CN105091770B - 桥梁支座变形病害检测系统 - Google Patents

Abstract

桥梁支座变形病害检测系统，包括摄像头、掌上电脑、伸缩支架、三脚架，其特征在于，所述摄像头包括摄像头工作部、信号收发装置、底座和球形云台，通过信号收发装置与掌上电脑无线连接控制球形云台实现摄像头的旋转；摄像头工作部的工作断面为圆形，包括设置在中央带CMOS图像传感器的高清晰度球形红外镜头和设置在工作断面边缘的若干个红外LED；摄像头固定在伸缩支架上，伸缩支架包括支架底座、可伸缩部件、驱动机构和控制系统，控制系统与掌上电脑无线连接，可伸缩部件由若干节互相套叠可伸缩的铝镁合金管组成。本发明可实现摄像头水平360°和垂直+30°～‑90°的转动，能对处于狭小空间和不同高度的桥梁支座进行全方位检测。

Description

桥梁支座变形病害检测系统

技术领域

本发明属于公路工程试验检测领域，涉及一种桥梁支座变形病害检测系统，尤其是一种可以对处于狭小空间和不同高度的桥梁支座位移和转角病害进行检测的检测过程简单、操作方便、检测结果精准且工作效率较高的桥梁支座变形病害检测系统。

背景技术

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件。它能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠的传递给桥梁下部结构，缓解桥梁墩台承受的震动，并同时承受由荷载作用引起的桥跨结构端部的水平位移、转角和变形。

但是，由于桥梁支座的位移和转角长期未得到有效和精确的检测，导致现如今许多投入使用的城市和公路桥梁，往往还没到设计年限就产生了不同程度的破坏，需对其进行大修和重建，既影响了交通运输，又为交通部门和养护单位造成很大的经济损失。

目前，公路工程试验检测领域对桥梁支座的检测主要是通过人工进行观察和测量。然而，桥梁支座位于梁体与墩台的连接部位，光线昏暗，工作空间极不充裕，工作人员很难对支座进行准确的观测，跟实际结果相比存在很大误差。对于城市桥梁，由于其大部分支座基本都处于较高位置，人工观测需要耗费较多的人力、物力，极大地影响了工作效率。

针对公路工程试验检测领域桥梁支座检测中存在的支座位移和转角检测结果不精确，检测过程繁杂，工作效率底等问题，需要研发一款新型的支座检测系统。

CN202938790U公开了一种桥梁支座检测仪，其特征在于，包括摄像头、掌上电脑和传输数据线，摄像头和掌上电脑分别连接到传输数据线的两端，所述摄像头的横截面呈上部水平的弓形，所述传输数据线外套设有可挠金属电线保护套管，所述掌上电脑为触摸屏式，并带有图像分析与处理系统。上述对比文件采用可挠金属电线保护套管有线连接，其长度和强度都有限，很难对处于较高位置的桥梁支座进行检测，不能根据实际需要，实现对不同高度和不同角度的桥梁支座病害(如转角和剪切变形)的检测，极大地影响了检测工作的工作效率和检测结果的精准性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以对处于狭小空间和不同高度的桥梁支座的位移和转角病害进行检测的检测过程简单、操作方便、检测结果精准且工作效率较高的桥梁支座检测系统。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案如下：

桥梁支座变形病害检测系统，包括摄像头、掌上电脑、伸缩支架和设置在伸缩支架侧面的三脚架。

所述摄像头包括摄像头工作部、设置在摄像头上方的信号收发装置、摄像头底部的底座及设置在所述底座上方的球形云台，球形云台的一端固定在所述底座上，另一端与所述摄像头工作部连接。所述摄像头工作部的工作断面为圆形，包括设置在其中央的带CMOS图像传感器的高清晰度球形红外镜头和设置在其工作断面边缘平均分布的若干个红外LED，红外LED可以解决检测过程中光源不足对图像质量影响的问题。优选地，所述红外LED的个数为8个。摄像头通过上方的信号收发装置与掌上电脑无线连接，掌上电脑控制摄像头下方的球形云台，使摄像头进行水平、垂直两个方向的转动，对支座进行全方位的观测。

所述摄像头的底部设有螺丝孔，用于固定在所述伸缩支架上，所述伸缩支架包括支架底座、可伸缩部件和设置在支架底座内的驱动机构和控制系统，所述驱动机构与控制系统电连接，所述控制系统与所述掌上电脑无线连接。所述伸缩支架的可伸缩部件由若干节互相套叠可伸缩的铝镁合金管组成，不同节段之间能够在一定范围内相对运动。由于伸缩支架的控制系统与掌上电脑无线连接，因此伸缩支架可以根据实际需要自动调整高度。同时，所述摄像头的摄像头工作部可通过下方的球形云台进行转动，不但能够上下倾斜调节摄像头的朝向，而且能够360°调节摄像头工作部的转向，使得将摄像头固定后，不需要再行挪动，即可调整摄像头工作部朝向任何方向，使高清摄像头处于最佳的观测位置，选取最佳的拍摄角度，根据角度的不同，快速创建图像控制坐标系，保证计算结果的精确度，同时操作也更加方便。

所述掌上电脑为带有图像分析与处理系统的触摸屏式电脑，能够精确地计算出桥梁支座的转角和位移。

进一步，所述球形云台为光学设备底部和固定支架连接的转向轴，其内置两个电机，可实现水平360°和垂直+30°～-90°的转动。

进一步，所述掌上电脑配有用于操作触摸屏的触摸笔，可以精确标定图像尺寸。

进一步，所述摄像头的信号收发装置与掌上电脑的无线连接为蓝牙无线连接；所述伸缩支架的控制系统与掌上电脑的无线连接也为蓝牙无线连接。

无线连接相比有线连接，更能适应不同高度位置的检测要求，操作更加方便；此外，无线连接的方式有益于系统的集成，通过掌上电脑与多个摄像头的连接实现同步测试以提高检测效率。

进一步，所述伸缩支架包括三脚架在内，其伸展高度范围在2-10m之间。

进一步，所述三脚架为可折叠式，便于携带和运输，用于野外作业。

本发明的工作原理如下：

在进行桥梁支座检测前，将伸缩支架底部的折叠式三脚架打开并支在地面上，拿出摄像头采用机械连接的方式固定在伸缩支架的顶部，并启动系统。

工作时，地面上的工作人员，根据支座所处的实际高度，通过操作掌上电脑，发出信号给控制系统，控制系统带动驱动机构调节可伸缩部件进行自动伸缩，将伸缩支架的高度调整到摄像头处于最佳观测位置。同时，通过掌上电脑发出信号给信号收发装置，信号收发装置接收信号后，无线控制球形云台调整摄像头旋转，使摄像头处于最佳的拍摄角度。调整完毕，工作人员对桥梁支座待检测部位进行拍照，摄像头拍摄的图像，通过蓝牙实时传输到掌上电脑。此时，掌上电脑会对接收的图像进行存储。工作人员使用触摸笔在图像控制坐标系下对掌上电脑屏幕上的图像进行要素选择，选取所需点进行连线，掌上电脑内部软件在自身坐标系下自动生成要素尺寸，之后屏幕会自动弹出对话框，工作人员可选择进行支座剪切变形或转角的计算分析，最后软件会将数值存储并输出。

本发明的有益效果如下：

1、本发明在桥梁支座变形危害检测中，伸缩支架可根据实际需要自动进行高度上的拉伸，工作人员不必爬到高处位置，消除了检测工作的安全隐患，同时伸缩支架还能使摄像头处于最佳的观测位置，能较好地提高工作效率和检测效果的准确性。

2、本发明的摄像头能够实现水平360°和垂直+30°～-90°的转动，对支座状况进行全方位的观测，使检测结果的准确性得到有效保证。

3、本发明的掌上电脑运用图像标定技术，能够精确地计算出桥梁支座的转角和位移，并能对检测信息及时进行存储，方便回看。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例摄像头的结构示意图；

图3是本发明实施例的掌上电脑数据处理示意图；

图4是本发明实施例盆式支座转角计算示例图；

图5是本发明实施例板式橡胶支座剪切变形角计算示例图。

附图说明：

1-摄像头；2-掌上电脑；3-伸缩支架；4-触摸笔；5-三脚架；

1-1-红外LED；1-2-球形云台；1-3-底座；1-4-信号收发装置；

3-1-支架底座；3-2-可伸缩部件；

A1－盆式支座上钢板；A2－盆式支座下钢板；

θ－盆式支座转角；L－盆式支座两个高度测量支架间的水平距离；

h₁、h₂－盆式支座上钢板平面与下钢板平面间的相对高度值。

A1’－板式橡胶支座上表面；A2’－板式橡胶支座下表面；

θ’－板式橡胶支座的剪切变形角；L’-板式橡胶支座两个高度测量支架间水平距离；

h₁’－板式橡胶支座上表面与下表面之间的垂直高度。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，桥梁支座变形病害检测系统，包括摄像头1、掌上电脑2、伸缩支架3和设置在伸缩支架3侧面的可折叠式三脚架5。掌上电脑2为带有图像分析与处理系统的触摸屏式电脑，能够精确地计算出桥梁支座的转角和位移，掌上电脑2还配有用于操作触摸屏的触摸笔。

摄像头1包括摄像头工作部、设置在摄像头1上方的信号收发装置1-4、摄像头1底部的底座1-3和设置在所述底座1-3上方的球形云台1-2，球形云台1-2的一端固定在所述底座1-3上部，另一端与所述摄像头工作部连接。所述摄像头工作部的工作断面为圆形，包括设置在其中央的带CMOS图像传感器的高清晰度球形红外镜头和设置在其工作断面边缘平均分布的8个红外LED1-1，红外LED可以解决检测过程中光源不足对图像质量影响的问题。

摄像头1通过上方的信号收发装置1-4与掌上电脑2采用蓝牙无线连接，通过掌上电脑2无线控制摄像头1下方的球形云台1-2，实现摄像头的水平和垂直转动。所述球形云台1-2为光学设备底部和固定支架连接的转向轴，其内置两个电机，可实现水平360°和垂直+30°～-90°的转动。

所述摄像头1的底座1-3设有螺丝孔，用于固定在伸缩支架3上，伸缩支架3包括支架底座3-1、可伸缩部件3-2和设置在支架底座3-1内的驱动机构和控制系统，驱动机构与控制系统电连接，所述控制系统与掌上电脑2蓝牙无线连接；伸缩支架3的可伸缩部件3-2由6节互相套叠可伸缩的铝镁合金管组成，不同节段之间能够在一定范围内相对运动。伸缩支架3包括三脚架5在内，其伸展高度范围在2-10m之间。

掌上电脑2配有触摸笔，主要用于操作触摸屏，可以精确标定图像尺寸。

在进行桥梁支座检测前，工作人员将伸缩支架3底部的折叠式三脚架5打开支在地面上，拿出摄像头1采用机械连接的方式固定在伸缩支架3的顶部，并启动系统。

工作时，地面上的工作人员，根据桥梁支座所处的实际高度，通过操作掌上电脑2，发出信号给控制系统，控制系统带动驱动机构调节伸缩支架3的可伸缩部件3-2进行自动伸缩，将伸缩支架3的高度调整到摄像头1处于最佳观测位置。同时，通过掌上电脑2发出信号给信号收发装置1-4，信号收发装置1-4接收信号后，无线控制球形云台1-2调整摄像头1旋转，使摄像头1处于最佳的拍摄角度。调整完毕，工作人员对桥梁支座待检测部位进行拍照，摄像头1拍摄的图像，通过蓝牙实时传输到掌上电脑2。此时，工作人员可以用检测支座的编码命名一个文件夹，将接收到的图像存储到掌上电脑2中的该文件夹内，方便回看。

如图2所示，工作人员接着可以使用触摸笔4在图像控制坐标系下对掌上电脑2屏幕上的图像进行要素选择，选取所需点进行连线，掌上电脑2内部软件在自身坐标系下自动生成要素尺寸，之后屏幕会自动弹出对话框，工作人员可选择进行支座剪切变形或转角的计算分析，最后软件会将数值存储并输出。

以下以盆式支座的转角测量和板式橡胶支座剪切变形角度测量为例对本实施例进行进一步说明：

1、盆式支座的转角测量

如图3所示，要进行盆式支座的转角测量，需要在拍摄的图像中选取a、b、c和d共计4个关键点，然后工作人员在系统设定的坐标系下，用触摸笔4手动操作进行垂直和水平连线，得出计算支座变形病害的关键要素在掌上电脑坐标系中的图像尺寸。测试盆式支座转角计算是通过两个图像尺寸(Δh和L)比值的反正切函数得到的，由于图像尺寸与对应的实际结构尺寸成正比关系，因此采用图像尺寸计算的转角与实际转角相同。盆式支座转角测量中的关键要素为h1、h2和L。通过相对高度h1、h2和水平距离L的数值和计算公式：θ＝arctan(Δh/L)＝arctan(|h₁-h₂|/L)，通过几何关系则可以计算出盆式支座转角θ。

2、板式橡胶支座剪切变形角度测量

如图4所示，要进行板式橡胶支座剪切变形角度测量，则需要在拍摄的图像中需要选取a’、b’、c’共计3个关键点，然后工作人员在系统设定的坐标系下，用触摸笔4手动操作进行垂直和水平连线，得出计算支座变形病害的关键要素在掌上电脑坐标系中的图像尺寸。测试板式橡胶支座转角计算是通过两个图像尺寸(h1’和L’)比值的反正切函数得到的，由于图像尺寸与对应的实际结构尺寸成正比关系，因此采用图像尺寸计算的剪切变形角与实际剪切变形角相同。板式橡胶支座剪切变性角度测量中的关键要素为h1’和水平距离L’，通过h1’和L’的数值和计算公式：θ＝arctan(L'/h′₁)，通过几何关系即可以计算出板式橡胶支座的剪切变形角度θ’。

工作人员完成上述操作后，掌上电脑1屏幕上会弹出对话框，之后选择盆式支座转角计算或板式橡胶支座剪切变形角计算，掌上电脑1内置的软件会根据相应的公式和相似图形原理进行计算，然后输出盆式支座的转角θ或板式橡胶支座的剪切变形角θ’，并将结果存储到之前建立的支座文件夹中，方便回看。

以上对本实施例所提供的桥梁支座变形病害检测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.桥梁支座变形病害检测系统，包括摄像头(1)、掌上电脑(2)、伸缩支架(3)和设置在伸缩支架(3)侧面的三脚架(5)，其特征在于，

所述摄像头(1)包括摄像头工作部、设置在摄像头(1)上方的信号收发装置(1-4)、摄像头(1)底部的底座(1-3)和设置在所述底座(1-3)上方的球形云台(1-2)，球形云台(1-2)的一端固定在所述底座(1-3)上部，另一端与所述摄像头工作部连接；所述摄像头工作部的工作断面为圆形，包括设置在其中央的带CMOS图像传感器的高清晰度球形红外镜头和设置在其工作断面边缘平均分布的若干个红外LED(1-1)；摄像头(1)通过上方的信号收发装置(1-4)与掌上电脑(2)无线连接，掌上电脑(2)控制摄像头(1)下方的球形云台(1-2)，可使摄像头(1)进行水平、垂直两个方向的转动；

所述摄像头(1)的底座(1-3)设有螺丝孔，用于固定在所述伸缩支架(3)上，所述伸缩支架(3)包括支架底座(3-1)、可伸缩部件(3-2)和设置在支架底座(3-1)内的驱动机构和控制系统，所述驱动机构与控制系统电连接，所述控制系统与所述掌上电脑(2)无线连接；所述伸缩支架(3)的可伸缩部件(3-2)由若干节互相套叠可伸缩的铝镁合金管组成，不同节段之间能够在一定范围内相对运动；

所述掌上电脑(2)为带有图像分析与处理系统的触摸屏式电脑；

所述球形云台(1-2)为光学设备底部和固定支架连接的转向轴，其内置两个电机，可实现摄像头(1)水平360°和垂直+30°～-90°的转动。

2.根据权利要求1所述的桥梁支座变形病害检测系统，其特征在于，所述掌上电脑(2)配有用于操作触摸屏的触摸笔。

3.根据权利要求1所述的桥梁支座变形病害检测系统，其特征在于，所述摄像头(1)的信号收发装置(1-4)与掌上电脑(2)的无线连接为蓝牙无线连接；所述伸缩支架(3)的控制系统与掌上电脑(2)的无线连接也为蓝牙无线连接。

4.根据权利要求1所述的桥梁支座变形病害检测系统，其特征在于，所述伸缩支架(3)包括三脚架(5)在内的伸展高度范围在2-10m之间。

5.根据权利要求1所述的桥梁支座变形病害检测系统，其特征在于，所述三脚架(5)为可折叠式。