53含有数据库II，用于存储桥梁结构的轮廓线、裂缝或所述预设图案的几何及光学特征。

摄像装置41，用于在两个不同时刻拍摄桥梁结构的图像，并由姿态传感器42感知摄像装置的镜头在两个时刻的相对位置及姿态。

测试子系统53用于根据摄取的图像的几何及光学特征，与数据库II中信息的对比，识别结构的轮廓线、裂缝或预设图案对象，以及用于利用所述相对位置及姿态与所述几何及光学特征，获得所述几何及光学特征的变化值，该变化值即为结构的移动或变形量。

本实施例，通过在两个不同时刻拍摄桥梁结构的图像，感知或测取摄像机镜头在两个时刻的相对位置坐标及姿态,以此来获得结构的移动或变形量，这种直接利用摄像视频测设结构移动和变形量的方法简单、方便、可靠，实现了摄像装置视频检测结构图像特征和测设结构移动和变形量的一体化。

五、三维裂缝。

测试子系统53含数据库III，用于存储桥梁三维几何和光学特征数据库。

摄像设备41用于在不同角度、焦距下摄取桥梁局部结构的两幅或两幅以上图像；测试子系统53，用于利用摄取的图像合成桥梁局部结构的三维图像，并提取该三维图像的三维几何和光学特征，并与所述数据库III中信息进行对比，识别裂缝的特征量，该特征量包括：宽度、长度、形状和深度中至少一项。

本实施例，该检测装置可通过数字摄像设备对桥梁底面进行拍摄获得局部图像，所得图像经监控系统图像处理后，可通过与系统内包括由桥梁结构裂缝的三维几何和光学特征构建的数据库进行对比识别或通过图像处理独立识别裂缝并获得其特征量。

六、支座检测。

测试子系统53含数据库IV，用于存储与所述桥梁的支座力值-图像关系，该型号的桥梁支座受力变形的力值-图像关系数据库由支座力学性能试验测试过程视频、照片和试验数据构建生成。摄像装置41用于对所述桥梁的支座8进行摄像或拍照，测试子系统53，用于将所述支座力值-图像关系与摄取的图像对比，获得该支座的受力数据和工作状态数据，所述工作状态包括支座是否脱空、变形是否超标和位置是否正常中至少一项。

本实施例，采用摄像设备对桥梁支座进行实时摄像，通过实桥支座视频与装置中预存的该型号支座的力值-图像数据库的对比分析和识别，可获取支座的实际受力情况和工作状态。

本实施例，除了上述结构和功能外，还可以在桥梁相应结构上设置温度、应力、应变、位移、裂缝、倾斜、速度、加速度、GPS等多种传感器，使得桥梁综合装置具有采集多种参数信息的能力。

本实施例，测试子系统53中还具有自动分析处理报警模块，该自动分析处理报警模块可以根据获得的两个不同时刻平面或空间坐标信息，建立动态的时间-桥梁变形监控曲线；也可以根据裂缝图像识别获得的裂缝宽度、长度、形状和深度等特征量，建立动态的时间-裂缝特征量监控曲线；所述自动分析处理报警模块可以根据需要在建立的动态监控曲线上设定报警阈值，当桥梁变形及裂缝发展到一定界限时自动报警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种桥梁综合检测装置，其特征在于：包括横轨、纵轨、轨道车、车载设备和监控系统，所述纵轨用于固定在桥梁或桥梁的附属结构物上，所述横轨用于设置在所述纵轨上且可沿所述纵轨移动，所述轨道车用于设置在所述横轨上且可沿所述横轨移动，所述车载设备用于安装在所述轨道车上，且所述车载设备包括摄像装置，所述监控系统包括：用于与所述轨道车和车载设备通信的通信子系统，用于控制所述横轨、轨道车、车载设备的移动和定位的控制子系统，和用于基于所述摄像装置拍摄的桥梁图像检测所述桥梁的状况的测试子系统。

2.如权利要求1所述桥梁综合检测装置，其特征在于：所述车载设备还包括：用于安装在所述摄像装置上的姿态传感器。

3.如权利要求2所述桥梁综合检测装置，其特征在于：还包括基准测试网，所述基准测试网包括：多个基准测试点，所述基准测试点用于设置在桥梁上；所述摄像装置用于对各基准测试点进行摄像，同时所述姿态传感器记录对应的姿态数据，所述测试子系统用于根据各基准测试点的图像和对应的姿态数据，得到所述摄像装置的镜头相对于基准测试网的空间位置坐标。

4.如权利要求2所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：所述测试子系统含有数据库I，用于存储桥梁整体、局部的照片或设计文件，以及由桥梁整体、局部的照片或设计文件构建生成的桥梁三维模型和表面图像特征，所述摄像装置用于对所述桥梁进行局部摄像，所述测试子系统，用于根据所述摄像装置的图像数据和桥梁表面图像特征的数学关系获得镜头在桥梁三维模型中的空间位置坐标及姿态。

5.如权利要求1所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：还包括：含圆形结构物、摆线和重物的测倾摆线靶标，所述摆线上端固定于圆形结构物上，下端连接所述重物，所述圆形结构物固定在桥梁上；所述摄像装置，用于摄取含所述圆形结构物的测倾摆线靶标的图像，所述测试子系统用于根据所述摄取的图像，得到所述摄像设备的镜头与摆线之间的倾角。

6.如权利要求5所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：所述摆线和重物的表面设置有便于图像识别的特定的几何形状或图案。

7.如权利要求2所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：还包括：预设在桥梁上的形成预设图案或设置有预设图案的变形靶标，所述测试子系统含有数据库II，用于存储桥梁结构的轮廓线、裂缝或所述预设图案的几何及光学特征；所述摄像装置用于在两个不同时刻拍摄桥梁结构的图像，并由姿态传感器感知摄像装置的镜头在两个时刻的相对位置及姿态；所述测试子系统用于根据摄取的图像的几何及光学特征，与数据库II中信息的对比，识别结构的轮廓线、裂缝或预设图案对象，以及用于利用所述相对位置及姿态与所述几何及光学特征，获得所述几何及光学特征的变化值。

8.如权利要求1所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：所述测试子系统含数据库III，用于存储桥梁三维几何和光学特征数据库；所述摄像设备用于在不同角度、焦距下摄取桥梁局部结构的两幅或两幅以上图像；所述测试子系统，用于利用摄取的图像合成桥梁局部结构的三维图像，并提取该三维图像的三维几何和光学特征，并与所述数据库III中信息进行对比，识别裂缝的特征量，该特征量包括：宽度、长度、形状和深度中至少一项。

9.如权利要求1所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：所述测试子系统含数据库IV，用于存储与所述桥梁的支座力值-图像关系，所述摄像装置用于对所述桥梁的支座进行摄像或拍照，所述测试子系统，用于将所述支座力值-图像关系与摄取的图像对比，获得该支座的受力数据和工作状态数据，所述工作状态包括支座是否脱空、变形是否超标和位置是否正常中至少一项。

10.如权利要求1-8中任一项所述的桥梁综合检测装置，其特征在于：所述车载设备还包括：可转动的工作云台和连杆，所述摄像装置安装在所述工作云台上，且所述工作云台通过所述连杆连接至所述轨道车的底部。